A reação A B deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento contínuo. Calcule os volumes de ambos os reatores CSTR e PFR necessários para consumir 99 % de A quando a vazão molar de entrada for de 5 mol h^-1, assumindo que a taxa da reação é dada por:
-r_{\mathrm{A}}=k C_{\mathrm{A}}{ }^{2}
k=3 mol^-1 cdot h^-1 cdot L

Passo 1

Beleza, olha o que a questão está pedindo: temos uma reação A → B num regime isotérmico, fluxo contínuo. Queremos consumir 99 % de A (X = 0,99) com vazão molar de entrada Fₐ₀ = 5 mol/h e taxa de reação de segunda ordem
, com k = 3 L/(mol·h).
Conteúdo: Engenharia de Reatores – balanço de massa para CSTR e PFR.
O que vamos precisar:
• Escrever o balanço de massa para cada tipo de reator
• Relacionar conversão X com concentração de saída
• Para achar , assumir que a vazão volumétrica é 1 L/h (assim ).

Passo 2

CSTR (reator contínuo agitado)
  1. Balanço de massa no estado estacionário:
    VCSTR ;=; FA0,Xk,[CA0(1 - X)]^2 .
  2. Fluxo de saída VCSTR = 5 times 0,993,[5,(1-0,99)]^2 = 4,953,(0,05)^2 = 4,953 times 0,0025 = 660;L .
  3. Logo
    .
  4. Como e na saída , temos
  5. Substituindo
    , , , :

Passo 3

PFR (reator pistonico)
  1. Para PFR usamos
    VPFR ;=; FA0,integral0^XdX-rA ,
    ou em termos de conversão VPFR = FA0,integral0^0,99dXk,[CA0(1 - X)]^2 = FA0k,CA0^2,integral0^0,99dX(1 - X)^2 : VPFR = 53 times 5^2times 99 = 575times 99 = 6,6;L
  2. Substituindo :
  3. A integral .
  4. Logo

Resposta

V_CSTR ≃ 660 L
V_PFR ≃ 6,6 L

Exercícios relacionados