SóProvas

ID
349495
Banca
CESGRANRIO
Órgão
Petrobras
Ano
2010
Provas
Disciplina
Engenharia Química e Química Industrial
Assuntos

Uma reação exotérmica A + B C é conduzida em um reator tanque de mistura perfeita. O calor de reação é 500 kJ/kmol. Os reagentes são alimentados a 25 oC e em proporção estequiométrica. A conversão por passe é 100%. O produto é constituído de 100 kmol/h de C, cuja capacidade calorífica é de 20 kJ •kmol-1• K-1. O reator tem uma área superficial de 20 m2 e não é isolado do meio ambiente, que se encontra a 15 oC. O seu coeficiente global de transferência de calor é 400 kJ• h-1• m-2 •K-1. Nessas circunstâncias,a temperatura da corrente de saída, em oC, é

Alternativas
Comentários

  • Alguem conseguiu fazer?

  • Fazer balanço de energia:

    Simplificando:

    Calor de reação - energia para aquecer produtos (não há reagentes, pois são totalmente consumidos) - energia perdida para ambiente = 0

    Calor de reação: Vazão molar * calor de reação = 100 kmol/h * 500 kJ/kmol = 5*(10^4) kJ/h

    Energia para aquecer produtos: Calor específico molar * vazão molar * variação de temperatura = 20 kJ/(kmol*K) * 100 kmol/h * (T - 15) ==> T é a temperatura final (o que a questão pede), e 25 é a temperatura inicial do reagente, o certo era passar para K, mas como a questão quer a resposta em °C, e a diferença em K é a mesma que em °C, então simplifiquei aqui

    Energia perdida para ambiente: Coeficiente global de transferência de calor * Área * diferença de temperatura = 400 kJ/(h*m²*K) * 20 m² * (T - 15) ==> T é a temperatura final (o que a questão pede), e 15 é a temperatura ambiente em °C, o certo era passar para K, mas como a questão quer a resposta em °C, e a diferença em K é a mesma que em °C, então simplifiquei aqui

     

    Agora só substituir os valores encontrados:

    5 * (10^4) - 20 * 100 * (T - 15) - 400 * 200 * (T - 25) = 0 ==> Resolvendo ==> T = 22 °C

    Deve ter algum jeito mais simples, mas ess foi o jeito que fiz, acho que está certo.

     

  • Fiz assim:

    Balanço de energia para sistemas abertos com reação (Livro Schmal): dE/dt = Wfluxo (ou Qfluxo) + Qreação + Qexterno - Wexterno (de turbina agitador etc, normalmente é desprezível)

    dE/dt= 0 (regime estacionário)

    Desprezando energia cinética e energia potencial e a P constante, então considerando só entalpia:

    Wfluxo= somatório Fj.Cpj.(T - To) -> para reação A + B -> C: somatório Fj.Cpj = Fao(Cpa(1-Xa) + Cpb(M - Xa) + CprXa)

    como é dito na questão que foi equimolar a alimentção: M= Cbo/Cao=1, e xa=100%=1, então:

    Wfluxo= Fao.Cpr.Xa.(T-To)= 100*20*1*(T-25)

    Wexterno=0 (desprezível)

    Qreação= deltaH.(-ra).V -> para CSTR -> (-ra).V = FaoXa , então:

    Qreação= deltaH.Fao.Xa, como deltaH é de reação exotérmica então é negativo

    Qreação= -500*100*1

    Qexterno=UAs(T-Ts)=400*20*(T-15)

    Então:

    dE/dt = Wfluxo + Qreação + Qexterno - Wexterno = 0

    100*20*1*(T-25) -500*100*1 +400*20*(T-15)=0

    T= 22°C

  • Calor reacional = calor de aumento de Temperatura da reação + calor perdido pro ambiente

    Q= UAdT + mCp.dT

    500kj/kmol . 100kmol/h= UA.(TF-15) + M.CP. (TF-25)

    50000kj/h = 400.20.(TF-15) + 100.20.(TF-25)

    a partir dai é só matemática... é sempre bom colocar as unidades pra conferir se o troço vai dar certo..

  • Nunca entendi essa questão. Para mim, a vazão de entrada é 200 kmol/h. Nada mais muda no balanço (a vazão do calor de reação é Fa0*Xa = 100 kmol/h), e a temperatura final é 27