201) Uma reação química em fase aquosa está sendo estudada em laboratório,

num sistema de fluxo continuo. O reator é de 5 litros e seu conteúdo (5 litros

de fluido) está sob agitação que mantém a composição uniforme. A

estequiometria da reação é A 2R e o reagente A é introduzido na

concentração de 1 mol/litro. Os resultados dos trabalhos experimentais estão

contidos na tabela a seguir.

Qual é a equação de velocidade desta reação?

Experiência Vazão (cm3/s) T (ºC) CR no efluente (mol R/litro)

1 2 13 1,8

2 15 13 1,5

R: (−𝑟𝐴) = 0,036𝐶𝐴2

202) Uma reação em fase gasosa , A 2B ocorre a temperatura constante de 300 K em um reator de volume variável equipado por um pistão mantido a pressão constante de 150 kPa. Inicialmente, A puro está presente no reator. A reação que ocorre é de segunda ordem em relação a A, com a seguinte lei de velocidade:

(-rA) = kCA

2 ; k = 0,075 L mol-1min –1

Determine o tempo de reação para uma conversão final de 80%.

R: t= 1415 min

203) A reação de decomposição do pentóxido de nitrogênio ( 2N2O5 →

4NO2 + O2 ) é uma reação não elementar e sabe-se que ela ocorre

através de um mecanismo com várias etapas. Um dos mecanismos propostos,

no qual se considera o NO e NO3 como intermediários ativos, é:

Etapa I N2O5 NO2 + NO3

Etapa II NO2 + NO3 → NO + O2 + NO2

Etapa III NO + NO3 → 2NO2

a) Demonstre que este mecanismo conduz a uma equação de velocidade de

primeira ordem do tipo: –rN2O5 = k*[N2O5] e determine k*.

b) Considerando-se que a etapa II é a etapa lenta desta reação, e, portanto a

etapa determinante da velocidade da reação, determine a equação de

velocidade para esta situação, desconsiderando a etapa III.

c) Quais as possíveis conclusões ao se comparar as equações de velocidade

obtidas no item A (onde se considera a etapa III) e no item B (onde não se

considera a etapa III)?

R: a) 𝑘∗ = 𝑘1 −𝑘1𝑘2

𝑘2+2𝑘3 b) (+𝑟𝑁𝑂2) =

𝑘1𝑘3𝐶𝑁2𝑂5

𝑘2+𝑘3

204) Um reator tubular com reciclo opera a reação A B, que possui a

seguinte equação de velocidade: (−𝒓𝑨) = 𝟕𝟓𝟎𝑪𝑨𝑪𝑩 (𝑳. 𝒎𝒐𝒍−𝟏. 𝒎𝒊𝒏−𝟏). 4500

L/min de uma corrente proveniente de outro local da fábrica são direcionados a

este reator. Esta corrente possui CA0= 1 mol/L e CB0= 0,1 mol/L e o reator opera

com uma razão de reciclo R=1.

a) Determine o volume do reator para uma conversão de 50%.

b) Qual será a nova conversão se o reciclo for fechado?

c) Explique a diferença entre as conversões obtidas com e sem reciclo

R: a) V= 10,3 L b) XA= 0,34

205) A reação A B + C ocorre em um CSTR em fase líquida à pressão

atmosférica e T= 150°C, com k1 = 0,78 min-1. A reação C D + E ocorre em

fase gasosa em um PFR em série com este CSTR, com k2 = 1800 L.mol-1.min-

1. A alimentação do sistema está diluída em água conforme o esquema a

seguir.

Determine as vazões de saída FB e FD. Pontos de ebulição: PEA= PEB= 180°C,

PEC= 120°C, PED= PEE= 130°C. Volumes dos reatores: VCSTR= 100L, VPRF=

50L. Densidade molar de A na fase líquida= 1,5 mol/L.

R: FB= 43,58 mol min-1 e FD= 14,39 mol min-1

206) Para a reação elementar A ↔ B faça um gráfico da conversão de

equilíbrio em função da temperatura. Determine a temperatura e a conversão

adiabáticas de equilíbrio, quando A é alimentado puro a um CSTR a uma

temperatura de 350 K. Dados: CA0 = 10 mol/L; CpA = 100 J/mol K; CpB = 90 J/

mol K; ∆𝑯𝑹𝒙𝒐 = -8200 J/mol; Kc = 2 a 323K

R: T= 290 K e XA= 0,74

207) A reação de primeira ordem (k= 0,02 s-1) A 2B é realizada em fase

líquida em 50 CSTRs de 10L em série. 3 mol/s de ‘A’ com CA0= 1,5 mol/L são

alimentados no primeiro reator.

a) Determine a concentração de ‘A’ na saída do reator 36.

b) Calcule a conversão na saída do reator 50.

c) Determine a vazão molar de B na saída do quadragésimo reator.

R: CA36= 0,0485 mol L-1 b) XA50= 0,991 c) FB40= 5,87 mol s-1

208) A reação A B é de ordem 0,5 e ocorre em fase líquida, adiabaticamente

em um CSTR a regime permanente. Sabe-se que A é alimentado puro ao

reator com FA0= 100 kmol/h, CA0= 10 mol/L e TA0= 250 K e que a conversão na

saída é XA= 0,5.

a) Determine o volume útil do reator

b) Se a mistura reacional passar a receber uma carga térmica de 109 J/h, qual

será a nova conversão?

c) Considerando condição adiabática, regime permanente e o volume obtido

em (a), qual será a nova conversão se uma corrente adicional de 5000 L/h de

um composto inerte a 350 K for alimentada ao reator?

DADOS: E= 10 kJ/mol; k= 0,55 h-1 (p/ T= 250 K); ∆HoRX= - 8200 J/mol;

CpA= CpB= 90 J/(mol.K); CP,Inerte= 200 J/(mol.K); ρinerte= 10 mol/L; R= 8,314

J/(mol.K).

R: a) V= 19455 L b) XA= 0,89 c) XA= 0,56

209) A reação química A + 3/2 B 4 T ocorre a volume constante.

Sabendo-se que as concentrações iniciais de A e de B são 1,5 mol/L e 5,2

mol/L, respectivamente, determine a concentração molar de T ao final da

reação.

R: CT= 6 mol L-1

210) A reação irreversível A B possui k = 0,45 mol/(L.min). Calcule o

tempo necessário para que a conversão seja 65%, partindo-se das seguintes

concentrações molares iniciais:

a) CAo = 0,10 mol/L

b) CAo = 0,25 mol/L

R: a) t= 0,14 min b) t= 0,36 min

211) Calcule a conversão e as concentrações de equilíbrio para a seguinte

reação elementar em fase líquida: A + B ↔ C. Com CA0 = CB0 = 3 mol/L e Kc=

12 L/mol.

R: XAe= 0,84, CAe= 0,48 mol L-1, CBe = 0,48 mol L-1 e CCe= 2,52 mol L-1

212) Um CSTR processa a reação não elementar A R, que pode ser

representada pelo mecanismo a seguir:

Etapa elementar Equação de velocidade [mol/(L.h)]

2A A + A* (+𝒓𝑨∗)𝟏 = 𝟒𝑪𝑨𝟐

A + A* 2A (−𝒓𝑨∗)𝟐 = 𝟎, 𝟓𝑪𝑨𝑪𝑨∗

A* R (−𝒓𝑨∗)𝟑 = 𝟖𝑪𝑨∗

sendo A* o intermediário ativo.

Sabendo-se que a reação é processada a 45°C em fase líquida, com

alimentação de 100 mol/h de ‘A’ a uma concentração de 1,5 mol/L, qual será o

volume do CSTR para se obter XA= 0,7?

