Sobre o cálculo do volume do reator
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Ácido adípico e glicol hexil em proporção estequiométrica reagem em um reator intermitente, com ácido sulfúrico como catalisador. Reação de segundo grau: –ra = kCa²kmor·m⁻³·h⁻¹, onde k = 0,1182 m³·kmor·h. A concentração inicial de adípico é CA₀ = 4 kmor·m⁻³. Se forem processados 2400 kg de adípico por dia, com um tempo de operação por lote de 1 hora, e considerando que o fator de carga do reator é 0,75, com uma taxa de conversão de 80%, qual é o volume necessário para o reator?Resposta: Para um reator de reação intermitente de segundo grau, tr = 1 × 0,8 / [(0,1182 × 4) × (1 – 0,8)] = 8,5 h. Portanto, tt = 8,5 + 1 = 9,5 h. FA₀ = 2400 / (24 × 146) = 0,684 kmor/h. V₀ = FA₀ / CA₀ = 0,684 / 4 = 0,171 m³/h. O volume efetivo é v₀ × tt = 0,171 × 9,5 = 1,63 m³. O volume total é 1,63 / 0,75 = 2,17 m³.
Pergunta: Como FA₀ e CA₀ são valores relacionados ao adípico, por que o fluxo volumétrico calculado não corresponde ao fluxo volumétrico do próprio adípico? O glicidol em quantidades mols também deve exigir um certo volume de reação, não é? Se a concentração inicial do glicidol também for 4, será que o volume de reação necessário precisa ser dobrado?
CA0 refere-se à concentração do componente A no momento em que a reação começa, ou seja, quando o material já foi inserido no reator. Nesse momento, o componente B também deve estar presente no reator, sendo o material reacional uma mistura de A e B. A:B=1:1; naturalmente, o valor de CB0 no material é igual ao de CA0. Se A e B entrarem no reator em duas correntes, com uma relação de fluxo de 1:1, e se a concentração de uma das correntes for CA e a da outra corrente for CB, então, após a mistura, as concentrações serão 1/2CA e 1/2CB. Nesse caso, as concentrações de A e B (1/2CA e 1/2CB) correspondem, respectivamente, a CA0 e CB0. Essa situação precisa ser especificada de forma especial nas condições do problema. Há algum problema na expressão da reação neste problema. Deveria ser -ra=kCaCbkmor.m-3.h-1. Se for escrita da maneira como está no enunciado original, torna-se uma reação de segundo grau em relação ao adípico ácido e uma reação de grau zero em relação ao glicidol.
Isso porque o volume é calculado com base na concentração, e não na quantidade de matéria. A concentração já pode representar a condição geral do material.