Enunciado

Emissões de óxido nítrico ( N O ) pela descarga de automóveis podem ser reduzidas com o uso de um conversor catalítico. A seguinte reação ocorre na superfície do catalisador:

N O + C O → 1 2 N 2 + C O 2

A concentração de N O é reduzida pela passagem dos gases de exaustão sobre a superfície do catalisador e a taxa de redução no catalisador é governada por uma reação de primeira ordem com a forma dada pela Equação 14.66. Como uma primeira aproximação, pode-se supor que o N O atinge a superfície por difusão unidimensional através de um fino filme de gás com espessura L , que se encontra adjacente à superfície. Fazendo referência à Figura 14.7, considere uma situação na qual o gás de exaustão está a 500 ° C e 1,2   b a r , e a fração molar do N O é de x A , L = 0,1 0 . Para D A B = 1 0 - 4   m 2 / s , k 1 ' ' = 0,05   m / s e espessura do filme L = 1   m m , qual é a fração molar do NO na superfície do catalisador e qual é a taxa de remoção do N O para uma superfície com área A = 200   c m 2 ?

Passo 1

E aí, vem comigo resolver essa questão?

Vamos lá então!

Começamos o nosso problema realizando algumas considerações:

- Estado estacionário;

- Difusão unidimensional;

- Os efeitos do movimento em massa na transferência de N O no filme são insignificantes (Meio estacionário);

- Nenhuma reação homogênea de N O no filme;

- Propriedades constantes, incluído uma concentração molar total, C , em todo o filme.

Bora para os cálculos!

Passo 2

Calculando a fração molar do NO na superfície do catalisador:

x A , s x A , L = 1 1 + L k 1 ' ' D A B

Substituindo os dados:

x A , s 0,10 = 1 1 + 0,001 ⋅ 0,05 1 0 - 4

x A , s = 0,067

Ainda há coisa para descobrirmos!

Passo 3

Além disso, temos que:

N A , s ' ' = - k 1 ' ' C x A , L 1 + L k 1 ' ' D A B

Calculando a concentração molar total para um gás ideal:

C = p R T = 1,2 0,08314 ⋅ 773 = 0,0187   k m o l / m 3

Portanto:

N A , s ' ' = - 0,05 ⋅ 0,0187 ⋅ 0,10 1 + 0,001 ⋅ 0,05 1 0 - 4

N A , s ' ' = - 6,23 × 10 - 5   k m o l / s ⋅ m 2

A taxa molar de remoção de N O para toda a superfície é então:

N A , s = N A , s ' ' ⋅ A

N A , s = - 6,23 × 10 - 5 ⋅ 0,025

N A , s = - 1,56 × 10 - 6   k m o l / s

Te espero na próxima questão!

Resposta

x A , s = 0,067

N A , s = - 1,56 × 10 - 6   k m o l / s

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