Escola de Engenharia de Lorena - Prof. Marco Pereira - USP …marco.eng.br/reatores/notasdeaula/aula2.pdf · USP – EEL - Escola de Engenharia de Lorena Reatores – Aula 2 – Introdução

U S P – E E L - E s c o l a d e E n g e n h a r i a d e L o r e n a Reatores – Aula 2 – Introdução a Engenharia de Reatores

____________________________1________________________

Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira

1 – Revisão de Conceitos Fundamentais Estequiometria: Regra Geral

aA + bB → rR + Ss e então tem-se que : sN

rN

bN

aN SRBA Δ

=Δ

=Δ

=Δ

Conversão (ou fração convertida) de uma espécie química A em uma reação química é a relação entre o número de moles de A que reage e o número inicial de moles introduzido no reator.

0

0

A

AAA N

NNX

−=

AAAA NNXN −=

00 ⇒ ( )AAA XNN −= 1

0 e AAA NXN

0Δ=

Concentração Molar é o número de moles de uma espécie A em função do volume.

VN

C AA = e ( )AAA XNN −= 1

0 e ( )AA XVV ξ+= 10

( )

( )( )

( )AA

AA

AA0

AAA Xξ1

X1C

Xξ1VX1N

C 00

+

−=

+

−=

Velocidade de Reação Química

Seja a reação : A → produtos

nAA Ckr =− onde: k = constante de velocidade e n = ordem de reação.

Unidades de constante de velocidade

Para uma equação de velocidade geral do tipo : ( ) nAA Ckr =− ou n

AA kC

dtdC

=−

tem-se que as unidades da constante de velocidade sempre serão do tipo : n

volumemolk

tempovolumemol

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

* e ( ) ( ) 11

−−= tempo

nvolume

molk


____________________________2________________________


Efeito da Temperatura na Velocidade de uma Reação

RTEekk −= 0 ⇐ Lei de Arrhenius ⇒ TREkk 1 ln ln 0 −=

Reações Isotérmicas a Volume Constante

(i) as reações em fase líquida ou (ii) as reações em fase gasosa onde Δn=0 (Δn é o somatório dos coeficientes

estequiométricos dos produtos gasosos subtraído do somatório dos coeficientes estequiométricos dos reagentes gasosos em uma reação química).

2 – Conceitos Gerais de Sistemas Contínuos Velocidade molar (ou vazão molar) É a razão entre o número de moles pelo tempo. Seu símbolo é F. Vazão É a relação entre o volume por unidade de tempo. Seu símbolo é v0 . Relação entre velocidade molar (F) e vazão (v0)

Cvolume

mol

tempovolumetempomol

vF

tempovolumev

tempomolF

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

=⇒

⎪⎪

⎭

⎪⎪

⎬

⎫

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

Em resumo : ii C

vF

=

Conversão para Operações Contínuas

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡−⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡

=−

=

tN

tN

tN

NNN

XA

AA

A

AAA

0

0

0

0 ⇒ 0

0

A

AAA F

FFX

−=


____________________________3________________________


3 – Conceitos Gerais de Diluição 3.1 - Sistemas Descontínuos Conforme já visto no curso de Cinética tem-se que: solução 1 solução 2 Seja: CA1 concentração da substancia A na solução 1 CA2 concentração da substancia A na solução 2 CA0 concentração inicial da substancia A para a reação química (após a mistura de ambas as soluções) V1 volume da solução 1 V2 volume da solução 2 V0 volume inicial da reação (V1 + V2 )

A regra geral de uma diluição sempre será somar os números de moles de cada uma das soluções:

21 AAA NNNo

+=

e que analisada sobre o conceito de concentração, conduz a : 21 21VCVCVC AAAo

+=

e que conduz a : VVCVC

C AAAo

21 21+

=

3.2 - Sistemas Contínuos Raciocínio idêntico ao anterior se aplica aos sistemas contínuos (que serão amplamente estudados na disciplina de Reatores).

corrente 1 corrente 2 Seja: FA1 velocidade molar da substancia A na corrente 1 FA2 velocidade molar da substancia A na corrente 2 FA0 velocidade molar da substancia A no inicio da reação química (após a mistura de ambas as soluções) v1 vazão da solução 1 v2 vazão da solução 2 v0 vazão inicial da reação (v1 + v2 )


____________________________4________________________


A regra geral de uma diluição sempre será somar os números de moles de cada uma das soluções (expressos aqui em função do tempo):