R: V= 88,85 L

213) A reação A B + C foi estudada experimentalmente através do método

diferencial, obtendo-se o ajuste abaixo.

CA em mol/L e t em min.

a) Determine o valor de k.

b) Se esta reação for conduzida em um reator em batelada com CA0= 1

mol/L, qual será a conversão após 2 min.

R: a) k= 0,6065 min-1 b) XA= 0,703

214) A reação de primeira ordem A 1,8R é realizada à pressão e temperatura

constantes e com alimentação de A puro. Sabendo-se que o volume da mistura

reacional aumenta em 50% após 4 min de reação, determine a conversão após

3 min. Neste instante, qual é a variação volumétrica em %?

R: ∆V= 42%

215) A reação de formação do ácido iodídrico era considerada como sendo

elementar até 1967, quando Sullivan demonstrou que a reação provavelmente

ocorria de acordo com o seguinte mecanismo:

I2 2I* k1 (etapa I)

2I* I2 k2 (etapa II)

2I* + H2 2HI k3 (etapa III)

a) Qual era a equação de velocidade para esta reação até 1967?

b) Qual passou a ser a equação de velocidade para esta reação a partir

da proposta de mecanismo feita por Sullivan em 1967?

R: a) (−𝑟𝐼2) = 𝑘𝐶𝐼2𝐶𝐻2 b) (+𝑟𝐻𝐼) =2𝑘1𝑘3𝐶𝐼2𝐶𝐻2

𝑘2+𝑘3𝐶𝐻2

216) Uma determinada reação possui k= 0,5 s-1 para a temperatura de 100°C e

k= 0,82 s-1 para a temperatura de 150°C.

a) Qual é a energia de ativação desta reação?

b) Qual será a temperatura da reação quando k= 0,7 s-1?

R: a) E= 3102 cal mol-1 b) T= 405,61 K

217) A reação química de hidrogenação do eteno ocorre a partir da introdução

de 160g de eteno e 8g de hidrogênio (C2H4 + H2 C2H6) em um reator

de 40 litros a temperatura de 225oC, que contem inicialmente 100 gramas de

gás nitrogênio. Calcule:

a) a pressão parcial de cada um dos reagentes no tempo de meia vida da

reação.

b) a conversão da reação quando no sistema restarem 3 gramas de hidrogênio.

c) a conversão quando a fração molar de inerte aumentar 15% em relação à

sua fração molar inicial.

Dadas as massas atômicas: C= 12, H= 1, N= 14.

R: a) PC2H4= 3,8 atm e PH2= 2,042 atm b) XA= 0,625 c) XA= 0,433

218) A reação em fase gasosa 2A R + ½ S é de segunda ordem, isotérmica

e irreversível. Quando introduzimos A puro em um reator em batelada de

volume constante, verifica-se que a pressão do reator diminui 8% em 10

minutos. Se esta reação for realizada em um reator à pressão constante e

volume variável com 15% de inertes, determine o tempo necessário para que

ocorra a mesma conversão obtida no reator de volume constante.

R: t= 11,3 min

219) Dado o mecanismo a abaixo (sendo C*, D* e E* intermediários ativos)

A + B C*

C* + B D*

D* + B E*

A + E* F

Determine:

a) A equação de velocidade de produção de F em função das concentrações de A e B

b) A equação de velocidade de consumo de B em função das concentrações de A e B

R: a) (+𝑟𝐹) = 𝑘1𝐶𝐴𝐶𝐵 b) (−𝑟𝐵) = 3𝑘1𝐶𝐴𝐶𝐵

220) A reação A + B 2C, em fase gasosa e de 2a ordem deve ser processada

num reator de batelada operando a 10 atm e 180°C. Alimenta-se ao reator uma

mistura contendo 25% de A, 40% de B e 35% de inertes, em volume. Se o

tempo de reação é de 2,5h e a constante de velocidade vale 0,6 L/(mol.min),

qual será a conversão do processo?

R: XA= 0,99

221) Após um experimento em laboratório obteve-se indícios de que a reação

A + B C é elementar. No entanto, após realizar esta mesma reação em

diferentes temperaturas, observou-se que a velocidade da reação diminuiu com

o aumento da temperatura. Qual dos mecanismos abaixo explica melhor o

comportamento observado? Demonstre comparando as equações de

velocidade.

Mecanismo I: Mecanismo II:

A A*

A* + B C

A + B AB*

AB* C

R: (−𝒓𝑨) =𝒌𝟏𝒌𝟑𝑪𝑨𝑪𝑩

𝒌𝟐+𝒌𝟑

222) Deseja-se projetar um reator tubular para processar a reação de primeira

ordem, irreversível, em fase gasosa A 2B + C. Sabendo-se que a

alimentação é feita a uma vazão de 5 L/min contendo “A” puro a 3 atm e 150°C,

determine o volume útil do reator para se obter uma conversão de 50%.

Dados: k= 0,5 min-1; R= 0,082 atm.L/(mol.K).

R: V= 10,79 L

223) A reação em fase líquida A B foi estudada em um reator batelada e os

seguintes dados foram obtidos.

t (min) 0 1,00 2,00 3,55 4,24 4,90 6,06 6,95

CA

(mol/L) 12 10 8 6 5 4 3 2

a) Determine a equação de velocidade da reação através do método das meias

vidas

b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’.

R: a) (−𝑟𝐴) = 0,571𝐶𝐴0,5

224) A reação A 2B é realizada em um CSTR de 40 L em fase gasosa com

alimentação de 60% de A e 40% de inertes (% molar) a 15 L/min, 2 atm e 77°C.

Dado: k= 0,66 L mol-1min-1

a) Determine o valor de A

b) Calcule a concentração inicial de A

c) Qual é o valor da conversão na saída do reator?

d) Calcule a concentração de B na saída do reator

e) Forneça duas alternativas para se aumentar a conversão na saída do reator.

R: a) εA= 0,6 b) CA0= 0,0418 mol L-1 c) XA= 0,061 d) CB= 4,94x10-3 mol L-1

225) A hidrogenação em fase gasosa C2H4 + H2 C2H6 é conduzida à

pressão e temperatura constantes em um CSTR. A alimentação, que consiste

em quantidades equimolares de cada reagente, possui uma taxa de 1,5

mol/min de H2, com CA0= 0,4 mol/L.

a) Determine a vazão volumétrica de alimentação e o tempo espacial, sendo

que a conversão final desejada é de 85%. A reação é de ordem 0,5 em relação

a cada reagente (k= 0,7 min-1)

b) Qual seria o volume de um PFR com reciclo operando nas mesmas

condições do item ‘a’? Considerar razão de reciclo R= 2.

R: a) v0= 3,75 L min-1 b) V= 10,81 L

226) Um PFR isotérmico é usado para processar a reação em fase gasosa A

B, cuja equação de velocidade é (−𝒓𝑨) = 𝒌𝑪𝑨𝑪𝑩, com k= 1,5 L mol-1 s-1. A

alimentação consiste em uma vazão de 2 L s-1 de uma mistura contendo 50

mol% de A, 45 mol% de inertes e 5 mol% de B a 80°C e 2 atm.

a) Determine o volume de um PFR para se obter CB= 0,03 mol/L na saída

b) Determine a vazão molar de B na saída do PFR

c) Qual seria o volume de um CSTR necessário para se atingir 75% de

conversão?

R: a) V= 127,65 L b) FB= 0,06 mol s-1 c) V= 136,4 L

227) A reação A P é conduzida em um sistema contínuo com CA0= 4 mol L-1,

k= 2,5x10-3 s-1 e v0= 5 L s-1.

a) Determine o volume de um único CSTR para se atingir XA= 0,65.

b) Determine a conversão na saída de um sistema de dois CSTRs em série.

