2 - A reação em fase gasosa \mathrm{A} \rightarrow \mathrm{B} é, a altas temperaturas, limitada pela transferência de massa externa. A reação é conduzida a 500^{\circ} \mathrm{C}, em um tubo de 4 cm de diâmetro interno e 12 cm de comprimento, recheado com partículas cilíndricas de 0,4 \mathrm{~cm} de diâmetro e 0,4 \mathrm{~cm} de comprimento. A porosidade do leito é de 48 \% e a vazão de alimentação é de 5 \mathrm{dm}^{3} / \mathrm{s}. Nessas condições, qual conversão é esperada?
3 - Uma reação em fase gasosa limitada pela transferência de massa externa está ocorrendo em dois reatores tubulares de volumes e empacotamentos iguais, conectados em série. A conversão obtida é de 86,5 \%.
a) Sugere-se que a temperatura seja aumentada de 400 para 500^{\circ} \mathrm{C}. Como isso afetará a conversão? É uma boa estratégia?
O enunciado 2 trata de uma reação gasosa A\to B em regime de escoamento pistonado (PFR), mas limitada pela transferência de massa externa. Temos um reator tubular de diâmetro interno D_t=4{\,\mathrm{cm}}, comprimento L=12{\,\mathrm{cm}}, recheado com partículas cilíndricas de diâmetro d_p=0,4{\,\mathrm{cm}} e comprimento igual, porosidade \varepsilon=0,48 e vazão volumétrica Q=5{\,\mathrm{dm}^3/\mathrm{s}}=5000{\,\mathrm{cm}^3/\mathrm{s}}. Para resolver vamos:
usar correlação de Sherwood para obter a velocidade de transferência de massa k_g,
calcular a área interna de partícula por volume de leito a,
usar o balanço PFR com taxa efetiva r=k_g\,a\,C_A (equivalente a cinética de 1ª ordem em C_A) para achar a conversão \,X.
Passo 2
O balanço de massa para PFR sob transferência limitada dá
Ou seja, elevar a temperatura reduz ligeiramente a conversão de 86{,}5\% para cerca de 85{,}0\%.
Resposta
Conversão esperada X\approx91{,}6\%.
3a) A conversão total cairia de 86{,}5\% para cerca de 85{,}0\%; portanto, aumentar a temperatura não é boa estratégia.