A reação em fase gasosa
é conduzida isotermicamente em um reator de escoamento contínuo sem queda de pressão. A velocidade específica de reação a
é de
e a energia de ativação é de
. Peróxido de di-terc-butila puro entra no reator a 10 atm e
, a uma vazão de
. Calcule o volume de um CSTR e o tempo espacial para alcançar
de conversão. Compare com o volume necessário no caso de um PFR.
Passo 1
O enunciado descreve a decomposição gasosa de di-terc-butila em um reator de escoamento contínuo sem queda de pressão, operando isotermicamente a
e
. A reação é de primeira ordem, com velocidade específica
a
e energia de ativação
. Precisamos:
\ Determinar
na temperatura de
via Arrhenius.
\ Calcular o volume do CSTR (e o tempo espacial
) para conversão
.
\ Fazer o mesmo para um PFR e comparar volumes.
Passo 2
Usamos a lei de Arrhenius:
Tomando razão entre
e
, obtemos
Com
,
,
,
e
, calculamos
logo
Passo 3
Como o gás entra puro (mol. fluxo
) a
e
, a concentração de entrada é
O volume específico de escoamento é
Passo 4
Para um CSTR de reação de primeira ordem com conversão
, vale
Substituindo em
:
Com
,
e
:
O tempo espacial
dá
Passo 5
Para um PFR de primeira ordem, a relação entre conversão e tempo espacial é
Com
e
:
O volume do PFR é
Passo 6
Comparando os dois reatores para
de conversão:
\ CSTR requer cerca de
e
.
\ PFR requer cerca de
e
.
Resposta
Volume CSTR:
(tempo espacial
).
Volume PFR: (tempo espacial
).
Volume PFR: