A reação A B é realizada isotermicamente em um reator contínuo. Calcule os volumes dos reatores CSTR e PFR necessários para consumir 99 % de A(CA=0,01 CA 0 ) quando a vazão molar de alimentação é 5 mol / h, assumindo que a velocidade de reação
-rA é: A vazão volumétrica de alimentação é 10 dm^3 / h.
b) -rA=k C CA, com k=0,0001 s^-1

Passo 1

O enunciado considera a reação A to B operando isotermicamente em regime contínuo, com vazão molar de alimentação FA0=5,mol/h e vazão volumétrica v0=10,d m^3/h. Queremos atingir 99% de conversão (ou seja, X=0,99, logo CA = 0,01,CA0) e a cinética é de primeira ordem:
-rA = k,CA
com k = 0,0001, s^-1. Vamos calcular os volumes necessários para um CSTR e para um PFR.

Passo 2

Primeiro encontramos a concentração de alimentação CA0. Como
CA0 = FA0v0
temos
CA0 = 5;mol/h10;dm^3!/h = 0,5;mol/dm^3

Passo 3

Convertendo a constante cinética de s^-1 para h^-1:
k = 0,0001;s^-1times3600;sh = 0,36;h^-1

Passo 4

Cálculo do volume do CSTR:
A equação de projeto é
VCSTR = FA0,X(-rA)saída í
Na saída, CA = CA0(1-X)=0,5times0,01=0,005,mol/d m^3 e
(-rA)saída = k,CA = 0,36 times 0,005 = 0,0018;mol/(dm^3cdot h) í
Substituindo,
VCSTR = 5;mol/htimes0,990,0018;mol/(dm^3cdot h) = 4,950,0018 approx 2750;dm^3

Passo 5

Cálculo do volume do PFR:
A equação de projeto é
VPFR = FA0,integral0^XdX(-rA) = FA0integral0^0,99dXk,CA0(1-X)
que resulta em
VPFR = FA0k,CA0 ln!l(11-Xr) = 50,36times0,5ln!l(10,01r)
Calculando,
50,18 approx 27,78, ln(100)approx4,6052 Longrightarrow VPFRapprox27,78times4,6052approx128;dm^3

Resposta

VCSTR approx 2750 d m^3 ( 2,75 m^3)
VPFR approx 128 d m^3 ( 0,128 m^3)

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