A reação em fase gasosa
ocorre em um reator tubular a 2 atm e
. A constante de velocidade é
e a uma vazão de
. A alimentaçãoé de
de A e
de inerte. Assuma que a reação é isotérmica. Qual o volume do reator necessário para uma conversão de
?
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que a gente tem a reação gasosa A → B + C rolando num reator tubular (PFR) a 2 atm e 300 °C, com k = 0,45 s⁻¹ e vazão de 120 cm³/s. A alimentação é 80% A e 20% inerte. Queremos 95% de conversão de A e descobrir o volume do reator.
Conteúdo: balanço molar em PFR para reação gasosa com expansão de volume (Δn≠0). Vamos precisar:
Conteúdo: balanço molar em PFR para reação gasosa com expansão de volume (Δn≠0). Vamos precisar:
- escrever a relação concentração vs. conversão em fase gasosa;
- montar a equação do PFR
; - resolver a integral e dar o valor numérico.
Passo 2
Teoria básica – balanço molar em PFR:
onde
é o fluxo molar inicial de A e
é a taxa de consumo de A. Como é reação gasosa com Δn = +1 (1 mol A vira 2 mol produtos), o volume varia com a conversão:
Passo 3
Concentração de A ao longo do reator:
E a lei de velocidade é de primeira ordem:
Passo 4
Fluxo molar de A na entrada:
mas note que
, então
. Substituindo no balanço:
Passo 5
Calcular a integral:
Passo 6
Para
:
Logo,
Resposta
O volume do reator necessário para 95% de conversão é aproximadamente 1,34 L.