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Banco de Questões – Cinética e Reatores Químicos
1) A reação de segunda ordem em fase gasosa A 2B é realizada em um
reator batelada de paredes móveis a 25 atm e 946°C. Nestas condições, a
equação de Clapeyron não é válida para esta reação. Sabendo-se que após 10
min de reação a conversão é de 40%, determinar:
a) a conversão e a concentração de B após 30 min de reação
b) o valor da constante de velocidade para P=25 atm e T= 1000°C sabendo-se
que, nestas condições o tempo de meia-vida é 8 min.
DADO: Equação de estado: 𝑃𝑉
𝑁𝑅𝑇= 1 +
𝑁
𝑉
Respostas: a) XA= 0,635; CB= 0,389 mol/L. b) k= 0,8185 L/(mol.min)
2) Um CSTR de 432,43L processa a reação em fase líquida A + B C. Sabe-
se que este reator é alimentado com 200 mol/h de A e 400 mol/h de B e produz
150 mol/h de C. Qual deverá ser o volume de um PFR para se obter esta
mesma produção considerando-se a mesma alimentação?
Dado: 𝑘 = 0,222 𝐿
𝑚𝑜𝑙.ℎ; 𝑣0 = 40
𝐿
ℎ
Resposta: V= 108,11 L
3) A reação não-elementar em fase líquida reversível A B possui, para a
reação inversa, 𝑘𝐼 = 8,31 𝑚𝑖𝑛−1. Quando esta reação é conduzida em um
CSTR de 250 L e com alimentação FA0= 10 mol/min e CA0= 0,5 mol/L, a
conversão obtida é XA= 0,45. Já num CSTR de 480 L, com FB0= 10 mol/min e
CB0= 0,5 mol/L, a conversão é XB= 0,25. Determine a equação de velocidade
desta reação.
Resposta: (−𝑟𝐴) =0,833
𝐶𝐴0,63 − 8,31𝐶𝐵
4) A reação em fase gasosa A B + C deverá ser conduzida em um reator de
paredes móveis para produzir 5 toneladas/mês de C. Sabendo-se que a reação
é realizada à pressão de 1 atm e temperatura de 150°C, qual será o volume do
reator necessário, considerando uma conversão de 75%?
Dados: Tempo morto= 50 min, 𝑘 = 0,031 𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛, Massas molares: A= 80 g/mol,
B=C= 40 g/mol, 1 dia = 16h de trabalho.
Resposta: V= 84,2 m³
5) Um CSTR de 5m de diâmetro e 8m de altura, aberto para a atmosfera,
processa a reação elementar em fase líquida A P numa vazão FA0= 12
mol/min, com CA0= 0,17 mol/L. O reator opera com uma altura de líquido de
6m, porém, em dias de chuva, o nível aumenta numa taxa média de 20 cm/h. A
conversão na saída é XA= 0,92. Qual será a nova conversão após 10h de
chuva?
Resposta: XA= 0,476
6) A reação A B + C ocorre em fase gasosa a 75°C e pressão constante em
um reator de paredes moveis. Após 4 min de reação, metade da mistura é
condensada e a mesma composição é mantida nas fases líquida e gasosa. A
reação continua por mais 15 min e o conteúdo do reator é descarregado.
Determine a conversão final.
Dados: Temperatura de condensação da mistura= 50°C; CA0= 0,1 mol/L;
Densidade molar da mistura no estado líquido= 2 mol/L.
k= 1000exp(-2000/T) L.mol-1min-1 (válida para as fases líquida e gasosa)
Resposta: XA= 0,877
7) Duas reações distintas ocorrem em fase gasosa no sistema de pistão móvel
representado a seguir. Calcule a conversão de cada reação após 3h, sabendo-
se que neste instante o volume no reator 2 é o dobro do volume no reator 1. Os
volumes e as temperaturas iniciais são iguais nos dois tanques. Considerar
reações isotérmicas e pistões de áreas iguais.
Resposta: XA = 0,414; XC= 0,914
8) Um reator batelada a volume constante opera a reação A + B 2C em
fase líquida, cuja constante de velocidade é 0,1 L mol-1min-1. A alimentação
consiste de 1 mol de A e 2 mol de B, constituindo uma mistura reacional de 1L.
Sabendo-se que A é líquido e B é um sólido com solubilidade de 1,5 mol por
litro de mistura reacional, determine o tempo de reação para se obter 90% de
conversão.
Resposta: t= 17,62 min
9) 2 L min-1 de “A” puro são alimentados em um reator CSTR, onde ocorre a
reação de primeira ordem em fase líquida A 2B + C. A vazão de saída
também é de 2 L/min. Considerando que são processados 50L de mistura
reacional dentro do reator e que a constante de velocidade da reação é k= 2 h-
1, determine:
a) A conversão na saída do reator para regime permanente
b) Se, durante a operação, a alimentação fosse interrompida (0 L/min) e a
vazão de saída fosse mantida constante em 2 L/min, qual seria a fração molar
de “B” na saída do reator 7 minutos após esta mudança?