21 AAA FFFo

+=

e que analisada sobre o conceito de concentração, conduz a : 21 21vCvCvC AAoAo

+=

e que conduz a : o

AAA v

vCvCC

o

21 21+

=

4 – Tabela Estequiométrica 4.1 – Introdução

Seja a reação química: aA + bB → rR + sS

sN

rN

bN

aN SRBA Δ

=Δ

=Δ

=Δ

AAAB XNabΔN

abΔN

0==

AAAR XNarΔN

arΔN

0==

AAAS XNasΔN

asΔN

0==

4.2 - Operação Descontínua

aA + bB → rR + sS

em t = 0 ⇒ 00000 ISRBA N,N,N,N,N

em t = t ⇒ ΙSRΒΑ Ν,Ν,Ν,Ν,Ν

Espécie Início da reação Reage Final da reação A

0AN AA XN0

− AAA XNN00

−

B 0BN AA XN

0ab

− AAB XNN00 a

b−

R 0RN AA XN

0ar

+ AAR XNN00 a

r+

S 0SN AA XN

0as

+ AAS XNN00 a

s+

I 0IN _

0IN


____________________________5________________________


É comum expressar os parâmetros reacionais da reação em função de concentração. Entretanto, como concentração é função do volume a tabela estequiométrica deve ser montada para N (número de moles) e em seguida aplicada às reações químicas com variação de volume (onde 0ξA ≠ ) ou sem variação de volume (onde 0ξA = ). Para as reações químicas a volume variável [ ( )AA0 Xξ1 VV += ], tem-se:

Espécie Final da reação (Ni) Final da reação (Ci)

A AAA XNN00

− ( )AA Xξ+

−

1XCC AAA 00

B AAB XNN00 a

b−

( )AA Xa

b

ξ+

−

1

XC C AAB 00

R AAR XNN00 a

r+

( )AA Xa

r

ξ+

+

1

XC C AAR 00

S AAS XNN00 a

s+

( )AA Xa

s

ξ+

+

1

XC C AAS 00

I 0IN

( )AA Xξ+1C

0I

Para as reações químicas a volume constante (onde 0ξA = ), tem-se que:

Espécie Final da reação (Ni) Final da reação(Ci) A AAA XNN

00− AAA XCC

00−

B AAB XNN00 a

b− AAB XCC

00 ab

−

R AAR XNN00 a

r+ AAR XCC

00 ar

+

S AAS XNN00 a

s+ AAS XCC

00 as

+

I 0IN

0IC 4.3 – Operação Contínua

aA + bB → rR + sS

em t = 0 ⇒ 00000 ISRBA F,F,F,F,F

em t = t ⇒ ΙSRΒΑ F,F,F,F,F


____________________________6________________________


Espécie Início da reação Reage Final da reação

A 0AF AA XF

0− AAA XFF

00−

B 0BF AA XF

0ab

− AAB XFF00 a

b−

R 0RF AA XF

0ar

+ AAR XFF00 a

r+

S 0SF AA XF

0as

+ AAS XFF00 a

s+

I 0IF _

0IF

Como concentração é função do volume, e para operação continua: vFC i

i = .

Para as reações químicas a volume variável [ ( )AA0 Xξ1 VV += ], tem-se:

Espécie Final da reação (Fi) Final da reação(Ci)

A AAA XFF00

− ( )AA Xξ+

−

1XCC AAA 00

B AAB XFF00 a

b−

( )AA Xa

b

ξ+

−

1

XC C AAB 00

R AAR XFF00 a

r+

( )AA Xa

r

ξ+

−

1

XC C AAR 00

S AAS XFF00 a

s+

( )AA Xa

s

ξ+

−

1

XC C AAS 00

I 0IF

( )AA Xξ+1C

0I

Para as reações químicas a volume constante (onde 0ξA = ), tem-se que:

Espécie Final da reação (Fi) Final da reação(Ci) A AAA XFF

00− AAA XCC

00−

B AAB XFF00 a

b− AAB XCC

00 ab

−

R AAR XFF00 a

r+ AAR XCC

00 ar

+

S AAS XFF00 a

s+ AAS XCC

00 as

+

I 0IF

0IC


____________________________7________________________


5– Equações Gerais de Reatores Ideais 5.1 – Reator Descontínuo Ideal

entra = sai + reage + acumula

Como não existe entrada ou saída durante a reação, os termos entra e sai são portanto iguais a ZERO, e a equação geral de balanço de massa de um reator batelada se resume a :

