Instituto de Ciência e Tecnologia

Bacharelado em Ciência e Engenharia

Unidade Curricular: Engenharia das Reações Químicas

Profa. Giselle Patrícia Sancinetti

2ª Lista de Exercícios

1) Considere a reação elementar em fase gasosa:

N2O4 ↔ 2NO2

A ↔ 2B

A reação ocorre isotermicamente e isobaricamente em um PFR. Expresse a lei de velocidade e

o balanço molar em termos da vazão molar.

2) A reação de ordem zero A + 2B → C, ocorre em um CSTR e em um PFR. Para uma vazão

volumétrica de entrada de 19 l/s com concentração de 0,5 mol/l, qual é o tempo espacial para

cada reator atingir 90% de conversão? Dado k = 0,01 s-1.

3) Escreva a lei de velocidade para a reação elementar em fase líquida 3A + 2B → 4C somente

em termos de conversão. A alimentação para o reator batelada é molecularmente igual para A

e B com CA0 = 2 mol/dm3 e kA = 0,01 (dm3/mol)41/s.

4) Porque o CSTR tem maior conversão em série do que em paralelo?

5) Um reator PFR de volume V1 e um reator CSTR de volume V2 (V2 = 4 V1) são operados em estado estacionário e estão em paralelo para executar uma reação de primeira ordem em fase

líquida dada por: A → produtos. A alimentação para os respectivos reatores está representada na figura abaixo. Obedecendo ao esquema apresentado, qual será a conversão final (XAf) para

esta combinação de reatores? Dado:

1VK

0

1A =υ

V1

V2 = 4V1

CA0

ν0

F

ν1(PFR) =0,4 ν0

FA1(PFR) = 0,4 FA0

ν2(CSTR) =0,6 ν0

FA2(CSTR) = 0,6 FA0

XA1

XA2

XAf

6) Calcular a energia de ativação da reação de decomposição abaixo:

N NCl

Cl

+ N2

A seguir são informadas as constantes da taxa de reação desta reação de 1º ordem.

k(s-1) 0,00043 0,00103 0,0018 0,00355 0,00355

T (K) 313 319 323 328 333

7) À temperatura de 1100K, o n-nonano sofre craqueamento térmico (quebra-se em moléculas menores) 20 vezes mais rápido que à temperatura de 1000K. Encontre a energia de ativação para esta decomposição. 8) Uma mistura gasosa contendo 50% de A e 50% de inerte a 10 atm é alimentada em um reator com vazão de 6dm3s-1 a 300ºC. Determine a concentração de entrada de A (Cao) e a taxa de fluxo molar (Fao). 9)Um líquido A se decompõe através de uma cinética de 1º ordem. Em um reator batelada, 50% de A são convertidos em 5 minutos. Quanto tempo levaria a reação até alcançar uma conversão de 75%? 10) Uma corrida experimental de 10 minutos mostra que 75% do reagente líquido são

convertidos a produto através de uma taxa de ordem ½. Qual seria a fração convertida

(conversão) em uma corrida de 30 minutos?

11) Após 8 minutos em um reator em batelada, um reagente ?(CAo=1 mol/litro) é 80%

convertido; após 18 minutos a conversão é de 90%. Encontre a equação da taxa que

representa esta equação.

12) Um litro por minuto de um líquido contendo A e B (CAo = 0,1mol/L e CBo = 0,01 mol/L) escoa em um reator de mistura perfeita (CSTR) de volume V= 1L. Os materiais reagem de uma forma complexa com estequiometria desconhecida. A corrente de saída do reator contém A, B, C como mostrado na Figura abaixo. Determine a taxa de reação de A, B e C para as condições no interior do reator e escreva a equação que representa esta reação.

13) Estamos planejando trocar nosso atual reator CSTR por outro com o dobro do volume. Para a mesma alimentação aquosa (10 moles de A/ L) e a mesma taxa de alimentação. Determine a nova conversão, sendo a cinética da reação representada pela equação a baixo e apresenta uma conversão de 70%.

A R -rA=k.CA1,5

14) Um litro por segundo de uma mistura contendo 20% de O3 e 80% de Ar, à pressão de 1,5 atm e 93ºC passa através de um reator tubular. Nestas condições o ozônio de decompõe pela reação homogênea:

2O3 3O2 − rO3= k .CO3

2

�k= 0,05L

mol . s�

Qual é a capacidade necessária do reator para decompor 50%?

15) Um gás puro A (2 moles/L), alimentado (100 moles/min) em um reator tubular, decompõe-se em vários produtos. A cinética de conversão é representada por:

A 2,5.(produtos) -rA = 10 CA (mol/l.min)

Encontre a conversão esperada em um reator de 22 litros.

16) A constante de velocidade da reação elementar gasosa A → R a 26 °C, é 0,0015 min-1. Esta reação será realizada em um conjunto de tubos em paralelo de 3,0 m de comprimento e 2,5 cm de diâmetro interno, cada um deles, operando sob uma pressão de 100 atm e temperatura de 100 °C. a) Para uma produção de 30 Kg R por hora, operando com uma conversão de 50%, quantos tubos são necessários? b) Caso esta quantidade de tubos encontrados para operar em paralelo, seja disposto para operar em série, quais a vantagens e desvantagens de cada um destes arranjos? Dado: Energia de ativação = 12.000 cal/mol Peso Molecular de A e R : 60 g/mol 17) A reação em fase liquida A + 2B → 3R + S obedece a seguinte lei de velocidade: -rA = KCA

2.CB / CS onde k = 1,05 L/mol.h a 350K Esta reação é testada em um reator CSTR a partir das seguintes condições de alimentação: (i) velocidade molar total da alimentação: 6 mols/h (ii) concentrações iniciais: CA0 = 1,0 M, C B0 = 4,0 M e C S0 = 1,0 M a) Calcular o volume (VA) deste reator quando a concentração de saída for de CA = 0,1M. b) Calcular a conversão em um reator CSTR com volume VB (50% do volume de VA), mantidas inalteradas as condições de alimentação. c) Se um segundo reator CSTR com volume VB for colocado em série logo após o primeiro reator CSTR com volume VB, explique qual deve ser a conversão deste segundo reator. d) Sabendo-se que a energia de ativação desta reação é de 13.500 cal/mol, em que temperatura o reator VB terá como concentração de saída: CA = 0,1M.

Respostas

2) τCSTR = τPFR = 45 s

3) ( ) sdmmolXX=r 3A ./

3

2110,32

23

−−−

5) 0,89

6) E = 120,1 kJ/mol

7) E = 274 kJ/mol

8) C = 0,212 mols/l , F = 0,636 mols/s

9) t2 = 10 min

10) 75%

11) -rA = 0,5CA2

12) –rA = 0,08 mol/l.min; –rB = -0,02 mol/l.min; –rC = -0,04 mol/l.min

13) X = 58,7%

14) V = 2000 l

15) X = 98%

16) a) 29 tubos

17) a) VA = 74 l b) XA = 0,87 d) T = 363K = 90 °C