Resposta: a) XA = 0,455; b) yB= 0,58
10) A reação elementar em fase liquida A + B C é processada num PFR
com as condições dadas a seguir.
Dado k= 0,35 L/(mol.min), determine a vazão molar de C na saída do reator.
Resposta: FC = 7,2 mol/min
11) Considere reações em fase gasosa ocorrendo no sistema de CSTRs em
série abaixo:
Sabendo-se que a reação A 2B ocorre somente a 25°C e que a reação 2B C
ocorre somente a 120°C, determine a vazão molar de saída de C do sistema.
Resposta: Fc= 8,41 mol/min
12) Um reator tubular produz 10 kg do composto B por mês. A reação A B +
2C é processada em fase gasosa a 59°C neste reator tubular, sendo que o
produto C é sólido e adere completamente às paredes do reator. Após 30 dias
de operação, a conversão na saída atinge 50% e é feita a limpeza do reator,
determine:
a) O volume do reator
b) A conversão quando o reator está limpo.
DADOS: CA0= 1 mol/L, FA0= 10 mol/min, k= 0,1 min-1, Massas molares: A=250,
B=50, C= 100 g/mol, densidade de C= 1100 g/L.
Resposta: a) V= 105,66 L; b) XA= 0,65
13) Considere o sistema a seguir:
A reação reversível A B acontece em fase líquida nos reatores CSTR e PFR
com k= 4 min-1 e Kc= 2. Determine a conversão global de A na saída do
sistema. Esta conversão é maior do que a conversão de equilíbrio? Explique.
Resposta: XA= 0,93
14) Um PFR de 68 L opera uma reação não elementar em fase líquida, cujo
mecanismo está mostrado a seguir:
𝐴𝑘1→𝐵 (+𝑟𝐵)1 = 𝑘1𝐶𝐴; 𝑘1 = 5 𝑚𝑖𝑛−1
𝐵𝑘2→𝐴 (−𝑟𝐵)2 = 𝑘2𝐶𝐵; 𝑘2 = 1 𝑚𝑖𝑛−1
𝐴 + 𝐵𝑘3→ 𝐶 + 𝐷 (−𝑟𝐵)3 = 𝑘3𝐶𝐴𝐶𝐵; 𝑘3 = 2
𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛
Sabendo-se que B é um intermediário ativo, a alimentação do PFR contem
CA0= 0,55 mol/L e FA0= 55 mol/min, determine:
a) A conversão de A na saída do reator
b) A vazão molar de C na saída
Respostas: a) XA= 0,9; b) FC= 24,75 mol/min
15) Uma reação química possui um único reagente (A) e um único produto (B).
Esta reação foi estudada em dois reatores distintos. Num CSTR de volume V1
atingiu-se a conversão XA= 0,5 e num CSTR de volume V2 a conversão foi de
0,85. Sabendo-se que V2 = 7V1 e que a reação é de primeira ordem e ocorre
em fase gasosa com alimentação de ‘A’ puro, determine a conversão num PFR
de volume V1.
Resposta: XA= 0,981.
16) O sistema a seguir opera a reação elementar A + B C em fase gasosa,
cuja constante de velocidade é dada por 𝑘 = 347𝑒𝑥𝑝 (−2000
𝑇) L mol-1 min-1.
Sabe-se que, na entrada do reator, as concentrações dos reagentes são CA0=
0,01 mol L-1 e CB0= 0,01 mol L-1 e a concentração de inerte é CI0= 0,02 mol L-1.
O reator é um PFR isotérmico, possui 207 L de capacidade e converte 98% dos
reagentes em produto. O separador opera na mesma temperatura do reator e
divide a corrente de entrada em duas partes iguais (v5 e v6). Vinte por cento do
B não reagido sai pela corrente de topo (v5) e o reagente A juntamente com o
produto C e o restante de B saem pela corrente de fundo (v6). Três correntes
gasosas contendo compostos puros são misturadas para formar a corrente de
alimentação do reator conforme o esquema mostrado a seguir.
Considerando que todas as correntes possuem a mesma pressão, determine:
a) A concentração de B na corrente de topo do separador
b) A vazão volumétrica de alimentação do reator (v0)
c) A temperatura de alimentação do reator (T0)
d) As vazões volumétricas das três correntes de entrada (v1, v2 e v3)
R: a) CB5= 2,65x10-4 mol L-1 b) v0= 5,33x10-3 c) T0= 521,5 K d) v1= 7,61x10-4 L
min-1; v2= 5,41x10-6 L min-1; v3= 1,96x10-3 L min-1
17) A regra de Van’t Hoff estabelece que uma elevação de 10°C na
temperatura da reação química faz com que sua velocidade duplique. Com
base nesta regra, determine a energia de ativação de uma dada reação
considerando a temperatura de 0°C
R: E= 10640,75 cal/mol
18) A reação não-elementar A + 2B C + D possui a seguinte equação de
taxa: (+𝑟𝐶) = 𝑘𝐶𝐴𝐶𝐵. Proponha um mecanismo para esta reação.
