Lista 1 - Transferência de Massa 2021 1

EQE 476 : Transferência de Massa Turma EQG/EQA Escola de Química / UFRJ – 2021.1 Prof. Cristiano P. Borges Primeira Lista de Exercícios – 25 / agosto / 2021 Prazo para devolução: 30/agosto/2021 – 08:00h Observações: • A Lista deve ser devolvida digitalizada, aceitando-se os formatos PDF, Word ou Imagens; • Os arquivos com a solução dos exercícios deve ser nomeado como “seu nome - 1a lista”. No caso de arquivos múltiplos, esses deve ser nomeados como "seu nome - 1a lista - parte1", etc. Exercício 1) Explique e faça o solicitado em cada item: 1.a) Diferença entre fluxo difusivo e fluxo convetivo. A partir da definição de fluxo deduza a relação entre eles. 1.b) Prove que as expressões a seguir são equivalentes: 𝑱𝑨 𝒎 = −𝝆𝑫𝑨𝑩𝛁𝒘𝑨 𝒄(𝑼𝑨 − 𝑼𝑩) = − 𝒄𝑫𝑨𝑩 𝒙𝑨𝒙𝑩 𝛁𝒙𝑨 1.c) Considerando o balanço de forças que resulta na relação de Maxwell- Stefan, como procederia se o sistema em questão envolvesse espécies iônicas e um campo elétrico. 1.d) Como as reações homogênea e heterogênea são consideradas na equação da continuidade (balanço)? Exercício 2) Uma solução ideal contendo 0,1 x 10-3 m3 de metanol (A) e 0,9 x 10-3 m3 de benzeno (B) move-se com uma velocidade média molar de 0,12 m/s. Se o fluxo molar de benzeno calculado em relação a velocidade média mássica é -1,0 kgmol/m2.s, qual é o fluxo molar total do metanol (NA) e qual é a velocidade mássica média. Componente Metanol Benzeno Massa molar (kg/kgmol) 32,04 78,12 Massa específica (kg/m3) 792 879 Exercício 3) No reator catalítico, abaixo esquematizado, ocorre uma reação de isomerização, onde A se transforma em B segundo uma reação catalítica de primeira ordem em relação a concentração molar de A, ou seja, a taxa de consumo de A por unidade de área de catalisador é expressa por: k”CA. Embora a reação seja catalítica, ela é lenta o suficiente para que a resistência a transferência de massa, devido a etapa de difusão nas proximidades da partícula de catalisador, possa ser desprezada. Deste modo, em qualquer posição do reator, a concentração de A na superfície do catalisador pode ser considerada como sendo a concentração de A na corrente livre de escoamento. Admitindo-se que o escoamento da mistura reacional seja do tipo empistonado (“plug flow”), com velocidade média U, que a concentração de A na entrada do reator é CA0 e que a área de catalisador por unidade de volume do reator é igual a “a”, pede-se: a) Determinar, através de um balanço de massa em um elemento de volume do reator, a expressão que fornece o perfil de concentração de A no seu interior. Esboçar o perfil ao longo do reator. b) Determinar o comprimento L do reator para que a concentração molar de A na saída Boaseja 5% de sua concentração na entrada, para as seguintes condições: k” = 1,5 x 10-9 [ 1/s (m2/m3 de cat.)] a = 2,0 x 108 m2 de catalisador/ m3 de reator U = 0,1 m/s Suponha agora que o reator tubular do problema anterior não seja catalítico (reator vazio, sem as esferas de catalisador) e que a transformação de A em B ocorra espontaneamente, durante a passagem da mistura gasosa, em escoamento laminar, pelo reator. A reação continua sendo de primeira ordem em relação a concentração de A e a constante de reação, neste caso, é k"'. Pede-se: c) Esboçar o perfil de concentração de A ao longo do reator, justificando com base em uma discussão física do problema.