Para a resolução deste exercício considere um reator isotérmico, monofásico, operando em regime estacionário e a pressão constante.
Dada uma alimentação gasosa, CA0=100 ; CB0=200 ; A+B R+S ; XA=0,8; encontre XB, CA e CB

Passo 1

Beleza, vamos à parada: a questão é de balanço de massa em reatores químicos – mais especificamente conversão em reação gasosa A + B → R + S, com reator isotérmico, monofásico, regime estacionário e pressão constante. Temos alimentação com concentrações iniciais
e , e a conversão de A é . Precisamos achar a conversão de B ( ) e as concentrações finais de A e B ( e ). Para isso vamos usar a definição de conversão e a estequiometria da reação (1 mol de A consome 1 mol de B).

Passo 2

Primeiro, o que é “conversão” mesmo?
Para qualquer reagente i definimos
Xi = Ci0 - CiCi0,
onde
  • XA = CA0 - CACA0 = 0,8 é a concentração inicial,
  • é a concentração no produto (saída).
No nosso caso, para A:

Passo 3

Agora, como A e B reagem 1:1 (reação estequiométrica A + B → R + S), toda vez que 1 mol de A some, 1 mol de B também some. Em termos de concentração, a variação de B é igual à de A:
CB0 - CB = CA0 - CA

Passo 4

Com isso, podemos achar XB = CB0 - CBCB0 . Pela definição de conversão de B:
XB = XA,CA0CB0 = 0,8 times 100200 = 80200 = 0,4
Mas . E como , temos

Passo 5

Para achar CA = CA0,(1 - XA) = 100 times (1 - 0,8) = 100 times 0,2 = 20 , uso de novo a definição de conversão:

Passo 6

E para CB = CB0,(1 - XB) = 200 times (1 - 0,4) = 200 times 0,6 = 120 :

Resposta

X_B = 0,4
C_A = 20
C_B = 120

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