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 |
a) Determine os volumes de um reator PFR e CSTR para atingir uma conversão de 40%;
b) Quais seriam os volumes necessários de um PFR e CSTR para obter uma conversão de 90%?
c) Em que faixa de conversões os volumes do CSTR e do PFR seriam idênticos?
d) Qual seria a configuração de reatores em série mais adequada para uma conversão de 90%?
b) Quais seriam os volumes necessários de um PFR e CSTR para obter uma conversão de 90%?
c) Em que faixa de conversões os volumes do CSTR e do PFR seriam idênticos?
d) Qual seria a configuração de reatores em série mais adequada para uma conversão de 90%?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre uma reação química onde o reagente A se transforma nos produtos B e C. A gente tem uma vazão molar de entrada de A de 300 mol/min e uma tabela com diferentes conversões de A (
) e a taxa de reação correspondente (
). A matéria aqui é de Engenharia Química, especificamente sobre reatores químicos: PFR (Reator de Fluxo Contínuo Plug) e CSTR (Reator Contínuo de Tanque Agitado). Vamos precisar usar as equações de balanço de massa para esses reatores para calcular os volumes necessários para atingir as conversões desejadas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é conversão (
). É a fração do reagente A que reage. Por exemplo,
significa que 40% de A foi convertido em produtos.
Passo 3
Para calcular o volume do PFR, usamos a equação:
Onde
é a vazão molar de entrada (300 mol/min) e
é a taxa de reação correspondente à conversão.
Passo 4
Para o CSTR, a equação é mais simples:
Aqui, assumimos que a taxa de reação é avaliada na conversão desejada.
Passo 5
Vamos focar na parte a) que pede a conversão de 40%. Olhando na tabela, vemos que para
,
mol/(L·min).
Passo 6
Calculando o volume do CSTR para
:
Passo 7
Para o PFR, como a conversão é exatamente 0,4 e não temos variação entre os pontos próximos, podemos aproximar a integral usando a média ou simplesmente multiplicar pela conversão:
(Note que, para uma conversão onde a taxa de reação é constante, PFR e CSTR têm o mesmo volume.)
Resposta
Para atingir uma conversão de 40%, tanto o volume do reator PFR quanto o do CSTR necessários são de 24 litros.