O silício utilizado na fabricação de microcircuitos deve possuir teor de impurezas inferior a 150 ppt. O silício ultrapuro pode ser produzido reagindo-se o silício metalúrgico (98%) com HCl para formar triclorosilano e outros produtos. A mistura é destilada e o triclorosilano é reagido com o hidrogênio a 1100^circ C e 2 atm , formando-se silício policristalino, HCl e diclorosilano.
2 SiHCl3+2 H2 Si(s)+4 HCl+Si1 H2 Cl2
Todos os reagentes são alimentados de forma estequiométrica em um reator contínuo. Expresse as concentrações em função da conversão do triclorosilano.

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que a questão pede e quais são os conceitos necessários. A reação que rola é:
2,SiHCl3 + 2,H2 ;longrightarrow; Si(s) + 4,HCl + SiH2Cl2
Isso acontece num reator contínuo, com alimentação estequiométrica (ou seja, relação exata de reagentes pra não sobrar nada em princípio). A ideia é escrever as concentrações de cada espécie (SiHCl₃, H₂, HCl, SiH₂Cl₂) em função da conversão do triclorosilano (SiHCl₃).
Os pontos-chave:
  • Definição de conversão do reagente A = SiHCl₃
  • Tabela de estequiometria (mudança de mols em função da extensão ou de )
  • Relação entre fluxo molar e concentração num reator contínuo (concentração = fluxo molar dividido pelo vazão volumétrica)

Passo 2

Vamos definir as vazões molares de entrada:
  • X = mols de SiHCl₃ reagidosmols de SiHCl₃ alimentados = FA0 - FAFA0
  • FA = FA0(1 - X)
Como está em alimentação estequiométrica, a razão é , ou seja . Agora definimos a conversão de A assim:
Logo, a vazão de saída de A é

Passo 3

Montamos a tabela de variação de mols em função de FA &= FA0 - 2cdotxi2 = FA0(1 - X), FB &= FB0 - 2cdotxi2 = FA0(1 - X)(pois FB0=FA0), FHCl &= 0 + 4cdotxi2 = 2,FA0X, FS',(=SiH2Cl2) &= 0 + 1cdotxi2 = tfrac12,FA0X . Chama extensão de reação . Para cada que anda:
  • Consome 2 mols de A para 2 mols de B.
  • Gera 4 mols de HCl.
  • Gera 1 mol de SiH₂Cl₂.
Por isso os fluxos de saída são:
Obs.: a divisão por 2 vem do fato de a reação “2 A → …” (para ligar com ).

Passo 4

Em reator contínuo, a concentração de cada espécie é simplesmente o fluxo molar de saída dividido pelo vazão volumétrica Ci = Fidot V :
CSiHCl3 &= FA0(1 - X)dot V,[6pt] CH2 &= FA0(1 - X)dot V,[6pt] CHCl &= 2,FA0,Xdot V,[6pt] CSiH2Cl2&= tfrac12,FA0,Xdot V
Substituindo os acima em função de :

Resposta

As concentrações em função da conversão boxed CSiHCl3(X) &= FA0,l(1 - Xr)dot V, CH2(X) &= FA0,l(1 - Xr)dot V, CHCl(X) &= 2,FA0,Xdot V, CSiH2Cl2(X) &= tfrac12,FA0,Xdot V são:

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