A reação
deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento contínuo. Calcule os volumes de ambos os reatores CSTR e PFR necessários para consumir
de A quando a vazão molar de entrada for de
, assumindo que a taxa da reação é dada por:
-r_{\mathrm{A}}=k C_{\mathrm{A}}
-r_{\mathrm{A}}=k C_{\mathrm{A}}
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem uma reação do tipo A → B num reator contínuo (sempre na mesma temperatura). Queremos consumir 99 % de A (ou seja, conversão X=0,99). Sabemos que a vazão molar de entrada é
e que a taxa de reação é de primeira ordem:
e que a taxa de reação é de primeira ordem:
com
.
Para resolver vamos precisar de:
Para resolver vamos precisar de:
- Converter
para hora⁻¹ (porque está em mol/h). - Definir conversão
e relacionar com . - Usar a equação de balanço de material para CSTR e para PFR.
- Se a gente quiser números em litros, assumir uma concentração inicial
– aqui vou tomar , daí a vazão volumétrica é .
Passo 2
Primeiro, converto a constante para hora⁻¹:
A conversão X é a fração reagida:
E a concentração instantânea no reator é
Como não muda o volume (A → B não altera número total de mols), a vazão volumétrica fica constante:
Passo 3
Para o CSTR, o balanço em regime estacionário é
Como
, rearranja para
E aí
. Logo
Substituindo números:
Passo 4
Para o PFR, usamos
Ou, em termos de
:
Agora plugando:
Resposta
V_CSTR ≈ 1375 L
V_PFR ≈ 64 L
V_PFR ≈ 64 L