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 99,0% de A, quando a alimentação for de 5,0 mol h^-1 e 10,0 L h^-1, assumindo que a velocidade específica de reação é de:
3,0 L mol^-1 h^-1

Passo 1

O enunciado trata do dimensionamento isotérmico de reatores de escoamento contínuo (CSTR e PFR) para a reação de segunda ordem
A to B
com lei de velocidade
r = -k,CA^2
onde k = 3,0;L,mol^-1,h^-1. A alimentação é de FA0=5,0;mol,h^-1 em um fluxo volumétrico Q=10,0;L,h^-1 e queremos conversão X=99,0%. Vamos usar as equações de balanço para CSTR e PFR em reações de segunda ordem.

Passo 2

Determinar a concentração inicial de A na alimentação:
CA0 = FA0Q = 5,010,0 = 0,5;mol,L^-1

Passo 3

Para o CSTR, o balanço em regime permanente dá
FA0X = Vrm CSTR,k,CA^2
onde CA = CA0(1-X). Logo,
Vrm CSTR = FA0,Xk,[CA0(1-X)]^2 = 5,0cdot0,993,0,[0,5,(1-0,99)]^2 = 4,953,0,(0,005)^2 = 6,6times10^4;L

Passo 4

Para o PFR, usamos
Vrm PFR = integralCA0^CAQ,dCA-k,CA^2 = Qk,l(1CA-1CA0r)
Como CA=CA0(1-X)=0,5cdot0,01=0,005;mol,L^-1,
Vrm PFR = 10,03,0,l(10,005-10,5r) = 10,03,0,(200 - 2) = 660;L

Resposta

V rm CSTR=6,6times10^4;L
V rm PFR=660;L

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