A reação em fase gasosa
possui uma constante de velocidade de reação unimolecular de 0,0015 min-1 a 80 oF . Esta reação deve ser conduzida em tubos paralelos de 10 ft de comprimento e 1 polegada de diâmetro interno a uma pressão de 132 psig a 260 oF. Pretende-se produzir
. Considerando uma energia de ativação de
, quantos tubos serão necessários para que a conversão de A seja de
? Assuma comportamento de gás ideal. Ambas as espécies A e B possuem a mesma massa molecular igual a 58.
Dados
Pa.m3/mol.K e
Para estimar a k em outra temperatura, usar lei de Arrhenius
Dados
Para estimar a k em outra temperatura, usar lei de Arrhenius
Passo 1
O enunciado trata de um reagente gasoso A que se converte em B numa reação unimolecular de primeira ordem. A constante de velocidade é
a
, e a energia de ativação é
. Queremos operar a
e
em tubos paralelos de
de comprimento e
de diâmetro, produzindo
de B com conversão
. O objetivo é calcular quantos tubos são necessários. Para isso vamos usar:
- Arrhenius para estimar
a . - Projeto de PFR para reação de primeira ordem, assumindo gás ideal e fluxo volumétrico constante.
- Conversão da vazão mássica em vazão molar e volumétrica.
- Cálculo de volume total e número de tubos.
Passo 2
Converter a produção de B em vazão molar de A e depois em vazão volumétrica.
A massa molecular é , logo
A massa molecular é
A pressão absoluta é
e a temperatura absoluta no reator é
Usando
, o volume molar é
Então a vazão volumétrica é
Passo 3
Calcular a constante de reação
a
usando Arrhenius. Convertendo temperaturas para Kelvin:
Com
,
Em horas fica
.
Passo 4
Usar a equação de projeto de PFR para reação de primeira ordem e fluxo volumétrico constante:
Para
:
Logo o volume total requerido é
Passo 5
Calcular o volume de um tubo de
de comprimento e
de diâmetro (
):
O número de tubos é
arredondando para cima dá
tubos.
Resposta
Serão necessários 12 tubos.