⊕ (Reage) = (-) (Acumula)

( ) ( )⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−=

⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

+reator do

dentroA reagente doacúmulo Velocidade

química reação àdevidoreator do

dentroA reagente doconsumo de Velocidade

[ ] ( ) ( )( ) ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=−=

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

reagente misturapela ocupadoreator do volume

reagente fluido do volumetempoA reagente do molesV r

po)(moles/temreação pela

A de consumoRe Aage

[ ] ( )( )[ ]

dtdXN

dtXNd

dtdNacúmulo A

AAAA

0

01

omoles/temp

A de acúmulo −=

−==⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

( )dt

dN A=− V rA ⇒ ( ) ( ) ( ) ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−=−

dtdXN V r A

AA 0

( )V rdX N

dt A

AA0

−= ⇒ ( )∫ −

= A

0

X

0A

AA V r

dX Nt


____________________________8________________________


5.2 – Reator de Mistura Ideal

entrada = saída + consumo + acúmulo

Como não existe acumulo durante a reação, o termo acumulo é portanto igual a ZERO, e a equação geral de balanço de massa de um reator de mistura se resume a :

Entrada = Saída + Consumo

entrada de A,mol/tempo = ( )

000 AAA FX1F =− ;

saída de A, mol/tempo = ( )AAA X1FF0

−= ;

( )( ) ⎟

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=−

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

reagentefluido pelo ocupado

reator do volume

reagentefluido do volume

tempo

A reagente de molesV r mol/tempo

reação, pelaA de consumo

A

entrada = saída + consumo

( )V r XF FF AAAAA 000−+−=

( )V rXF AAA0−= ⇒ ( )A

AA

rXF

V 0

−=

5.3 – Reator Tubular Ideal

entrada = saída + consumo + acúmulo

Como não existe acumulo durante a reação, o termo acumulo é portanto igual a ZERO, e a equação geral de balanço de massa de um reator de mistura se resume a :

Entrada = Saída + Consumo

entrada de A, moles/tempo = FA;

saída de A, moles/tempo = FA + dFA;


____________________________9________________________


( )dVrA−=⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

omoles/tempreação pela

A de consumo = ( ) ( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛reagente fluido do volume tempoA reagente de moles

* ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛aconsideradreator do

seção na fluido do volume

(entrada) = (saída) + (consumo)

FA = FA + dFA + (-rA) dV

(-rA) dV = (-) dFA

→ mas ( )[ ] ( ) AAAAA dX FX1F ddF00

−=−=

→ então : ( ) AAA dX FdV r0

=−

( )∫ ∫ −=

V

0

X

0A

AA

A

0 rdXFdV ⇒ ( )∫ −

= A

0

X

0A

AA r

dX FV

5.4 – Quadro Resumo das Equações Gerais de Reatores Ideais

Quadro 1 – Equações em função de NA

Reator Forma diferencial Forma integral Forma algébrica

Batch ( )V rdt

dNA

A −=− ( )∫ −−= A

0A

N

NA

A

V rdNt -

CSTR - - ( )A

AA

rFF

V−

−= 0

PFR ( )AA r

dVdF

−= ( )∫ −= A

A

F

FA

A

rdFV

0

-

Quadro 2 – Equações em função de XA

Reator Forma diferencial Forma integral Forma algébrica

Batch ( )V rA0−=

dtdXN A

A ( )∫ −= A

00

X

A

A

V rdXt AN -

CSTR - - ( )A

AA

rXF

V−

= 0

PFR ( )AA

A rdt

dXF −=0

( )∫ −= AX

A

AA r

dXFV00

-


____________________________10________________________


Avaliação do Aprendizado Operações em Sistemas Contínuos

1 - (P1 – 1999) - A reação química em fase líquida 2A + ½B → 2R + 3S ocorre conforme o

esquema abaixo. Determine a conversão do reagente critico no interior do reator? (XA = 0,75)

(4) A e B

(1) (v=2 L/min e CA=2 M) (2) (v=4 L/min e CB=3 M)

separador

(3)

(5) CR = 3 M v = 1 L/min

2 - (P1 – 1998) - A reação química em fase líquida 3 A + ½ B → 2 R ocorre no

esquema apresentado abaixo, determine na saída do separador : A - a produção de R (moles/hora) e a concentração de R (moles/litro) b - a concentração de A (moles/litro). (6) A e B E 10% R (1) (v=10 L/min) (2) (v=5 L/min e CB=3 M) CA=2 M)

(5) (v=5 L/min e CA=1 M)

separador

XA = 0,30

(7) 90 % R (v=12 L/min) Resposta: CA6 = 2,37 M; NR7 = 216 mols/h; CR7 = 0,30M


____________________________11________________________


3 - (P1 – 1998) - A reação química em fase líquida 2A + ½B → 3R ocorre no esquema apresentado abaixo.

