A reação em fase líquida:
é conduzida isotermicamente em um sistema de escoamento contínuo. As concentrações das correntes de alimentação de A e B são
antes da mistura. A vazão volumétrica de cada uma das correntes é de
e a temperatura de entrada é 300 K . As correntes são misturadas imediatamente antes da entrada. Dois reatores estão disponíveis: um CSTR de 200 L que pode ser aquecido até
e um PFR de 800 L operado a 300 K que não pode ser aquecido. A velocidade específica de reação é
a 3000 K e a energia de ativação é
.
A) Que reator e em que condições você recomendaria a operação?
B) Quanto tempo levaria para se alcançar
de conversão em um reator batelada de 200 L com
depois da mistura a uma temperatura de
?
C) Como a resposta do item (B) mudaria se o reator fosse resfriado e operasse a
?
A) Que reator e em que condições você recomendaria a operação?
B) Quanto tempo levaria para se alcançar
C) Como a resposta do item (B) mudaria se o reator fosse resfriado e operasse a
Passo 1
O enunciado trata de uma reação líquida de segunda ordem
em regime estacionário de escoamento contínuo. Cada corrente de alimentação (A e B) entra a
e
. Após mistura imediata, a temperatura de entrada é
,K. Temos à disposição
– um CSTR de que pode ser aquecido até
– um PFR de a
,K (não aquecível)
A constante de taxa é e a energia de ativação é
. Vamos precisar:
. balanço de matéria para CSTR e PFR de reação de segunda ordem em regime estacionário;
. lei de Arrhenius para ajustar
a outras temperaturas;
. integração da equação cinética para batelada de ordem
.
– um CSTR de
– um PFR de
A constante de taxa é
Passo 2
Primeiro, após mistura temos vazão total
e concentração inicial
O fluxo molar de
é
.
( ) à
,K usamos
.
( ) para
,K (
),
(
(
Agora, para reação
em regime estequiométrico
:
,
com
.
– PFR a ,K:
– PFR a
– CSTR a
,K:
– CSTR a
,K:
Passo 3
Comparando as conversões em regime contínuo:
– PFR a ,K:
– CSTR a ,K:
– CSTR a ,K:
Logo o melhor é operar o CSTR de aquecido a
, pois alcança maior conversão.
– PFR a
– CSTR a
– CSTR a
Logo o melhor é operar o CSTR de
Passo 4
Em batelada de segunda ordem com
e taxa
, integra-se
Como
, fica
Para
e
:
Passo 5
Se operar a
(
,K),
Então para
:
Resposta
A) Recomendo o CSTR de
operando a
, pois atinge
.
B) Em batelada de a
, leva cerca de
para
de conversão.
C) Se resfriado a , leva cerca de
(
h) para
de conversão.
B) Em batelada de
C) Se resfriado a