R: A + B AB
AB + B C + D
19) A decomposição do acetaldeído tem a seguinte equação química global:
𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 → 𝐶𝐻4 + 𝐶𝑂
Considerando-se as etapas a seguir e a hipótese de estado pseudo-
estacionário para os radicais livres, determine a equação da taxa de produção
de 𝐶𝐻4.
1) CH3CHO → CH3* + CHO*
2) CH3* + CH3CHO → CH3CO* + CH4
3) CH3CO* → CH3* + CO
4) CH3* + CH3* → C2H6
R: (+𝑟𝐶𝐻4) = 𝑘𝐶𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂1,5
20) A dissociação do dímero de ciclopentadieno possui fator de frequência de
1,13x1013 s-1 e energia de ativação de 35000 cal/mol.
a) Calcule a velocidade específica da reação a 200°C
b) Determine o valor da velocidade da reação a 250°C e 1,5 atm.
R: a) k= 7,585x10-4 s-1; b) (+𝑟𝐶𝐻4) = 9,34x10−4mol
L s
21) A dimerização do butadieno 2Ak→C apresenta a seguinte expressão de
Arrhenius para a velocidade global de consumo de A: k =
9,2x109exp (−12058
T)
L
mol.s. Considerando o seguinte mecanismo:
I) 2A
k1→
k2←B∗ (+rB∗) = k1CA
2 − k2CB∗ ; II) B∗k3→C (+rC) = k3CB∗
e sabendo-se que, em um dado instante da reação, a concentração de A é 10-3
M e a concentração do intermediário ativo B* é 10-7 M, determine o valor de k3
para T= 600K.
R: 𝑘3 = 86,05𝑠−1
22) A reação 𝐴 + 𝐵→←𝐶 + 𝐷 possui velocidade específica de 10,4
L
mol.min a
230°C e 45,4 L
mol.min a 260°C. Sabendo-se que a entalpia de reação é ∆HR =
69838 J
mol, determine a energia de ativação da reação inversa.
R: 𝐸𝐼 = 39657 J mol-1
23) A reação 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻𝐶𝑁 → (𝐶𝐻3)2𝐶𝐶𝑁𝑂𝐻 foi realizada em solução
aquosa com uma concentração inicial de 0,16 M de acetona. Os dados
experimentais estão sumarizados na tabela a seguir.
t (min) 0,0 82,2 199,6 313,0 420,5 600,0 [HCN] (M) 0,10472 0,09612 0,08568 0,07723 0,07037 0,06085
Determine a equação de velocidade da reação.
R: (−𝑟𝐻𝐶𝑁) = 6,68𝑥10−3𝐶𝐻𝐶𝑁𝐶𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 mol
L.min
24) A esterificação do etanol com ácido acético é elementar e possui constante
de velocidade igual a 4,76x10-4 L
mol.min para a reação direta e 1,63x10-4
L
mol.min
para a reação inversa a 100°C. Uma solução 88% (em massa) de ácido acético
é misturada a uma solução 97% (em massa) de etanol a 100°C. Sabendo-se
que as duas soluções possuem a mesma massa e que a densidade da mistura
final é 900 g/L, determine:
a) a conversão de equilíbrio.
b) a conversão do reagente limitante após 55 min de reação
R: a) 𝑋𝐴𝑒 = 0,736; b) 𝑋𝐴 = 0,2
25) A dissociação do cloreto de sulfurila é irreversível em cloro gasoso e
dióxido de enxofre é irreversível a 279,2 °C. Determine a ordem da reação a
partir dos dados da tabela a seguir.
t (min) 0 37,7 67,4 98,64 130,8 163,9 197,8 231,1 Ptotal (mmHg) 455 497,5 528,2 557,9 586,2 612,9 637,9 660,5
R: 𝑛 = 1
26) Considere as reações consecutivas a seguir:
𝐴
𝑘1→
𝑘2←𝐵 ; 𝐵
𝑘3→
𝑘4←𝐶
Sabendo-se que o processo ocorre em fase líquida num CSTR de 222L com
alimentação de 1 mol/L de A, numa vazão de 1,5 L/min, determine as
concentrações de A, B e C na saída do reator.
Dados: 𝑘1 = 10−2𝑚𝑖𝑛−1; 𝑘2 = 1,43𝑥10−2𝑚𝑖𝑛−1;
𝑘3 = 10−3𝑚𝑖𝑛−1; 𝑘4 = 2𝑥10−3𝑚𝑖𝑛−1
R: CA= 0,662 mol/L; CB= 0,304 mol/L; CC= 0,034 mol/L
27) A decomposição do óxido nitroso em gás nitrogênio e gás oxigênio a 757°C
foi estudada em um reator batelada de paredes rígidas. Foram realizados 4
experimentos, cada um com uma pressão inicial (Po) diferente, que resultaram
nos seguintes tempos de meia-vida (t1/2):
Po (mmHg) 73,5 194,6 406 504 t1/2 (s) 702,4 345,1 201,7 172,3
Determine a equação de velocidade desta reação.
