Lista 4 Exercicios Iniciais de Cálculo de Reatores

Questão 04 A reação gasosa A R ocorre em um reator tubular a 400C e 162 atm de pressão A alimentação possui 7625 em peso de A e o restante em inertes A alimentação global é de 420 molshora e sabese que a reação é de primeira ordem irreversível e uma constante de velocidade de 0999 min¹ Determine a O volume do reator tubular para uma conversão de 80 b O volume de um reator mistura acoplado a saída deste reator tubular para uma conversão final de 95 Dados Peso molecular A 44 gmol e Peso molecular I 28gmol APÊNDICE A INTEGRAIS DEFINIDAS integral formulas Bons Estudos 2 Volume dos reatores V 100L 01 m³ Determinar esta velocidade no CSTR V Fao X1 rA V Fao X1 k Cao 1 X1 rA kCA CA1 CA0 1 X1 XB 025 25 rA kCA0 1 X1 K Fao X1 V Cao 1 X1 Fao reação molar de entrada 150 molh k 150 025 01 2000 1 025 k 025 h¹ conversão saída do PFR V Fao integral from X1 to Xe of dx rA Como reação é de primeira ordem V Fao integral from X1 to X2 of dx k Cao 1 X Fao k Cao integral from X1 to X2 of dx 1 x Integral 1 1x ln1x logo V Fao kCao ln1x2 ln1x1 01 150 025 2000 ln1x2 ln1025 01 013 ln1x2 ln 075 ln 075 02877 ln1x2 02877 03333 ln1x2 0621 ln1x2 0621 Exponenciando os dois ambos os lados 1x2 e⁰⁶²¹ 1x2 0537 x2 0463 ou 463 3 a Equação cinética para reações de primeira ordem lnCA0 CA k t ln CA0 CA01x k t t 05108 k Conversão x Conversão 40 040 k 001555 h¹ x CA0 CA CA0 ln1 1040 k t t 3295 h CA CA0 1x b Obs Assumindo inicialmente temos nP H3 O 1 mol de fósforo no reator Conversão 40 então a quantidade de fósforo convertida é nP H3 convertida nP H3 O X 1 040 040 mol a Fração molar de A na alimentação yA0 7625 PMA 7625 44 3625 2325 44 3625 2325 28 yA0 0671 Vazão molar de A na entrada FA0 yA0 alimentação global 0671 420 FA0 28182 mol h FA0 28182 3600 007828 mol Δ Concentração inicial de A CA0 P yA0 RT CA0 162 0671 00821 673 CA0 0197 mol L Equação projeto PFR V FA0 dX rA de 0 a X V FA0 dX K CA0 1 X de 0 a X V FA0 ln1 X K CA0 X 080 V FA0 ln1 080 K CA0 K 09999 min¹ 0016665 Δ¹ V 007828 0016665 0197 16094 V 3836 L Quantidade PH3 restante 1 040 060 mol Quantidade de H₂ restante 4 mols de PH3 produzem 6 mols de H₂ Portanto nH2 nPH3 convertido 6 4 040 15 060 mol Quantidade de P4 produzido 4 mols de PH3 produzem 1 mol de P4 Portanto nP4 nPH3 convertido 1 4 040 025 010 mol nº total de mols da mistura reacional PH3 restante 060 mol H2 produzido 060 mol P4 produzido 010 mol Total de mols 060 060 010 130 mols Fração molar de H₂ yH2 nH2 n total 060 130 yH2 04615 4615 b Conversão no 2º reator X₂ X final X₁ 095 080 075 1 j X₁ j 080 Equação do projeto do PFR V FA1 dX rA de X₁ a X final FA1 FA0 1 X₁ 007828 1 080 0045556 mol Δ V FA1 dX K CA0 1 X de X₁ a X final V FA1 K CA0 ln1 X de X₁ a X final V FA1 K CA0 13863 V 0015656 0016665 13863 V 4768 x 13863 6631 L c Volume do reator V π r² h π 2² 2 2513 m3 conversão por carga 068 68 k 142 x 10⁴ N de cargas por dia 9 Concentração inicial reagente 15 molL Quantidade reagente por carga ηA CA0 V 1506 molm3 2513 m3 37695 mol Quantidade de produto B Mxa formado por carga conversão 68 ηB ηA X 37693 068 256326 mol Produto diário de B Mxa Prod diário ηB n de cargas por dia 256326 9 2306934 moldia 1 a k 142 x 10⁴ min Conversão 68 068 Para reação de 1ª ordem utilizamos t ln11xk ln11068 ln3125 1139 t 1139 142 x10⁴ t 802213 s 60 13369 minutos b Tempo de reação 13369 minutos Tempo de descarga 12 minutos Tempo total por ciclo 13369 12 14569 minutos Tempo total disponível por dia 1440 minutos N de cargas por dia Tempo total de 1440 14569 988 Reator pode processar 9 cargas completas por dia