Considerar que o volume de cada CSTR vale metade do volume encontrado no

item ‘a’.

c) Qual seria o volume de um PFR com reciclo para se atingir XA= 0,7?

Considerar R= 1.

R: a) V= 3714,3 L b) XA1= 0,48 c) V= 3092,8 L

228) A reações em fase líquida:

A B + C (−𝒓𝑨) = 𝒌𝟏𝑪𝑨; 𝒌𝟏 = 𝟒 𝒎𝒊𝒏−𝟏

B D + E (−𝒓𝐵) = 𝒌𝟐𝑪𝑩; 𝒌𝟐 = 𝟐 𝒎𝒊𝒏−𝟏

estão ocorrendo em um CSTR. A concentração de entrada de A é 2,7 mol L-1.

A vazão total de alimentação é 360 L min-1 e o volume do reator é igual a 450

L.

a) Determine as concentrações de todos os compostos na corrente que deixa o

reator?

b) Calcule o rendimento YC e a seletividade YB/D.

c) Sem alterar as condições de alimentação, o que pode ser feito para

aumentar a taxa de produção de B?

R: a) CA= 0,45 mol L-1 CB= 0,643 mol L-1 CC= 2,25 mol L-1 CD= 1,61 mol L-1 b)

SB/D= 0,4

229) A reação em fase líquida A + 2B C será conduzida em 2 CSTRs. A

reação é de primeira ordem para cada um dos reagentes com k= 6x10-2 L mol-

1min-1. São dados: v0= 25 L min-1, CA0= 0,1 mol L-1, CB0= 0,2 mol L-1 e

conversão final XA= 0,75.

a) Qual será o volume de cada reator se forem arranjados em série?

b) Se ambos os reatores tiverem o mesmo volume, qual será esse volume se

foram arranjados em paralelo? Considerar que a vazão volumétrica v0 é

dividida por igual nos dois reatores.

R: a) V1= 4167 L; V2= 12500 L b) V1= V2= 12500 L

230) Etilenoglicol (R) é fabricado através da hidrólise do óxido de etileno (A) em

fase líquida. Entretanto, o etilenoglicol (produto desejado) pode reagir com o

óxido de etileno para formar dietilenoglicol (S). Este conjunto de reações pode

ser representado por:

A + B R (−𝒓𝑨)1 = 𝒌𝟏𝑪𝑨𝑪𝑩; 𝒌𝟏 = 𝟏𝒙𝟏𝟎−𝟔 𝑳 𝒎𝒐𝒍−𝟏 𝒔−𝟏 A + R S (−𝒓𝑨)2 = 𝒌𝟐𝑪𝑨𝑪𝑹;

a) Este conjunto de reações se classifica como reações em série, paralelo,

complexas ou independentes?

b) As concentrações de A e B na alimentação de um CSTR são 5 e 40 mol L-1

respectivamente. Não há R ou S na alimentação. As concentrações de B e de

R no efluente do CSTR são 38 e 1,9 mol L-1, respectivamente. Qual é o valor

de 𝒌𝟐

𝒌𝟏?

c) A vazão volumétrica no CSTR é 1 L s-1. Para as mesmas concentrações na

entrada e na saída dadas em (b), qual é o volume do CSTR?

d) Se considerarmos 𝒌𝟐

𝒌𝟏= 𝟐, qual será a concentração de R no efluente de um

CSTR isotérmico que tem a mesma alimentação do CSTR do item (c) e tem

uma concentração de B no efluente igual a 38 mol L-1?

R: b) 𝑘2

𝑘1= 1 c) V= 18149 L d) CR= 1,81 mol L-1

231) A reação de primeira ordem em fase líquida A B ocorre em dois CSTRs

operando em paralelo na mesma temperatura. O volume do reator 2 é o dobro

do volume do reator 1. A vazão de alimentação é dividida nos dois reatores

proporcionalmente aos seus volumes (v02 = 2v01). A conversão final obtida

neste sistema de reatores é 0,7.

a) Se o reator 1 for removido do processo e a vazão total (v01+v02) for

direcionada para o reator 2, qual será a nova conversão final?

b) Se o sistema em série for substituído por um PFR com reciclo com o mesmo

volume do menor CSTR (V1) e com sua mesma vazão de alimentação (v01) e

razão de reciclo R=1, qual será a nova conversão final?

R: a) XA’= 0,61 b) XAf= 0,815

232) A reação em fase líquida A P é conduzida isotermicamente em um

PFR de 2000 L. A vazão volumétrica de alimentação é 50 L min-1, contendo 3

mol L-1 de ‘A’ e 0,1 mol L-1 de ‘B’. Sabendo-se que a equação de velocidade de

reação é dada por (−𝒓𝑨) = 𝒌𝑪𝑨𝑪𝑷 (k= 2x10-2 L mol-1 min-1), determine:

a) a conversão na saída do reator

b) a concentração de P na saída do reator

c) o volume de um CSTR que forneça a mesma conversão do item (a)

R: a) XA= 0,26 b) CP= 0,875 mol L-1 c) V= 999,3 L

233) A reação em fase líquida A B foi estudada isotermicamente em dois

CSTRs de diferentes volumes, obtendo-se as seguintes conversões:

CSTR 1: V1= 50 L XA1= 0,5

CSTR 2: V2= 10 L XA2= 0,947

Nestes estudos foram utilizadas as condições de alimentação: CA0= 1 M e v0=

100 L/min.

a) Determine a constante de velocidade da reação com a respectiva unidade

b) Determine o volume de um PFR para atingir a conversão de 94,7% sob as

mesmas condições de alimentação dos CSTRs.

c) Explique a discrepância entre o volumes do CSTR 2 e do PFR calculado no

item (b).

R: a) k= 1 mol2 L-2 s-1 b) V= 49,9 L

234) A reação endotérmica em fase líquida de primeira ordem A B + C é

conduzida em um CSTR. Sabendo-se que a temperatura de alimentação é T0=

310 K, em qual temperatura deve ser mantida a serpentina dentro do tanque

para se atingir a conversão final de 75%?

DADOS: A= 3,5x1013 s-1, E= 100000 J/mol, v0= 8,3 L s-1, V= 15000 L; CA0= 0,8

mol L-1, ∆HRX= 51000 J mol-1, MA = 90 g mol-1, CPA= 3,5 J g-1 K-1, UA= 10000 J

s-1 K-1. Considerar ∆𝑪𝑷 = 𝟎

R: Ta= 347,5 K

235) A reação irreversível de primeira ordem em fase líquida A B será

conduzida em um CSTR de 120 L encamisado. ‘A’ puro é alimentado no reator,

a uma vazão de 0,5 mol/min. A curva de geração de calor para essa reação e

para o sistema de reator, 𝑮 =−∆𝑯𝑹𝑿

𝟎

𝟏+𝟏

𝒌𝝉

, é mostrada na figura abaixo:

a) Qual deverá conversão para uma temperatura de alimentação T0= 220°C?

Traçar a respectiva reta R no gráfico.

b) Operando com T0 =190°C qual será a temperatura da mistura no reator?

c) Suponha que o reagente “A” seja alimentado a 205°C. Qual será a

conversão referente ao estado estacionário superior?

d) Qual é a temperatura de extinção (T0) para esse sistema reacional?

DADOS: Calor de reação= -100 cal/mol

Calor específico de A e de B= 2 cal/(mol °C); CA0= 1,5 mol/L.