R: (−𝑟𝑁2𝑂) = 0,18𝐶𝑁2𝑂1,73
mol
L.s
28) O éter etílico se decompõe de acordo com o seguinte mecanismo:
1) (𝐶2𝐻5)2𝑂𝑘1→ 𝐶𝐻3 ∙ +𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙
2) 𝐶𝐻3 ∙ +(𝐶2𝐻5)2𝑂𝑘2→ 𝐶2𝐻6 + 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙
3) 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙𝑘3→𝐶𝐻3 ∙ +𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂
4) 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙ +𝐶𝐻3 ∙𝑘4→ 𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐶2𝐻5
Determine a equação da velocidade de consumo de éter etílico utilizando a
hipótese do estado pseudo-estacionário.
R: (−𝑟(𝐶2𝐻5)2𝑂) = (𝑘1 + 𝑘2√𝑘1𝑘3
𝑘2𝑘4)𝐶(𝐶2𝐻5)2𝑂
29) A reação em série 𝐴𝑘1→𝐵
𝑘2→ 𝐶
𝑘3→𝐷 ocorre em fase líquida em um reator
batelada. Determine a concentração de cada componente após 7 min de
reação. Dado: k1= k2= k3= 0,3 min-1; CA0= 5 mol/L.
R: CA= 0,61 mol/L; CB= 1,29 mol/L; CC= 1,35 mol/L; CD= 1,75 mol/L.
30) A decomposição do diazobenzeno é irreversível e ocorre em fase aquosa
de acordo com a seguinte estequiometria:
𝐶6𝐻5𝑁2𝐶𝑙 → 𝐶6𝐻5𝐶𝑙 + 𝑁2
A reação é de primeira ordem e libera nitrogênio gasoso quando realizada a
50°C à pressão atmosférica. Considerando uma concentração inicial de 0,07 M
de diazobenzeno e com base nos dados da tabela a seguir, determine a
velocidade específica desta reação.
t (min) 8 13 17 20 25 28 31 34 36 42 N2 liberado (mL) 25 33 39 42 47 48 50 51 52 54 57
R: k= 0,0669 min-1
31) A reação (𝐶𝐻3)2𝑂 → 𝐶𝐻4 + 𝐻2 + 𝐶𝑂 foi estudada em fase gasosa num
reator a volume constante. Determine a equação de velocidade da reação com
base nos dados da tabela a seguir.
t (min) 0 9 18 28 74 Ptotal (mmHg) 400 555 681 791 1064 1200
R: (−𝑟(𝐶𝐻3)2𝑂) = 0,024𝐶(𝐶𝐻3)2𝑂 mol
L.min
32) A reação em fase gasosa 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 ocorre a 504°C em um reator batelada
a volume constante, sendo de primeira ordem para A e segunda ordem para B.
Determine a velocidade específica da reação considerando os dados da tabela
a seguir.
𝑡1/2 (min) 7 87 30 16 PA0 (mmHg) 700 175 350 350 PB0 (mmHg) 22 33 22 44
R: 𝑘 = 511,4 L2
mol2.min
33) A reação de decomposição do pentóxido de nitrogênio segue a
estequiometria 2𝑁2𝑂5 →𝑁2𝑂4 + 𝑂2 + 2𝑁𝑂2. Determine a equação de velocidade
de consumo do pentóxido de nitrogênio a 25°C, levando em conta os seguintes
dados:
t (min) 376 410 423 435 446 456 465 474 482 Ptotal
(mmHg) 370 492 552 619 688 759 833 917 999
R: (−𝑟𝑁2𝑂5) = 1107𝐶𝑁2𝑂54
mol
L.min
34) O dióxido de nitrogênio se decompõe para formar monóxido de nitrogênio e
gás oxigênio. Determine a energia de ativação desta reação utilizando os
dados experimentais a seguir.
T (°C) 212 221 241 261 265
k (L
mol.min) 0,193 0,322 0,925 2,505 2,984
R: E= 27,067 (kCal
mol)
35) As reações elementares a seguir ocorrem em fase líquida em um reator
batelada com concentrações iniciais de A e B iguais a 10 mol L-1 e k1= 1, k2= 2
e k3= 3 L mol-1 min-1. Determine a máxima seletividade instantânea de D em
relação a C e E e a respectiva conversão de A.
𝐴 + 𝐵𝑘1→ 𝐶
𝐴 + 𝐶𝑘2→𝐷
𝐴 + 𝐷𝑘3→ 𝐸
R: 𝑆 𝐷
𝐶𝐸
= 0,5 ; 𝑋𝐴 = 0,483
36) O reagente A, em uma dada temperatura reage formando um produto
desejado (D), com k1= 5 L/(mol.s); e um produto indesejado (I), com k2= 2,5 s-1,
sendo ambas estequiometrias 1:1. Determine a seletividade de D em relação a
I para uma concentração inicial de A igual a 1 mol/L e conversão de 0,66.
