Silício com grau solar pode ser fabricado por decomposição térmica de silano em pressões moderadas em um reator de leito fluidizado, no qual a reação global é:
Quando silano puro é preaquecido até
e calor é adicionado ao reator para promover uma taxa de reação razoável, 80 % do silano é convertido em silício e os produtos deixam o reator a
. Quanto de calor deve ser adicionado ao reator para cada quilograma de silício produzido?
Passo 1
O enunciado pede o calor
que deve entrar no reator para cada quilograma de silício produzido na decomposição
sabendo que:
– o silano entra a e
% dele reage;
– os produtos saem a .
– o silano entra a
– os produtos saem a
Para resolver, precisamos fazer um balanço de entalpia entre fluxo de entrada (silano não reagido
calor de aquecimento do alimentado) e fluxo de saída (silano não reagido, silício sólido e hidrogênio, todos a
), incluindo a entalpia de formação do silano e as capacidades caloríficas para aquecer cada espécie de
até a sua temperatura de processo.
Passo 2
Listar as quantidades molares por
de
. A massa molar do silício é
logo produzir
de
requer
Como a conversão é de
%, o silano alimentado deve ser
dos quais
mol reagem e
mol saem não reagidos, e formam-se
mol de
.
Passo 3
Escrever o balanço de entalpia em regime permanente (sem trabalho de fluxo) e tomando como datum
:
Aqui:
– de
em
K e os
de
,
e
são dados de tabela.
– ,
.
–
–
Passo 4
Observar que, sem fornecer os valores numéricos de
e dos
, não há como calcular numericamente
. São dados termodinâmicos essenciais que devem vir de tabelas (por exemplo: ,
,
,
).
Passo 5
Conclusão: não há dados suficientes no enunciado (entalpias de formação e capacidades caloríficas) para se obter valor numérico de
.
Resposta
Não é possível determinar numericamente o calor a ser adicionado sem os valores de
do silano e dos
das espécies envolvidas.