UA= 1 cal/(min °C), Temperatura da camisa Ta= 100°C

R: a) XA= 0,96 b) T= 148°C c) XA= 0,9 d) T0= 196°C

236) A reação endotérmica em fase líquida de primeira ordem A produtos

ocorre em um CSTR. A concentração de alimentação é CA0= 1,25 mol L-1, a

vazão de alimentação é v0= 20 L s-1 e o volume do reator é 20000 L. A entalpia

de reação é ∆HRX= 50000 J mol-1 e são dados: CPA= 30 J mol-1 K-1. Considerar

∆𝑪𝑷 = 𝟎

a) Se a temperatura de alimentação é T0= 300 K, qual deverá ser a

temperatura da serpentina para manter a temperatura da mistura no tanque em

T0? Qual é a conversão obtida neste caso? Assumir: k= 4x10-3 s-1 e UA= 10000

J s-1 K-1.

b) Na ausência de serpentina no tanque, Qual deverá ser a temperatura de

alimentação, T0, para atingir conversão igual a 5%? Considerar perda de calor

desprezível pelas paredes do reator e temperatura de reação T= 300 K.

R: a) XA= 0,8 Ta= 155 K b) T0= 383,3 K

237) Para a reação em fase líquida, de segunda ordem, 𝑨 + 𝑩

𝒌𝟏→

𝒌𝟐←

𝑪, conduzida

adiabaticamente em um CSTR de 2 L com CA0= CB0= 0,01 mol/mL , determine:

a) A temperatura e a conversão adiabáticas de equilíbrio

b) O novo volume do CSTR para que a conversão adiabática de equilíbrio seja

45%

DADOS: v0= 20 mL/s; E= 115000 J/mol; A= 3x107 mL/(mol s); KC= 2.

CPA= 71; CPB= 133; CPC= 204 J/(mol K); ∆HRX= 170 kJ/mol.

R: a) XA= 0,175 T= 746 K b) V= 216,1 L

238) A reação exotérmica de primeira ordem em fase líquida A produtos

ocorre em um CSTR de 3860 L. Os parâmetros de Arrhenius para este sistema

são: A= 2x1013 s-1 e E= 100 kJ mol-1. São dados: ∆HRX= -50 kJ mol-1 e CPA=

1000 J mol-1 K-1. Considerar ∆𝑪𝑷 = 𝟎

a) Para CA0= 4 mol L-1, v0= 5 L s-1, T0= 290 K e operação adiabática, determine

a conversão e a temperatura da mistura no reator.

b) Explique com palavras o que aconteceria ao se aumentar v0, mantendo as

demais condições do item ‘a’ constantes?

c) Deseja-se atingir uma conversão de 93,2% através da instalação de uma

serpentina no reator (com Ta= 360 K), mantendo-se as demais condições

dadas no item ‘a’. Qual deverá ser o valor de UA e sua respectiva unidade?

R: a) XA= 0,017 e T= 291 K c) UA= 1055458 J s-1 K-1

239) A reação irreversível de primeira ordem em fase líquida A B ocorre em

um CSTR encamisado. A espécie A e um inerte I são alimentados em

quantidades equimolares. A vazão molar de alimentação de A é de 80 mol/min

e v0= 15 L/min.

a) Quais são as possíveis temperaturas de operação em estado estacionário

para uma temperatura de alimentação T0= 400 K? Traçar a respectiva reta R

no gráfico.

b) Qual deverá ser a temperatura de alimentação (T0) para se operar em

estado estacionário a T= 450 K?

c) Quantos estados estacionários serão possíveis para uma alimentação a 480

K?

d) Qual é a temperatura de extinção (T0) deste sistema?

DADOS: Calor específico do inerte = 30 cal/(mol °C), τ= 100 min

Calor específico de A e de B= 20 cal/(mol K), ∆HRX=-7500 cal/mol, UA= 8000

cal/(min K),

k= 6,6x10-3 min-1 (a 350 K), E= 1000 cal/mol, Temperatura da camisa Ta= 300

K.

R: a) T1= 330 K, T2= 350 K e T3= 380 K b) T0= 600 K c) 1 estado estacionário

(T= 415 K)

240) A reação de primeira ordem em fase liquida A C é conduzida em um

CSTR, operando isobaricamente. Quantidades equimolares de A e inerte são

alimentadas no reator numa vazão total de 8 L/min, com CA0= 0,25 mol/L.

Determine o tempo espacial requerido para 50% de conversão se a operação

for

a) adiabática

b) não adiabática com UA= 1000 J/(K min) e Ta= 80 °C

DADOS: 𝒌 = 𝟏, 𝟑𝒙𝟏𝟎𝟏𝟏𝒆𝒙𝒑 [−𝟏𝟎𝟓𝟓𝟎

𝑻], T em K; T0= 100 °C, CPA= CPC= CPInerte=

37 J/(mol K); ∆HRX=-15,5 kJ/mol.

R: a) 𝜏 = 0,03 𝑚𝑖𝑛 b) 𝜏 = 170,8 𝑚𝑖𝑛

241) A reação em fase gasosa A 2B será realizada em um reator tubular

com alimentação de A puro na concentração de 2,5 mol/L. A constante de

velocidade da reação é 3,35x10-3 L mol-1 min-1. Considerar que um estudo com

traçador foi realizado obtendo-se o gráfico abaixo.

E: Função de distribuição de tempos de residência. t: Tempo.

a) Determine o tempo de residência médio com base no estudo com o traçador.

b) Determine a conversão da reação considerando reator ideal.

R: a) tr = 400 min b) XA= 0,77

242) A reação A B é processada em fase líquida isotermicamente em um

reator semi-batelada. Inicialmente há 10 mol de A no reator e então um

catalisador passa a ser alimentado na taxa de 10 g/min e com a mesma

temperatura da mistura reacional. Após 5 min de reação qual será:

a) a conversão de ‘A’?

b) a massa de B produzida?

c) a quantidade total de calor removida desde o início da reação.

DADOS: (−𝒓𝑨) = 𝟎, 𝟎𝟏𝑵𝑨 (𝒎𝒐𝒍

𝐦𝐢 𝐧 𝑔𝒄𝒂𝒕) ; CPA= CPB= CPCatalisador. ∆HRX= -40000

cal/mol, Massas molares: MA = MB = 112 g/mol.

R: a) XA= 0,71 b) mB= 795 g c) ∆Q= 284000 cal

243) A reação de primeira ordem em fase líquida A B + C ocorre em uma

série de 3 CSTRs com v0= 250 L min-1 e conversão final de 0,9. Devido a um

vazamento, um dos reatores foi retirado da série. A vazão volumétrica, v0, será

reduzida de modo a manter a conversão final em 0,9 no sistema com 2 CSTRs.

Qual deverá ser esta nova vazão? Considerar que todos os reatores possuem

o mesmo volume e operam na mesma temperatura.

R: vo= 133 L min-1

244) A reação em fase gasosa A + B 2C será conduzida em um reator

contínuo. A reação é de primeira ordem em relação a cada reagente. A

alimentação contém 40 mol% de A e 60 mol% de B. Considere os seguintes

dados:

CPA= 30 J/(mol K); CPB= 30 J/(mol K); CPC= 30 J/(mol K); v0= 5,5 L/s; T0= 410 K;

P0= 8 atm;

𝒌 = 𝟏, 𝟎𝒙𝟏𝟎𝟔𝒆𝒙𝒑 [−𝟒𝟗𝟎𝟎

𝑻] L mol-1s-1 ; ∆HRX= -11 kJ/(mol A).

a) Determine a conversão XA em um PFR isotérmico a 410 K com 1,5 cm de

diâmetro e 10 m de comprimento

b) Determine XA caso a reação seja conduzida em um CSTR adiabático de 5 L

c) Determine XA caso a reação seja conduzida em um CSTR de 5 L com troca

térmica. Considerar UA= 1250 J/(K s) e Ta= 410 K.