R: 𝑆𝐷𝐼
= 0,68
37) Considere as reações a seguir:
𝐴 + 𝐵𝑘1→ 𝐶
𝐴𝑘2→𝐷
Calcule as quantidades de C e D após 6 min num reator batelada.
Dados: k1= k2= 0,23 L/(mol.min), CA0= CB0= 5 mol/L.
R: CC= 3,09 mol/L; CD= 1,84 mol/L.
38) A reação de segunda ordem em fase líquida A + B C foi realizada em
um reator batelada com concentrações iniciais de 1 e 2 mol L-1 para A e B
respectivamente. Sabendo-se que XA= 0,78 após 13 min determine a
conversão após 27 min.
R: XA= 0,936
39) Pellets esféricos de dióxido de urânio de raio RP0 reagem com ácido
fluorídrico em grande excesso (concentração CB0). Determine a expressão que
correlaciona o raio do pellet com o tempo de reação.
R: 𝑅𝑃 = 𝑅𝑃0𝑒𝑥𝑝 (−𝑘𝐶𝐵0
3𝑡)
40) Um reator tubular com alimentação lateral processa isotermicamente a
reação elementar em fase líquida A B. Parte do reagente A é alimentada na
entrada principal e o restante é distribuído nas entradas laterais do reator
tubular de forma que a concentração de A seja a mesma em qualquer ponto do
reator. A vazão total de entrada (somando todas as correntes) é 50 L/min.
Calcule o volume do reator para se obter uma conversão de 50%. Dado: k= 0,3
min-1.
R: V= 166,7 L
41) Um reator tubular adiabático processa a reação A B + C em fase líquida.
São dados: ∆𝐻𝑅 = 20000 𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙, 𝐶𝑃𝐴 = 100
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙.
a) Determine a queda de temperatura para uma conversão de 76%
b) Determine a queda de temperatura para uma conversão de 76% caso sejam
alimentadas ao reator vazões iguais de A e inerte (𝐶𝑃𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒 = 100 𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙).
R: a) ∆𝑇 = −152°𝐶; b) ∆𝑇 = −76°𝐶;
42) Um CSTR de processa a reação em fase líquida A B. O reator recebe 12
L/min de A numa concentração CA0= 2,5 mol/L. A equação de velocidade é
(−𝑟𝐴) =0,5𝐶𝐴0,5
e a conversão na saída é de 70%.
a) Determine o volume do reator. b) Após uma falha no agitador do CSTR, sua rotação reduziu-se pela metade e a conversão final passou a ser 79%. Proponha, quantitativamente, uma explicação para este aumento de conversão. R: a) V= 48,5 L; b) Sistema equivalente a PFR de 33,6 L em série com CSTR
de 14,9 L.
43) Um reator tubular possui 4 m de comprimento. Sabendo-se que a mistura
reacional percorre este reator numa velocidade de 12 m/min, determine o
tempo espacial.
R: 𝜏 = 20 𝑠
44) Uma mistura de A e B é alimentada num reator em batelada de parede
móvel na proporção 1,5B:1A. A reação A + B C, de segunda ordem, ocorre
em fase gasosa neste reator a 1 atm e 50°C com (−rA) = 2,71CAαCB
β mol
L.min.
Sabendo-se que, no tempo de meia vida, (−rA) = 5,545x10−4mol
L.min, determine a
equação de velocidade da reação.
R: (−𝑟𝐴) = 2,71𝐶𝐴0,8𝐶𝐵
1,2 mol
L.min
45) Um reator em batelada de paredes rígidas com capacidade de 70 L
processa a reação A → 2B em fase gasosa. O reator possui um controle que
mantém a temperatura da reação constante em 853K. Dado: (−𝑟𝐴) =
0,007𝐶𝐴 (𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛).
a) Determine o tempo reacional para converter 50% do reagente A
b) Se, após 99 min de reação, houvesse um vazamento no reator de 1 L/min
que perdurasse por 6 min, qual seria a concentração de A no reator após estes
6 min? Dado: Pressão no instante do vazamento P= 10 atm.
R: a) t= 99 min; b) CA= 0,042 mol/L
46) A reação em fase gasosa entre ‘A’ e ‘B’ origina o produto ‘C’, sendo de
primeira ordem para cada reagente com 𝑘 = 0,021𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛. Foram feitos os
seguintes experimentos:
I) Em um reator batelada de paredes rígidas obteve-se 63% de conversão do
reagente A em 26,12 min. Alimentação: CA0= 1 mol/L; CB0= 2 mol/L.
II) Em um reator batelada de paredes móveis obteve-se tempo de meia vida
igual a 37,88 min. Alimentação: CA0= 2 mol/L; CB0= 1 mol/L.
a) Determine o tempo de reação nas condições do experimento II para se obter
uma conversão de 70%
b) Determine a variação de pressão nas condições do experimento I para uma
conversão de 80%
R: a) t= 75,26 min; b) ∆P= -26,7%
47) A reação 𝐴→←𝐵 + 𝐶 ocorre em fase líquida num reator batelada de volume
constante. A conversão de equilíbrio para as condições de operação é 80% e o
tempo de meia vida é 1 min. Determine a constante de equilíbrio e a
concentração de C após 2 min de reação.