Determine na saída do separador a produção de R (moles/hora) e a concentração de R (M)? Resposta: (CR8 = 0,60M)

(3) (v=5 L/min e CA=4 M) (7) A e B

(1) (v=10 L/min e CA=2 M) (2) (v=5 L/min e CB=3 M)

(4)

separador

XA = 0,05 (5)

(8) R (v= 5 L/min)

4 – Calcule a concentração de R na saída do separador do sistema abaixo. (CR = 1,98M)

(2) v =3 L/min (7) A e B CB =4M (4) (1) v =5 L/min (6) v1 = 2 L/min (3) CA =1M 10 L/min CA =3M água Separador XA =0,30 (5) A + 1/2B → 3R

(8) R (5 l/min)


____________________________12________________________


5 - Calcule a concentração de S na saída do separador do sistema apresentado a seguir: Resposta CS = 0,4125M

(2) água 5 L/min (1) 10 L/min (3) (4) 5 L/min (6) v6 = 1/3 v5 CA =1,5M CS=0,2M 80% de A e B CB=3M Separador XA=0,60 A + 2B → ½ S (7) S e 20% A e B

6 - (P1 – 1997) - Para o esquema de reação apresentado abaixo, determine na saída do separador: A – Qual a concentração de R (moles/litro)?

B - Qual a produção de R (moles/hora)? C - Qual a nova concentração (mol/litro) e produção (mol/hora) de R se o volume de água adicionado na corrente 4 for dobrado? (1) v= 0,5 L/min (4) v= 1 L/min

CA= 4M água v6= ½ v5 A e B (6) (2) v= 2 L/min (3) v= 0,5 L/min

CB= 1M CR= 1M (5) XA= 0,90 A + ½ B → 3R v7 (7) R

Respostas: C) CR7 = 2,36M e FR7 = 354 mols/h


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7 – (P1 – 1997) - Para o esquema de reação apresentado abaixo, determine na saída do separador: A – Qual a concentração de R (moles/litro)? B – Qual a produção de R (moles/hora)?

Para se produzir o dobro de R por hora, determine: C – Qual deve ser a concentração inicial de A e/ou B mantida a vazão constante?

D – Qual deve ser a vazão da(s) corrente(s) 1 e/ou 2 mantidas as concentrações iniciais constantes? (2) v= 2 l/min CB= 10M v5= 4 l/min (3) (5) (1) v1= 4 l/min A e B CA= 2M CB= 1M Separador XA= 0,40 A +3B → ½ R (6) R

Respostas: A) CR = 0,80M e D) v1 = 8 L/min; ; v2 = 4L/min

Tabela Estequiométrica

1 – (P1 – 2004) - A reação química em fase gasosa A → 2R + 3S + ½T é realizada

em um reator de escoamento continuo a pressão atmosférica e a temperatura de 300oC. A alimentação é constituída de uma mistura com 30% de inertes e o restante do reagente A . A conversão obtida neste reator é de 25%.

A) Qual a concentração de R na saída deste reator? B) Qual a pressão de T na saída do reator? C) Qual a fração molar do inerte na saída do reator? (yI = 0,168) D) Por que a fração molar do inerte na saída do reator mudou em relação a entrada do reator? 2 - (P1 – 2006) - Uma mistura (28% SO2 e 72% de ar) é carregada em um reator no qual ocorre a

oxidação do SO2. Esta alimentação é introduzida no reator a pressão total de 15 atm e a temperatura constante de 227oC.

Considere que esta reação pode ser realizada em dois experimentos distintos: Experimento I - a pressão e temperatura constante. Experimento II - a volume e temperatura constante.

A) Calcule a concentração do O2 e do SO3 para uma conversão de 20% no experimento I e no experimento II.

B) Calcule a concentração do O2 e do SO3 para uma conversão de 90% no experimento I e no experimento II.

C) A vazão final em ambos os experimentos, independente da taxa de conversão, será a mesma? Explique a sua resposta.