R: a) XA= 0,683 b) XA= 0,767 c) XA= 0,392

245) A reação de primeira ordem A Produtos é realizada em fase gasosa

num CSTR isotérmico e isobárico. Demonstre que 𝑪𝑨 =

𝑪𝑨𝟎 [√(𝟏+𝑫𝒂)𝟐+𝟒𝑫𝒂𝜺𝑨−(𝟏+𝑫𝒂)

𝟐𝑫𝒂𝜺𝑨]. Explicar com palavras as passagens matemáticas

que se mostrarem necessárias.

Dado: 𝑫𝒂 =𝒌𝑽

𝒗𝟎

246) A reação elementar 𝐴→←

𝐵 atinge a pressão de equilíbrio PBe= 0,42 atm

quando a pressão total inicial é 1 atm numa mistura contendo ‘A’ puro.

Determine:

a) a conversão de equilíbrio da reação

b) as constantes KC e KP

R: a) XAe= 0,42 b) KC= KP= 0,724

247) A reação 𝐴→←

𝐵 + 2𝐶 possui KC= 2 mol2 L-2 a 300 K e KP= 0,05 atm2 a 350

K.

a) Determine o calor de reação.

b) Qual será o valor de KC a 400 K?

R: a) ∆𝐻𝑅𝑋 = −43407 𝑐𝑎𝑙

𝑚𝑜𝑙 b) KC= 2,48x10-8 mol2 L-2

248) Para uma dada reação observou-se que a constante de velocidade é dada

pela função k= 5T h-1 (T em K) para as temperaturas de 500 K e 550 K.

a) Estime a energia de ativação desta reação.

b) É possível utilizar a relação k = 5T para qualquer faixa de temperatura?

Explique.

Considerar válida a Lei de Arrhenius

R: a) E= 1041,6 cal mol-1 b) Não

249) A reação A B foi estudada em diversas temperaturas e os seguintes

dados foram obtidos:

T (K) 300 310 320 330 340 350

k (min-1) 0,1 0,15 0,2 0,26 0,34 0,5

T (K) 400 410 420 430 440 450

k (min-1) 1 1,3 1,6 2,2 2,6 3,3

a) Estime a energia de ativação desta reação considerando somente a faixa de

300 a 350 K

b) Estime a energia de ativação desta reação considerando somente a faixa de

400 a 450 K

c) Comente a discrepância entre os valores obtidos em (a) e (b). Esta reação é

bem representada pela Lei de Arrhenius? Explique.

R: a) E= 6418 cal mol-1 b) 8564 cal mol-1 c) Reação não-elementar

250) Uma solução aquosa contendo 1,2 mol L-1 do reagente A foi aquecida e

observou-se a reação elementar A + H2O B + C numa velocidade inicial de

0,025 mol L-1 min-1. Sabendo-se que a massa molar de A vale 150 g mol-1,

determine:

a) a constante de velocidade da reação

b) Nestas condições a reação pode ser considerada de pseudo-primeira

ordem? Explique.

Considerar densidade média da mistura igual a 1000 g L-1

R: a) k= 4,57x10-4 L mol-1 min-1 b) Sim

251) A reação A + B C foi realizada em fase líquida utilizando-se a seguinte

alimentação: CA0= 0,6 mol L-1 e CB0= 1,5 mol L-1. A partir da velocidade inicial

da reação obteve-se uma constante de pseudo-primeira ordem igual a 0,1 min-

1.

a) Este valor de k pode ser mantido constante do início ao fim da reação? Caso

não possa, em quantos % ele irá variar?

b) Qual deveria ser a concentração inicial de B para que a variação calculada

no item (a) seja reduzida para 0,1%?

R: a) ∆k= 40 % b) CB0= 600 mol L-1

252) A reação A B é realizada em fase líquida num reator batelada e possui

a seguinte equação de velocidade: (−𝑟𝐴) = 𝑘𝐶𝐴0,63

. Sabe-se que o tempo de

meia-vida desta reação é de 30 min quando ela é realizada com uma

concentração inicial CA0= 1,58 mol L-1.

a) Determine o valor de k.

b) Qual é o tempo necessário para se atingir 99% de conversão?

R: a) k= 0,024 mol0,37 L-0,37min-1 b) t= 109 min

253) A reação em fase líquida A + B C + D é de ordem 1,3 em relação a ‘A’.

Quando esta reação é realizada em grande excesso de B atinge-se 80% de

conversão em 100 min em um reator batelada partindo-se de CA0= 1 mol L-1.

Partindo-se de uma alimentação equimolar CA0= CB0= 1 mol L-1, atinge-se 80%

de conversão em 300 min. Determine a ordem em relação ao reagente B.

R: β= 0,286

254) O Peróxido de di-terc-butila se decompõe conforme a equação química a

seguir:

(𝐶𝐻3)3𝐶𝑂𝑂𝐶(𝐶𝐻3)3 → 𝐶2𝐻6 + 2𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3

Considere que a reação é realizada em fase líquida num reator batelada de

paredes rígidas com k= 10-4 min-1 e calcule a conversão após 330 min de

reação.

R: a) XA= 0,033

255) H2, C2H4 e N2 são alimentados num reator com as mesmas quantidades

em massa. Determine o fator de expansão da reação:

H2 + C2H4 C2H6

R: εA= - 0,063

256) Deseja-se obter um fator de expansão de 1 para a reação A B + 2C.

Sabendo-se que a massa inicial de A no reator é de 50 kg, qual deverá ser a

massa de inerte a ser adicionada para se atingir o fator de expansão desejado?

Massas molares: A= 145 g mol-1, I= 28 g mol-1

R: mI0= 9,66 kg

257) A reação elementar 𝐴 + 𝐵→←

𝐶 é realizada em fase gasosa num reator de

paredes rígidas com alimentação equimolar de A e B sob as seguintes

condições iniciais: P0= 2 atm e T0= 350 K. Calcule a conversão após 50 min de

reação. Dados: kd = 0,01 L mol-1 min-1, KC= 1,5 L mol-1.

R: XA= 0,01

258) A reação elementar em fase gasosa 𝐴→←

𝐵 ocorre em um reator batelada

de paredes rígidas a 70°C. Nesta temperatura atinge-se 50% de conversão em

5 min. Sabendo-se que kd= 0,2 min-1, determine a conversão de equilíbrio desta

reação.

R: XAe= 0,627

259) Fosfogênio é produzido em fase gasosa num CSTR conforme a reação:

CO + Cl2 COCl2. Sabendo-se que k= 0,004 m3 mol-1 s-1, P0= 8 atm e T0= 120

°C e a alimentação é equimolar com v0= 34 L/s, qual deverá ser o volume do

reator para se atingir uma produção de 12500 mol h-1 de COCl2?

R: V= 1060 L

260) A reação NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH será

processada em fase líquida num CSTR com alimentação de 0,2 mol L-1 de

NaOH e 0,25 mol L-1 de CH3COOC2H5. A velocidade específica da reação vale

5,2x10-5 m3 mol-1 s-1 a 20 °C e sua energia de ativação vale 42810 J mol-1.

Determine o menor volume do CSTR para produzir 1500 mol dia-1 de etanol

sabendo que o reator não pode operar com uma concentração de NaOH

abaixo de 0,02 mol L-1 e nem com uma temperatura acima de 37 °C.