Dados: CA0= 0,625 mol/L; (−𝑟𝐴) = 𝐶𝐴 − 𝑘𝐼𝐶𝐵 𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛
R: KC= 2; CC= 0,376 mol/L
48) Um PBR processa, a 940°F e 70 psia, a reação entre Benzeno (B) e Xileno
(X) para formar Tolueno (T): B + X → 2T. O catalisador possui densidade
aparente de 630 g/L, sendo que o tempo espacial é τ= 30 min. Determine a
velocidade média de reação por grama de catalisador para se obter uma
conversão de 65% na saída do reator. Dado: Alimentação equimolar de B e X.
R: (−𝑟𝐴) = 0,0768 𝑚𝑜𝑙
ℎ.𝑘𝑔 𝑐𝑎𝑡
49) A reação de decomposição do óxido nitroso 2𝑁2𝑂 → 2𝑁2 + 𝑂2 possui a
seguinte equação de velocidade (−𝑟𝐴) = 58,62𝐶𝑁2𝑂2
𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛. Para uma
alimentação com 70% de 𝑁2𝑂 e 30% de inertes em um reator de paredes
móveis, determine:
a) A conversão após 1 min de reação
b) As concentrações de N2 e O2 após 10 min de reação
Dados: T= 1643 °F e P= 1,4 atm
R: a) XA= 0,36; b) 𝐶𝑁2 = 6,58𝑥10−3𝑚𝑜𝑙
𝐿; 𝐶𝑂2 = 3,29𝑥10−3
𝑚𝑜𝑙
𝐿
50) A reação de saponificação do acetato de etila com soda cáustica possui
uma energia de ativação de 10882 cal/mol e fator de frequência de 1,21x1010 𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛. Determine o tempo reacional necessário para se obter uma conversão
de 90% ao se processar esta reação num reator batelada de volume constante
a 35°C com alimentação de 4 g/L de acetato de etila e 0,15M de soda cáustica.
R: t= 5,13 s
51) A reação 𝐶4𝐻8 → 𝐶4𝐻6 + 𝐻2 ocorre num reator batelada a volume
constante, sendo que a alimentação contém 90% de inertes e a expressão da
velocidade específica da reação é a seguinte: 𝑘 =
4,28𝑥106𝑒𝑥𝑝 (−13115
𝑇)
𝑚𝑜𝑙
𝐿.ℎ.𝑎𝑡𝑚.
Determine o tempo necessário para se atingir uma conversão de 87% a 1 atm
e 600°C
R: t= 1,34 min
52) A reação 4𝑃𝐻3 → 𝑃 + 6𝐻2 ocorre em fase gasosa em um recipiente de
paredes rígidas a 700°C e 1 atm. Determine a pressão total após 2 min de
reação. Explique porque houve variação de pressão. Dado: 𝑙𝑛𝑘 = −18963
𝑇+
2𝑙𝑛𝑇 + 12,13 𝑠−1
R: P= 1,75 atm
53) A reação em fase gasosa A →4B é de primeira ordem e foi estudada em
um reator batelada a pressão constante o qual forneceu uma variação de
volume de 85% após 27 min de reação. Se esta reação fosse realizada em um
reator a volume constante, qual seria o tempo necessário para se atingir a
pressão de 4,2 atm? Dado: Pressão inicial = 2 atm e alimentação de A puro.
R: t= 37,13 min
54) Um reator de paredes móveis processa a reação em fase gasosa A → 3P
com alimentação de 61% de A e o restante de gás inerte. Qual será a variação
de volume neste reator após 21 min de reação. Dado: k= 0,0123 min-1
R: ∆V= 28%
55) A produção do ácido propiônico se dá através da reação elementar a
seguir:
𝐶2𝐻5𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 + 𝐻𝐶𝑙→←𝐶2𝐻5𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝑁𝑎𝐶𝑙. Um experimento foi realizado em
laboratório com quantidades equimolares dos reagentes. Foram coletadas
amostras contendo 5 mL da mistura reacional, as quais foram tituladas com
solução 0,15M de NaOH. O resultado das titulações é apresentado na tabela a
seguir.
t (min) 0 5,5 12,5 23,7 46,9 ∞ Sol. NaOH (mL)
73,9 45,2 33,1 26,6 20,3 14,6
Deseja-se produzir 600 kg/h de ácido propiônico em um reator batelada, que
devem corresponder a uma conversão de 70%. Sabendo-se que a alimentação
dos reagentes é equimolar e que o tempo de descarga+limpeza+carga do
reator é de 30 min, determine o volume do reator. Dado: densidade da mistura
= 1,19 kg/L; Concentração inicial de HCl= 2M.
R: V= 1842,5 L
56) A reação A + B → C é processada em fase líquida num PFR em série com
um CSTR, conforme o esquema a seguir.