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3 - (Fogler 3-7) – Construa uma tabela estequiométrica para cada uma das seguintes reações e expresse a concentração de cada espécie na reação como uma função da conversão, avaliando todas as constantes.

A - A reação em fase líquida: CH2OCH2 + H2O → (CH2OH)2 onde as concentrações iniciais de óxido de etileno e água são 1 lb mol/ft3 e 3,47 lb mol/ft3 (62,41 Ib/ft3 ÷18), respectivamente.

B - A pirólise isotérmica e isobárica em fase gasosa: C2H6 → C2H4 + H2 Etano puro entra no reator de escoamento a 6 atm e 1100K. Como sua equação para a concentração mudaria se a reação fosse conduzida em um reator

batelada a volume constante.

C – a oxidação catalítica em fase gasosa, isotérmica, isobárica: C2H4 ½ O2 → CH2OCH2 A alimentação entra em um PBR a 6 atm e 260oC e é uma mistura estequiométrica de oxigênio e

etileno. 4 - (Fogler 3-12) – (A) Tomando o H2 como sua base de cálculo, construa uma tabela

estequiométrica completa para a reação:

½ N2 + 3/2 H2 → NH3

para um sistema de escoamento isobárico e isotérmico com alimentação equimolar de N2 e H2. (B) Se a pressão total de entrada for 16,4 atm e a temperatura for de 1727ºC, calcule as

concentrações de amônia e hidrogênio quando a conversão de H2 for de 60% (R: CH2 = 0,025 M e CNH3 = 0,025 M).

C) Se você tomar o N2 como sua base de cálculo, poderia ser alcançada uma conversão de 60%? 5 - (Fogler 3-13) - O ácido nítrico é fabricado comercialmente a partir de óxido nítrico. O óxido nítrico

é produzido por oxidação da amônia em fase gasosa:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

A alimentação consiste de 15 mol % de amônia em ar a 8,2 atm e 227ºC. a) Qual é a concentração total de entrada? (Co = 0,20 M) b) Qual é a concentração de entrada da amônia? (CNH3)o = 0,03 M c) Construa uma tabela estequiométrica tomando a amônia como base de cálculo. Então,

1) Expresse Pi e Ci para todas as espécies como funções da conversão para um reator batelada operado isotermicamente à pressão constante. Expresse o volume como uma função de conversão.

2) Expresse Pi e Ci para todas as espécies como funções da conversão para um reator volume constante. Expresse PT como uma função da conversão X.

3) Expresse Pi e Ci para todas as espécies como funções da conversão para um reator de escoamento.

6 - (Fogler 3-16) - A reação em fase gasosa: 2A + 4B → 2C que é de primeira ordem em

relação a A e de primeira ordem em relação a B deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento uniforme. A vazão volumétrica de entrada é de 2,5 dm3/min e a alimentação é equimolar em A e B. A temperatura e a pressão de entrada são 727ºC e 10 atm, respectivamente. A velocidade específica de reação nesta temperatura é de 4dm3/mol min e a energia de ativação é de 15.000 cal/mol.

a) Qual deverá ser a vazão volumétrica para a conversão de A de 25%? (R: v = 1,88 dm3/min). b) Qual será a velocidade da reação na entrada do reator, ou seja quando X=0? (R: -rA = 1,49X10-2

mol/dm3.min.) c) Qual será a velocidade de reação quando a conversão de A for de 40%? (Dica: Primeiramente,

expresse -rA como uma função apenas de X.) (R: -rA = 4,95 X 10-3 mol/dm3.min.) d) Qual será a concentração de A na entrada do reator? (R: CAO = 0,0609 mol/dm3) e) Qual será a concentração de A para conversão de A de 40%? (R: CA = 6,09 X 10 –2 mol/dm3) f) Qual será o valor da velocidade específica de reação a 1227ºC? (R: k = 49,6 dm3/mol.min)


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Aplicações Básicas de Reatores 7 – (Missen 12-2) - A decomposição da fosfina [4PH 3(g) ⇒ P4(g) + 6 H 2(g)] é de primeira ordem em relação a fosfina e sua constante de velocidade k é igual a 0,0155 s-1 a 953K. SE esta decomposição ocorre em reator batelada a volume constante a 953 K, calcule para 40% de conversão de fosfina: A) o tempo necessário (segundos) b) a fração molar de H2 na mistura reacional R : A) t = 33 s B) yH2 = 0,46 8 – (Missen 12-4) Uma reação em fase liquida A + B ⇒ produtos ocorre em um reator batelada isotérmico. Esta reação é de primeira ordem em relação ao reagente A, com kA = 0,025 Lmol-1s-1, CAO = 0,50 M e CBo = 1,0 M. Determine o tempo necessário para uma conversão de 75% de A (t = 73 s)