R: V= 160 L

261) Um PFR será projetado para processar a reação A B em fase líquida

cuja constante de velocidade é k= 0,12 L mol-1 min-1. Para uma alimentação de

5 mol L-1 de A com vazão volumétrica v0= 6 L min-1, qual será o volume do PFR

para se atingir uma conversão de 88%?

R: V= 73,3 L

262) A reação 𝐴→←

2𝐵 em fase líquida deverá ser realizada em um PFR a partir

de uma alimentação a 2 L min-1 de uma mistura contendo 0,15 mol L-1 de A a

360 K. Sabe-se que, nestas condições, a conversão de equilíbrio da reação é

de 92 %. Determine:

a) A constante de equilíbrio da reação

b) O volume do PFR para se atingir 77% de conversão

Dado: kd= 0,01 min-1

R: a) KC= 6,35 b) V= 9391 L

263) A reação elementar 𝐴 + 𝐵→←

𝐶 ocorre em fase líquida em um PFR de 10 L.

Para uma alimentação com vazão total de 7,8 L min-1 contendo CA0= 1,5 mol L-

1 e CB0= 4 mol L-1, obteve-se uma conversão de 55 %. Determine a nova vazão

volumétrica para se obter 62% de conversão, mantendo-se as demais

condições constantes. Dado: KC= 1,7 L mol-1

R: v0= 6,015 L min-1

264) A reação irreversível A B ocorre em fase líquida num PFR isotérmico

de 150 L com alimentação a 1,5 L min-1 e CA0= 0,6 mol L-1. Sendo dado k=

0,012 min-1, determine:

a) a conversão de A na saída do reator

b) a conversão de A na saída do reator caso a reação seja reversível (KC= 1)

c) A abordagem de reator tubular isotérmico ideal é adequada para esta

reação? Explique.

R: a) XA= 0,7 b) XA= 0,455 c) Depende da viscosidade do líquido

265) A reação A B + C é realizada em fase gasosa num PFR isotérmico de

200 L com alimentação de A puro a 3,7 L min-1. Sendo dado k= 0,04 min-1.

a) Qual será a conversão de A na saída do reator?

b) A abordagem de reator tubular isotérmico ideal é adequada para esta

reação? Explique.

R: a) XA= 0,769 b) provavelmente sim, gás é pouco viscoso.

266) Para uma dada reação propõe-se o mecanismo a seguir:

I) 𝐴 → 𝐵∗ (−𝑟𝐴)1 = 𝑘1𝐶𝐴

II) 𝐵∗ → 𝐴 (+𝑟𝐴)2 = 𝑘2𝐶𝐵∗

III) 𝐵∗ + 𝐶 → 𝐷∗ + 𝐴 (−𝑟𝐶)3 = 𝑘3𝐶𝐵∗𝐶𝐶

IV) 𝐷∗ → 𝐸 + 𝐹∗ (+𝑟𝐸)4 = 𝑘4𝐶𝐷∗

V) 𝐷∗ + 𝐹∗ → 𝐺 (+𝑟𝐺)5 = 𝑘5𝐶𝐷∗𝐶𝐹∗

a) Escreva a equação de velocidade de produção de G

b) É possível definir uma equação para consumo de C na forma de lei de

potência que seja válida para o início da reação? E para o final da reação?

Demonstre.

R: a) (+𝑟𝐺) =1

2

𝑘1𝑘3𝐶𝐴𝐶𝐶

𝑘2+𝑘3𝐶𝐶 b) Sim. Início: (−𝑟𝐶) = 𝑘1𝐶𝐴; Fim: (−𝑟𝐶) =

𝑘1𝑘3𝐶𝐴𝐶𝐶

𝑘2

267) Dado o mecanismo:

I) 𝐴 + 𝐵 + 𝐶 → 𝐷∗ (−𝑟𝐴)1 = 𝑘1𝐶𝐴𝐶𝐵𝐶𝐶

II) 𝐷∗ + 𝐵 → 𝐸 + 𝐹∗ (+𝑟𝐸)2 = 𝑘2𝐶𝐷∗𝐶𝐵

III) 2𝐹∗ → 𝐺 (+𝑟𝐺)3 = 𝑘3𝐶𝐹∗2

Determine a equação de velocidade para a produção de G. Experimentalmente

observou-se:

a – No início da reação, (+𝑟𝐺) é de primeira ordem em relação a A

b – No final da reação, (+𝑟𝐺) é de segunda ordem em relação a B

O mecanismo proposto está de acordo com as observações experimentais?

R: Somente a

268) A reação 𝐴 → 𝐵 não é elementar. Proponha um mecanismo com base nas

observações experimentais a seguir.

I – No inicio da reação, a velocidade de consumo de A é de primeira ordem em

relação a A e primeira ordem em relação a B

II – No fim da reação, a velocidade de consumo de A é independente de B

Considerar alimentação de B em concentração bem baixa.

R: 1) A + B A* + B; 2) A* + B A + B; 3) A* B

269) Proponha um mecanismo para a reação A B + C + D com base nas

observações experimentais a seguir.

I – Para baixas concentrações de A observa-se (+𝑟𝐷) = 𝑘𝐶𝐴2

II – Para altas concentrações de A observa-se (+𝑟𝐷) = 𝑘𝐶𝐴

𝐶𝐵

R: 1) 2A A* + B; 2) A + B + A* 2A + C; 3) A* D

270) A reação em fase líquida A B foi realizada em um reator batelada e os

seguintes dados foram coletados:

t (min) 0 10 20 40 60 90 120 150

CA (mol L-1) 9,00 7,55 6,48 5,04 4,10 3,19 2,61 2,20

Determine a constante de velocidade e a ordem da reação

R: k= 2,176x10-3 L0,97 mol-0,97 min-1; n=1,97

271) Encontre a constante kd para a reação reversível 𝐴→←

𝐵 + 𝐶. Esta reação

foi conduzida em fase líquida num reator batelada e os seguintes dados foram

obtidos:

t (min) 0 10 20 40 60 90 120 150

CA (mol L-1) 7 6,5 6 5,5 4,6 4 3,7 3,48

Considerar ordem 1 para cada reagente e conversão de equilíbrio igual a 55%.

R: kd= 7,2x10-3 min-1

272) Aplique o método das meias-vidas para descobrir a equação de

velocidade da reação A Produtos considerando os dados a seguir.

CA0 (mol L-1) 1 2 3 4 5

t1/2 (min) 5 3,5 2,5 2 1,8

R: (−𝑟𝐴) = 0,17𝐶𝐴1,66

𝑚𝑜𝑙

𝐿 𝑚𝑖𝑛

273) A reação autocatalítica 𝐴 + 𝐵 → 2𝐵 + 𝐶 é realizada em fase líquida em

um reator batelada. Sabendo-se que a reação é de primeira ordem tanto para A

quando para B, determine a equação de velocidade desta reação com base

nos dados a seguir.

CA0 (mol L-1) 2,2 3,5 4,9 6,1 7

t1/2 (min) 80 50 35 26 24

DADO: θB= 1

R: (−𝑟𝐴) = 0,003𝐶𝐴𝐶𝐵 𝑚𝑜𝑙

𝐿 𝑚𝑖𝑛

274) A reação em fase gasosa 2𝐴→←

𝐵 é de primeira ordem para A (direta) e

primeira ordem para B (inversa). Determine as constantes de velocidade das

reações direta e inversa com base nos dados a seguir obtidos a volume

constante, sabendo que kd = 4kI.

t (min) 0 2,31 4,57 7,4 11,3 15,4 19,4 22

PA (atm) 3 2,5 2,1 1,7 1,3 1 0,8 0,6

Determine a conversão da reação caso ela seja realizada num reator batelada

de paredes rígidas com alimentação de A puro durante 20 min sob as mesmas

condições do experimento.

