A reação elementar em fase gasosa a seguir é conduzida em um PFR (reator tubular) a 427 ^circ C e 28,7 atm. A queda de pressão pode ser desprezada.
3 A+2 B 3 C+5 D
Os reagentes são alimentados numa vazão total de 10 dm^3 / s de forma equimolar. Expresse as Leis de Velocidade para cada componente da reação em função da conversão XA [ kA=200 dm^12 /(mol^4 s)].

Passo 1

Beleza! Temos uma reação elementar em fase gasosa ocorrendo num reator tubular (PFR) a 427 °C e 28,7 atm, sem variação de pressão.
A reação é
3A + 2B ;longrightarrow; 3C + 5D
e os reagentes entram de forma equimolar num fluxo volumétrico .
O conteúdo da matéria é Lei de Velocidade de reações elementares e como expressar concentrações em função da conversão .
Para resolver precisamos:
  • Saber que, por ser elementar, a velocidade global é .
  • Relacionar e com a conversão .
  • Usar as estequiometrias para obter a velocidade de cada componente.

Passo 2

Escrevendo a Lei de Velocidade “geral” (reação elementar):
r = kA,[A]^3,[B]^2
onde é a velocidade da reação (positive para o avanço) e .

Passo 3

Agora vamos achar XA = mol de A consumidosmol de A alimentados e [A]0 = [B]0 = FA0v0 em função de [A] = [A]0,(1 - XA) .
  1. Definição de conversão de De:
[B] = [B]0l(1 - tfrac23XAr)
  1. Como entra equimolar, a concentração inicial de A e B no reator é igual:
  1. A cada fração de A consumida, a concentração de A cai para
  1. Pela estequiometria, quando mol de A reagem, mol de B reagem. Logo a fração de B consumida, em função de , é
Então

Passo 4

Substituindo r(XA) = kA; l([A]0,(1 - XA)r)^3 ;times; l([B]0,(1 - tfrac23XA)r)^2 e em :

Passo 5

Por fim, para cada componente usamos a relação estequiométrica com :
  • Consumo de : .
  • Consumo de : .
  • Produção de : .
  • Produção de : .

Resposta

Usando r = 200;l([A]0(1 - XA)r)^3; l([B]0(1 - tfrac23XA)r)^2 como acima, temos
-rA &= 3,r, -rB &= 2,r, rC &= 3,r, rD &= 5,r
Logo:
E esse já está todo em função de .

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