A reação em fase líquida
é conduzida adiabaticamente em um conjunto de reatores tubulares arranjados em série. A alimentação consiste de uma mistura de
e inertes de 25:25:50 % molar, respectivamente, todos a 350 K . Existe uma disponibilidade de trocadores de calor que podem resfriar as correntes de entrada dos reatores até 350 K . Além disso, nos reatores é possível alcançar
da conversão de equilíbrio correspondente. Qual é o menor número de reatores em série necessários para se obter uma conversão de saída superior a
?
Dados:
350
400
450
500
550
600
650
700
1,00
0,97
0,74
0,40
0,20
0,10
0,06
0,04
|
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350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 |
|
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1,00 | 0,97 | 0,74 | 0,40 | 0,20 | 0,10 | 0,06 | 0,04 |
Passo 1
O enunciado trata de um arranjo de reatores tubulares em série operando adiabaticamente para a reação reversível
com alimentação molar de 25 % A, 25 % B e 50 % inertes a 350 K. Entre cada reator há resfriamento de volta a 350 K e, em cada reator, chega‐se a 95 % da conversão de equilíbrio. Queremos saber quantos reatores em série são necessários para que a conversão global exceda 50 %. Vamos precisar:
– Fazer o balanço de energia adiabático para achar a conversão de equilíbrio no reator iso‐entrante ( K).
– Aplicar fator de 95 % dessa conversão de equilíbrio em cada estágio.
– Montar cálculo em cascata para ver quantos estágios levam >0,50.
– Fazer o balanço de energia adiabático para achar a conversão de equilíbrio no reator iso‐entrante (
– Aplicar fator de 95 % dessa conversão de equilíbrio em cada estágio.
– Montar cálculo em cascata para ver quantos estágios levam
Passo 2
Calcular a conversão de equilíbrio em um reator adiabático iniciado a 350 K.
- Determinamos que
Logo, a entalpia de reação independe da temperatura e vale
- O balanço de energia dá
Na base de 1 mol de A e 1 mol de B mais 2 mol de inertes,
logo
- Em equilíbrio deve valer simultaneamente
Usando a tabela de
vs.
, vemos que em
K há
e também
.
Portanto, a conversão de equilíbrio adiabática é
Portanto, a conversão de equilíbrio adiabática é
Passo 3
Como em cada reator atinge‐se apenas 95 % da conversão de equilíbrio, o ganho de conversão relativo ao que entra em cada estágio é
Passo 4
Montamos o avanço em série de estágios descontínuos (modelo de estágios ideais em série). Se
é a conversão global após
reatores, então:
com
. Calculamos:
Logo, com 3 reatores ficamos em
e com 4 reatores alcançamos
.
Resposta
O menor número de reatores em série necessário é 4.