R: kd= 0,092 min-1, kI= 0,022 min-1, XA= 0,76

275) Encontre a ordem e a velocidade específica da reação A 2B,

considerando um processo em fase gasosa realizado num reator batelada de

paredes rígidas com P0= 1 atm e T= 353K. Num experimento preliminar foram

obtidos os dados a seguir.

t (min) 0 10 25 50 100 150 200 300

XA 0 0,165 0,331 0,498 0,665 0,748 0,799 0,856

Num reator batelada de paredes móveis, qual será a conversão para um tempo

de 310 min considerando alimentação de A puro a 1 atm e 353K?

R: n= 2, k= 0,573 L mol-1 min-1, XA= 0,794

276) A reação de primeira ordem em fase gasosa A B é realizada em uma

série de 200 reatores, sendo 100 CSTRs e 100 PFRs perfeitamente alternados,

iniciando com um CSTR e terminando com um PFR. Determine uma expressão

que forneça a conversão da reação (XA) em função da posição n do CSTR (n=

1,3,5 ...) e outra expressão para XA em função da posição n do PFR (n=

2,4,6,...). Considerar que os reatores possuem o mesmo volume e operam na

mesma temperatura.

R: Reatores ímpares: 𝑋𝑛 = ∑𝑘𝜏

(1+𝑘𝜏)𝑗+1[𝑒𝑥𝑝(−𝑘𝜏)]𝑗

𝑛−1

2

𝑗=0 (n= 1, 3, 5 ...)

Reatores pares: 𝑋𝑛 = ∑𝑘𝜏

(1+𝑘𝜏)𝑗[𝑒𝑥𝑝(−𝑘𝜏)]𝑗

𝑛

2

𝑗=1 (n= 2,4,6 ...)

277) Um reator de 0,3 m de diâmetro equipado com um pistão processa a

reação em fase gasosa A 3B. No início o pistão está posicionado a 1,2 m da

base do recipiente como mostrado na figura.

Sabendo-se que a reação possui uma velocidade específica de 0,015 m3 kmol-1

min-1 e que o sistema é mantido à temperatura constante, determine:

a) o tempo de reação para obter 1% de conversão partindo-se do gás A puro a

1 atm e 300 K levando em conta que o pistão permanece imóvel

b) o tempo de reação para obter 1% de conversão partindo-se do gás A puro a

1 atm e 300 K levando em conta que o pistão se desloca para baixo

(comprimindo a mistura) numa velocidade de 0,1 m min-1.

c) Explique com palavras a diferença entre os tempos obtidos nos itens (a) e

(b).

R: a) t= 16,58 min b) t= 8,98 min

278) A reação elementar em fase líquida A + B C é realizada em um tanque,

sendo que 2 L de mistura A + B estão presentes no tanque no início da reação

e o líquido B é alimentado continuamente, como mostrado na figura.

No tempo zero, ambas as concentrações de A e B valem 1 mol L-1. Quando a

reação se inicia, o reagente B passa a ser alimentado numa taxa adequada

para se manter a concentração de B dentro do tanque constante em 1 mol L-1.

Qual será a conversão de A dentro do reator após 10 min?

Dado: k= 0,01 L mol-1 min-1.

R: XA= 0,095

279) A reação em fase gasosa A + B C + 2D é realizada em um reator

batelada de paredes rígidas partindo-se de uma pressão inicial de 1 atm. A

reação é de primeira ordem para cada reagente e é realizada à temperatura

constante de 425 K. No tempo zero, ambas as concentrações de A e B valem

0,014 mol L-1. Quando a reação se inicia, o reagente B passa a ser alimentado

numa taxa adequada para se manter a concentração de B dentro do tanque

constante em 0,014 mol L-1 durante todo o processo. Quais serão os valores de

conversão e a pressão total da mistura dentro do reator após 600 min?

Dados: k= 0,1 L mol-1 min-1.

R: XA= 0,57; P= 1,57 atm

280) A reação em fase gasosa A B ocorre em um CSTR equipado com uma

membrana que o divide em dois compartimentos (1 e 2) bem misturados,

ambos com 5 L de capacidade. A reação ocorre no compartimento 1 e somente

o produto B é transferido para o compartimento 2 através da membrana como

ilustrado a seguir.

A taxa de reação é (−𝑟𝐴) = 0,5𝑃𝐴12 mol L-1 min-1 e a taxa de transferência de B

para o compartimento 2 é (−𝑟𝐵) = 2(𝑃𝐵1 − 𝑃𝐵2) mol min-1, sendo que PB1 e PB2

são as pressões parciais de B nos compartimentos 1 e 2, respectivamente. As

pressões totais nos compartimentos 1 e 2 são mantidas em 2 e 0,5 atm

respectivamente. Usar pressões em atm nas equações.

Quais deverão ser as vazões molares de entrada e saída para o sistema operar

em regime permanente? Considerar alimentação de A puro.

R: FA0= FB= 1,467 mol min-1

281) Um CSTR de 15 L processa a reação em fase gasosa A 2B com

alimentação de A puro a 12 L min-1 e na concentração CA0= 0,04 mol L-1.

Sabendo-se que o processo é conduzido a 1 atm e a constante de velocidade

vale 120 L mol-1 min-1, determine:

a) a conversão na saída do reator para processo em regime permanente

b) Devido a um problema na tubulação, a vazão de saída passou a ser 10 L

min-1 e a vazão de entrada se manteve em 12 L min-1. Qual será o número de

mols de A dentro do reator 5 min após esta alteração no processo? Considerar

que a temperatura se mantém constante através de um sistema de

resfriamento.

R: a) XA= 0,54 b) NA= 0,21 mol

282) Um reator tubular de 20 L é alimentado com A puro na concentração de 1

mol L-1 e a 2 L min-1. A reação 𝐴→←

𝐵 ocorre em fase líquida seguindo a equação

de velocidade (−𝑟𝐴) = 3 (𝐶𝐴 −𝐶𝐵

2)

𝑚𝑜𝑙

𝐿 𝑚𝑖𝑛.

a) Determine a conversão na saída do reator.

b) Caso a alimentação fosse feita com CA0= 1 mol L-1 e CB0= 2 mol L-1, qual

seria a nova conversão de saída?

R: a) XA= 0,67, XA= 0,67

283) Um PFR de 100 L é utilizado para se realizar a reação A B em fase

líquida, cuja constante de velocidade é k = 0,09 min-1 e a alimentação é feita a

3,5 L min-1, com CA0= 1 mol L-1.

a) Determine a conversão na saída do reator considerando regime permanente.

b) Suponha que a reação continue dentro do reator após o fechamento das

válvulas de entrada e saída. Qual será a concentração de A no meio do reator

(posição entre os 50 L iniciais e os 50 L finais) 5 min após o fechamento das

válvulas?

R: a) XA= 0,924, b) CA= 0,176 mol L-1

284) Um PFR de 60 L possui um sistema que mantém a mesma temperatura

para mistura reacional em qualquer seção do tubo porém, essa temperatura

varia ao longo do tempo segundo a função 𝑇 = 300 + 5𝑡 (t em min e T e K).

Considerando que este reator processa a reação em fase líquida A B + C

com alimentação a 6 L min-1 e 𝑘 = 13000exp (−4400

𝑇) min-1 (T em K), determine

a conversão na saída do reator após 15 min de operação.

