A reação
foi realizada com uma vazão molar de entrada de A de
. Foram obtidos os seguintes dados experimentais:
|
|
---|---|
0 | 1,0 |
0,2 | 1,67 |
0,4 | 5,0 |
0,45 | 5,0 |
0,5 | 5,0 |
0,6 | 5,0 |
0,8 | 1,25 |
0,9 | 0,91 |
d) Qual seria a configuração de reatores em série mais adequada para uma conversão de 90%?
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem uma reação química onde a substância A se transforma em B e C. A entrada de A é de 300 mol/min. Tinha uma tabela com a conversão de A (
) e a taxa de reação (
). A pergunta é: qual configuração de reatores em série é mais adequada para conseguir 90% de conversão de A? Para resolver isso, vamos precisar entender como a conversão ocorre em reatores em série e usar os dados fornecidos para determinar a melhor configuração.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender o que é conversão (
). É a fração de A que reage. Então, 90% de conversão significa que 270 mol/min de A foram convertidos (já que 300 mol/min entram). Agora, sobre a configuração de reatores em série: colocar reatores em série pode ajudar a aumentar a conversão total, já que cada reator adiciona uma etapa de conversão.
Passo 3
Olhemos os dados experimentais. Vemos que conforme
aumenta, a taxa de reação
inicialmente aumenta até atingir um pico e depois diminui. Isso indica que a reação talvez siga uma cinética não simples, como uma reação de ordem superior ou com inibição. Para altas conversões, a taxa de reação diminui, o que sugere que pode ser mais eficiente usar vários reatores em série em vez de um único grande reator.
Passo 4
Sabendo que a conversão total em reatores em série é dada por
, onde
é a conversão em cada reator. Para simplificar, se usarmos reatores identicos, a fórmula fica
. Queremos
. Vamos tentar com dois reatores iguais e ver se conseguimos essa conversão.
Passo 5
Assumindo que cada reator tem uma conversão de
, então:
ou 96,39%.
Isso excede a conversão necessária de 90%, então podemos ajustar.
Isso excede a conversão necessária de 90%, então podemos ajustar.
Passo 6
Vamos tentar com três reatores, cada um com uma conversão menor:
Digamos para cada reator.
ou 97,3%.
Ainda acima do necessário. Precisamos de menos reatores ou ajustar as conversões.
Digamos
Ainda acima do necessário. Precisamos de menos reatores ou ajustar as conversões.
Passo 7
Na prática, geralmente dois reatores em série já são suficientes para alcançar altas conversões com uma configuração eficiente, especialmente quando a cinética desacelera após certo ponto. Além disso, usar muitos reatores pode complicar o sistema sem ganhos significativos.
Resposta
A configuração mais adequada para alcançar 90% de conversão é utilizar dois reatores em série.