Os reagentes são alimentados no PFR com B em excesso. Demonstre que,
para altas vazões e temperaturas, a conversão global (XA2) na saída do
sistema pode ser representada por:
𝑋𝐴2 =1
2∝2{√[∝2 (1 + 𝜃𝐵)]2 − 4 ∝2 𝜃𝐵 {∝2+
{𝑒𝑥𝑝[∝1(∝1−1)]−1}
{𝜃𝐵𝑒𝑥𝑝[∝1(∝1−1)]−1}} −∝2 (1 + 𝜃𝐵) + 1}
Sendo: ∝1=𝑉1𝑘1𝐶𝐴0
2
𝐹𝐴0; ∝2=
𝑉2𝑘2𝐶𝐴02
𝐹𝐴0. Índices 1: PFR, 2: CSTR.
57) A reação elementar 𝐴
𝑘𝑑→
𝑘𝐼←𝐵 é conduzida em um reator batelada de volume
constante com a seguinte alimentação: CA0= 0,2 mol/L e CB0= 0,1 mol/L.
Sabendo-se que 𝐾𝐶 =𝑘𝑑
𝑘𝐼= 0,25 e kd= 0,011 min-1, determine:
a) as concentrações de A e B no equilíbrio
b) a porcentagem de reagente convertido em produto após 28 min de reação
R: a) CAe= 0,24 mol/L, CBe= 0,06 mol/L; b) XB= 0,314
58) O reagente A é alimentado em um CSTR de 75,6 L a 1 atm e 100°C numa
vazão de 5 L/min para formar o produto B, o qual possui uma concentração de
1,32 g/L na corrente de saída do reator. Um novo CSTR irá operar nas mesmas
condições do reator supracitado. Qual deverá ser o volume deste novo reator
para se obter CB= 0,03 mol/L na corrente de saída. Dados: Massa molar de A=
100 g/mol, k= 0,081 min-1.
R: V= 658 L
59) A água oxigenada comercial é uma mistura de água com peróxido de
hidrogênio (H2O2) e possui diferentes dosagens (10 volumes, 20 volumes, etc).
Por exemplo, a dosagem 10 volumes significa que cada 1 mL do produto libera
10 mL de O2 (resultantes da reação de decomposição do H2O2) em condição
ambiente. Sabendo-se que a constante de velocidade de decomposição do
peróxido de hidrogênio vale 0,0467 min-1 determine:
a) o tempo necessário para a água oxigenada ter sua dosagem reduzida de 50
para 10 volumes.
b) Na pratica, a decomposição do peróxido de hidrogênio num frasco aberto
pode demorar mais do que o tempo calculado no item ‘a’. Dê uma possível
explicação para este fato.
R: t= 34,5 min
60) Um reator tubular de 2 cm de diâmetro e 21,3 cm de comprimento processa
a reação em fase gasosa entre CH4 e S2 sob pressão e temperatura
constantes. A tabela a seguir mostra 3 experimentos realizados neste reator.
Experimento Vazão molar na entrada do reator
(mol/h) Vazão molar de CS2 na saída do
reator (mol/h) CH4 S2
1 0,584 1,168 0,0334 2 0,333 0,666 0,0320 3 0,167 0,333 0,0292
Determine a nova vazão de saída de CS2 realizada neste mesmo reator e nas
mesmas condições do experimento 1, porém, com 10% de inertes na
alimentação. Explique a diferença entre os resultados dos estudos com e sem
inerte. Dado: Reação de ordem 1 para cada reagente.
R: FCS2= 0,0127 mol/h
61) A reação de dimerização do butadieno pode ser representada por 2A → B.
Deseja-se projetar um reator tubular para se processar esta reação a 1 atm e
810°C com 30% de gás inerte. A vazão total da alimentação será 60 kmol/h e a
conversão final desejada é de 42%. Qual deverá ser o volume do reator?
Construa um gráfico do volume do reator em função da composição de inerte
na alimentação. Dado: 𝑘 = 3,17𝑥103𝑒𝑥𝑝 (−5470
𝑇)
𝑚𝑜𝑙
𝐿.ℎ.𝑎𝑡𝑚2.
R: V= 2551,5 L; Comportamento exponencial.
62) Butadieno (A) é alimentado em um leito recheado com quartzo juntamente
com 90% de inertes a 10 L/h, 700°C e 1 atm. Nestas condições a variação do
número de mols total devido às reações pode ser desprezada. No reator
ocorrem as seguintes reações catalíticas:
Reação Equação de velocidade
Craqueamento (−𝑟𝐴)1 = 0,51𝑒𝑥𝑝 (−
6557
𝑇)𝑃𝐴
𝑚𝑜𝑙
𝑔 𝑐𝑎𝑡. ℎ
Dimerização (−𝑟𝐴)2 = 1,15𝑒𝑥𝑝 (−
5464,5
𝑇)𝑃𝐴
2 𝑚𝑜𝑙
𝑔 𝑐𝑎𝑡. ℎ
a) Determine a massa de catalisador necessária para se obter 66% de
conversão global.
b) Se o processo fosse realizado sem inertes, qual reação seria favorecida?
c) O aumento de temperatura favorece qual das reações?