R: XA= 0,395

285) O composto A reage para formar os compostos C e D através de uma

reação em fase gasosa. Quando esta reação foi conduzida em um reator

batelada de paredes rígidas observou-se que a concentração de C formado era

o dobro da concentração de D. Num reator de parede móvel observou-se que o

volume útil do reator dobrou quando a reação atingiu 70% de conversão

partindo de uma alimentação contendo 71,45 mol% de A. Determine a

estequiometria desta reação.

R: A 2C + D

286) A reação 𝐴→←

2𝐵 possui KC= 2 mol L-1 e a reação 𝐵→←

𝐶 possui KC= 4.

Considerando que estas reações ocorrem simultaneamente em fase líquida

num reator batelada com alimentação contendo CA0= 4 mol L-1, determine as

concentrações dos componentes no equilíbrio.

R: CAe= 0,813 mol L-1, CBe= 1,275 mol L-1, CCe= 5,1 mol L-1.

287) Foram convertidos 78% de A em 55 min num reator batelada de paredes

móveis que processou a reação em fase gasosa A + B C, com alimentação

de 500 g m-3 de cada reagente. Sabe-se que a equação de velocidade desta

reação é (−𝑟𝐴) = 𝑘𝐶𝐴𝐶𝐵2 mol m-3 min-1 e que as massas molares de A e B valem

50 e 2 g mol-1 respectivamente. Determine o valor de k e o tempo necessário

para converter 78% de A com alimentação CA0 = CB0= 10 mol m-3 em um reator

batelada de paredes rígidas.

R: k= 4,58x10-7 m6 mol-1 min-1, t= 149,31 dias

288) A reação 4A + B C é de primeira ordem para A e segunda ordem para

B e ocorre em fase gasosa num reator batelada de paredes móveis com

alimentação de 1 mol m-3 para cada reagente. Para uma conversão de 68 %

em 102 min, determine:

a) a concentração de B no final do processo

b) a constante de velocidade.

R: a) CB= 1,258 mol m-3, b) k= 8,77x10-3 m6 mol-1 min-1

289) Quinhentos gramas de A são alimentados em um reator batelada de 100 L

que irá processar a reação elementar em fase líquida A 2B, cuja constante

de velocidade vale 0,056 min-1. Sabendo-se que a massa molar de A vale 88 g

mol-1, qual será a massa de B no reator após 120 min de reação?

R: mB= 499,4 g

290) A reação A + B 2C ocorre em fase líquida num reator batelada.

Partindo-se da alimentação CA0= 1 mol L-1 e CB0= 2 mol L-1 obtém-se uma

conversão de 50% de A em 5 min. Sabendo-se que k= 0,138 min-1, determine

as ordens parciais da reação.

R: a= 1, b= 0

291) Considere a reação a seguir:

(𝐶6𝐻5)3𝐶𝐶𝑙 + 𝐶𝐻3𝑂𝐻 →←

(𝐶6𝐻5)3𝐶𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻𝐶𝑙

Esta reação foi realizada em uma solução contendo 0,05 mol L-1 de cloreto de

trifenil metila, 0,05 mol L-1 de metanol e excesso de piridina, a qual reage com

todo HCl formado e precipita como hidrocloreto de piridina. Sabendo-se que a

reação é de primeira ordem em relação ao metanol e de segunda ordem em

relação ao cloreto de trifenil metila, com k= 0,244 L2 mol-2 min-1, determine a

concentração de metanol num reator batelada após 300 min de reação.

R: CCH3OH= 0,0428 mol L-1

292) Uma empresa irá trabalhar 16 h por dia operando a reação elementar A +

B C em fase líquida para produzir 500 kg dia-1 de C partindo de uma

alimentação equimolar de A e B (CA0= 1,25 mol L-1) . O tempo de manutenção

entre as bateladas é de 50 min, a conversão será de 86% e a constante de

velocidade vale 0,37 L mol-1 min-1. Determine:

a) O número de bateladas diárias

b) O volume útil do reator

Dados: Densidade média da mistura = 820 g L-1, Massas molares: A= 132 g

mol-1, B= 242 g mol-1.

R: a) Nbat= 15 bat dia-1, b) V= 47,27 L

293) Uma dada reação atinge 80 % de conversão partindo das condições

iniciais: T0= 300 K, P0= 1 atm, V0= 50 L e Z0= 1 e chegando nas condições

finais: T= 360 K, P= 1,8 atm, V= 60 L e Z= 1,1. Determine o fator de expansão

deste processo.

R: εA= 0,795

294) A reação A 3B ocorre em fase gasosa. Para um processo sem adição

de inertes, têm-se as seguintes variações de pressão e temperatura: ∆P= 60%

e ∆T= 10 %. Na presença de 30 mol% de inertes as variações são: ∆P= 10% e

∆T= 5 %. A variação de volume (∆V) é igual para os dois casos. Calcule ∆V.

Considerar que a conversão para o sistema sem inertes é 20% maior do que

aquela obtida no sistema com inertes.

R: ∆V= 109,3 %

295) Um reator batelada opera a volume constante a reação elementar em fase

gasosa 𝐴→←

2𝐵 cuja conversão de equilíbrio é 0,78. São dados: kd= 0,44 min-1,

CA0= 2,47 mol m-3. Em termos de produção contínua de B é mais válido realizar

bateladas de 50 min ou de 100 min?

R: tbat= 50 min

296) A reação 2𝐴 + 𝐵 ⇄ 3𝐶 ocorre em um reator batelada de paredes rígidas

com alimentação a 3 𝑎𝑡𝑚 e 80 ℃, sendo que 𝑁𝐴0 = 2𝑁𝐵0. Sabe-se que a

velocidade da reação é dada por (−𝑟𝐴) = 0,015𝐶𝐴0,5𝐶𝐵

0,5 −

0,005𝐶𝐶 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1 𝑚𝑖𝑛−1 e 𝐾𝐶 = 19,1, determine o tempo necessário para se

obter 98 % da conversão de equilíbrio.

R: t= 215,9 min

297) A hidrólise do óxido de propileno, dada pela equação química

𝐶3𝐻6𝑂 + 𝐻2𝑂 → 𝐶3𝐻8𝑂2, ocorre a 1 atm e 400 K em presença de ácido

sulfúrico e com excesso de vapor de água em um reator batelada de paredes

rígidas. A mistura inicial contém 10 mol% de óxido de propileno. São dados: E=

75362 J mol-1 e A= 16,96x1012 h-1. Determine o tempo necessário para se obter

0,028 g L-1 de propileno glicol.

R: t= 0,188 s

298) A reação A B + C é conduzida em fase líquida num CSTR e possui a

seguinte equação de velocidade: (−𝑟𝐴) = 0,097𝐶𝐴𝐶𝐵 mol L-1 min-1. A

alimentação é feita a 0,7 L min-1 de uma mistura contendo 1,8 mol L-1 de A e

0,15 mol L-1 de B. Determine o volume do reator para se obter uma conversão

de 90 % de A. Qual será a concentração de B na saída do reator?

R: V= 36,71 L , CB= 1,77 mol L-1

299) Um CSTR de 18 L processa a reação A B em fase líquida com

alimentação a 10 L min-1, CA0= 1,8 mol L-1 e k= 0,001 L3 mol-3 min-1. Determine

a conversão da reação.

R: XA= 0,01

300) Uma corrente gasosa contendo 85 mol% de A e 15 mol% de B é

alimentada a um CSTR de 210 L a 2,5 atm e 380 K, numa vazão de 45 L min-1.

Sabendo-se que a reação A B + C ocorre neste reator com k = 0,49 L mol-1

min-1, determine a concentração de B na saída do CSTR.

R: CB= 0,0197 mol L-1