9 - (Missen 14-4) – Para a reação entre acido hidrocianidrico (HCN) e acetaldeído (CH3CHO) em solução aquosa a lei de velocidade a 25oC e um certo pH é (-rA) = kACACB, onde kA = 0,210 Lmol-1min-1. Se esta reação é realizada a 25oC em um reator CSTR, qual será o volume deste reator para que ocorra 75% de conversão de HCN, se a concentração da alimentação é 0,04 molL-1 para cada reagente, e a velocidade de alimentação é de 2 Lmin-1 ? (V = 2.860 L)

HCN (A) + CH3CHO (B) → CH3CH(OH)CN

10 – (Missen 15-6) – A decomposição do dimetil éter (CH3)2O (E) em CH4 , H2 e CO é uma reação irreversível de primeira ordem, e a sua constante de velocidade a 504oC é kE = 4,3x10-4 s-1. Qual deve ser o volume requerido em um reator PFR para que ocorra 60% de decomposição do éter, se a alimentação é de 0,1 mol/s a 504oC e 1 bar e o reator opera a pressão e temperatura constante? (V = 23,3 m3)

11 – (Missen 15-10) - Uma reação em fase gasosa A → R + T é realizada em um reator isotérmico PFR. A alimentação é constituída de A puro a uma vazão de 1Ls-1 , e a pressão do reator é constante a 150 KPa. A lei de velocidade desta reação é (-rA) = kAC3

A, onde kA = 1,25 L2mol-2s-1. Determine o volume do reator necessário pra que ocorra uma conversão de 50% de A, dado que

CAO = 0,050 mol/L. [V = 1170L]

12 – (P2 – 2004 / Fogler) - Diagramas esquemáticos da bacia de Los Angeles são mostrados na figura a seguir. O fundo da bacia cobre aproximadamente 700 milhas quadradas (2 x 1010 ft2) e é quase completamente rodeado por cadeias de montanhas. Se assumirmos uma altura de inversão atmosférica de 2000 ft, o volume correspondente de ar na bacia seria de 4 x 1013 ft3. Usaremos este volume de sistema para modelar a acumulação e a remoção de poluentes do ar. Como uma primeira aproximação grosseira, trataremos a bacia de Los Angeles como um recipiente bem misturado (análogo a um CSTR) no qual não há variações espaciais na concentração dos poluentes. Considere apenas o monóxido de carbono como poluente e assuma que a origem do CO são os gases de exaustão de escapamentos de automóveis e que, em média, existem 400.000 carros operando na região em qualquer instante. Cada carro produz aproximadamente 3000 pés cúbicos (em condições padrão) de descarga a cada hora contendo 2 mol% de monóxido de carbono.

Realizaremos um balanço molar em regime não-estacionário para o CO visto que o mesmo é removido da bacia por uma corrente de vento Santa Ana. Os ventos Santa Ana são correntes de alta velocidade, originadas no Deserto de Mojave, situado logo a nordeste de Los Angeles. Este ar limpo do deserto escoa para a bacia através de um corredor que se assume tenha 20 milhas de largura e 2000 ft de altura, substituindo o ar poluído, que flui para o mar ou em direção ao sul. A concentração de CO no vento Santa Ana que entra na bacia é de 0,08 ppm (2,04 x 10-10 lb mol/ft3)


____________________________16________________________


DADOS: Rlbmol

atmftR o..73,0 3

= e 7,459+= FR oo e 1 milha = 5279 ft

A) Quantas libras-mol de gás estão no volume do sistema que escolhemos para a bacia de Los Angeles se a temperatura é de 75ºF e a pressão é de 1 atm?

B) Qual é a vazão molar, FCO,A, na qual todos os automóveis emitem monóxido de carbono na bacia

(lb mol CO/h)? (FCO)A = 61.487 lbmol CO/h] C) Qual é a vazão volumétrica (ft3/h) de um vento de 15 mph através do corredor de 20 milhas e

2000 ft de altura? (Dado: 1 milha = 5279 ft) D) A que vazão molar (lb mol/h), FCO,S o vento Santa Ana traz monóxido de carbono para a baciA? (FCO)vento = 3.411 lbmol/h]

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