A reação de isomerização, irreversível e de primeira ordem: A \rightarrow B deverá ser conduzida em um reator tanque contínuo. A e B são líquidos à temperatura ambiente e ambos possuem alto ponto de ebulição.
Determine a conversão de A obtida em um reator de 6000 L. Utiliza-se uma serpentina de resfriamento que retira 1000 \mathrm{kcal} / \mathrm{h} de calor do reator. Qual é a temperatura de operação do reator, sendo que A é alimentado puro a 110^{\circ} \mathrm{C} ? A taxa de processamento de A é 1500 t a cada 7000 horas de operação.
Sabe-se que a temperatura máxima de operação do reator é a 150{ }^{\circ} \mathrm{C}. Nesse caso, o sistema de resfriamento foi suficiente para operar o reator? Qual conversão é obtida?
Esse reator poderia ser operado adiabaticamente? Nesse caso, qual conversão seria obtida?
Dados:
O enunciado pede a conversão de A num reator tanque contínuo (CSTR) de volume V=6000\\ \mathrm{L} para a reação irreversível de primeira ordem A \xrightarrow{k(T)} B com alimentação pura de A a 110^\circ\mathrm{C}, taxa de processamento de 1500\\ \mathrm{t} em 7000\\ \mathrm h, e remoção de calor de 1000\\ \mathrm{kcal/h}. Precisamos usar:
Balanço de massa no CSTR \tau, conversão X, constante cinética k.
Lei de Arrhenius para k(T).
Balanço de energia em regime estacionário com a serpentina (calor removido = calor de reação + calor sensível).
Verificar se a temperatura calculada fica abaixo de 150^\circ\mathrm{C}.
Repetir o balanço de energia para operação adiabática e calcular X.
Passo 2
Calcular vazão mássica e volumétrica, e o tempo de residência \tau.
A vazão mássica é
Expressar k(T) pela lei de Arrhenius usando o dado k(163^\circ\mathrm{C})=0{,}8\\ \mathrm{h^{-1}}.
Seja T_\mathrm{ref}=163+273{,}15=436{,}15\\ \mathrm K, então
com E_a=29\,860\\ \mathrm{cal/mol} e R=1{,}987\\ \mathrm{cal/(mol\cdot K)}.
Passo 5
Balanço de energia em regime estacionário com remoção de calor Q_{\rm rem}=1000\\ \mathrm{kcal/h}=10^6\\ \mathrm{cal/h}.
- Calor sensível ganho pelo fluido:
Temperatura de operação com resfriamento: \displaystyle108{,}5^\circ\mathrm{C}.
Conversão obtida: \displaystyle12{,}8\%.
O sistema de resfriamento foi suficiente T<150^\circ\mathrm{C}.
Em operação adiabática a conversão seria \displaystyle9{,}7\%.