R: a) W= 257,75 g; b) Dimerização; c) Craqueamento
63) A pirólise da acetona 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 → 𝐶𝐻2𝐶𝑂 + 𝐶𝐻4 é realizada em um reator
tubular de 1,6 L a 793 K e 1 atm. Com base nos dados a seguir, determine a
equação de velocidade desta reação.
Vazão de acetona (g/h)
248 75 28 12
Conversão 0,07 0,18 0,34 0,49
R: (−𝑟𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3) = 14𝐶𝐴2
𝑚𝑜𝑙
𝐿.ℎ
64) O processo de fotocloração de hidrocarbonetos pode ser representado de
forma simplificada pelas reações:
1 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 (−𝑟𝐴) = 1𝐶𝐴
𝑚𝑜𝑙
𝐿. ℎ
2 𝐶 + 𝐵 → 𝐸 + 𝐷 (−𝑟𝐶)2 = 2𝐶𝐶
𝑚𝑜𝑙
𝐿. ℎ
O sistema é composto por um reator tubular seguido de um separador o qual
elimina os resíduos de D e B enquanto que parte dos compostos A, C e E é
reciclada com uma razão de reciclo R= 1. A alimentação do sistema consiste
em 100 mol/h de A e 400 mol/h de B, o resíduo de A no produto final possui
vazão de 12 mol/h e a vazão volumétrica na entrada do reator é v0= 1000 L/h,
conforme mostrado no fluxograma a seguir.
a) Calcule o volume do reator
b) Determine a seletividade global de C em relação a E (𝑆𝐶𝐸
) para R=0 (manter
as demais condições constantes).
R: a) V= 1542 L; b) 𝑆𝐶𝐸
= 0,272
65) Uma polimerização por radicais livres ocorre em fase líquida em um CSTR
com tempo espacial de 47 s. Monômero (M) é alimentado na concentração de
3,22 mol/L e as seguintes reações devem ser consideradas:
Iniciação 𝑀 → 𝑃1 𝑘𝐼 = 0,27 𝑠−1 Propagação 𝑃𝑛 +𝑀 → 𝑃𝑛+1 𝑘𝑃 = 0,8
𝐿
𝑚𝑜𝑙. 𝑠
Pn Cadeia de polímero contendo n unidades monoméricas.
a) Calcule a conversão de monômero na saída do reator
b) Determine a concentração de cadeias P10 na saída do reator
R: a) X= 0,98; b) P10= 0,036 mol/L
66) As reações
𝐴 → 𝐵 𝑘1 = 0,21 𝑚𝑖𝑛−1 𝐵 → 𝐶 𝑘2 = 0,07 𝑚𝑖𝑛−1
ocorrem simultaneamente em reator de fluxo contínuo com alimentação de 7 L
min-1, determine a conversão final de A e a seletividade global de B em relação
a C (𝑆𝐵𝐶
) para cada um dos sistemas a seguir.
a) Um único CSTR de 146 L
b) Um PFR de 146 L
c) Em qual dos sistemas se obtém maior produção de B?
R: a) XA= 0,81, 𝑆𝐵𝐶
= 0,68; b) XA= 0,987, 𝑆𝐵𝐶
= 0,5.
67) A Hidrólise do anidrido acético é realizada em três CSTRs em série (V1=
1,4 L, V2= 2,8L e V3= 2,2 L) com alimentação de 1,4 L/min no primeiro reator.
Determine a conversão global na saída de cada reator, considerando k= 9,48 h-
1.
R: XA1= 0,136; b) XA2= 0,343; c) XA3= 0,474
68) A reação (𝐶𝐻2𝐶𝑂)2𝑂 + 𝐻2𝑂 → 2𝐶𝐻2𝐶𝑂𝑂𝐻 foi estudada em presença de
grande excesso de água, o que forneceu a seguinte equação: 𝑘 =
1,177𝑥109𝑒𝑥𝑝 (−6774
𝑇) min-1. Deseja-se processar esta reação em uma série de
2 CSTRs, sendo o primeiro com capacidade de 80 L, operando a 35°C e o
segundo com capacidade de 270 L, operando a 60°C. Determine a conversão
global na saída de cada reator sabendo-se que a vazão de alimentação é de 6
L/min.
Qual configuração seria melhor para se operar: a atual ou invertendo a ordem
dos reatores?
R: XA1= 0,815; XA2= 0,998. Invertendo os reatores: XA1= 0,987; XA2= 0,998
Apesar da conversão final ser praticamente a mesma, no caso de falha do
segundo reator, pode-se trabalhar apenas com o primeiro, obtendo-se uma
conversão relativamente alta (XA1= 0,987). Assim, a configuração com ordem
invertida é melhor.
69) Um CSTR processa as seguintes reações múltiplas em fase líquida:
𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 𝑘1 = 11,2 𝐿 𝑚𝑜𝑙−1𝑚𝑖𝑛−1
𝐶 + 𝐵 → 𝐸 + 𝐷 𝑘2 = 1,4 𝐿 𝑚𝑜𝑙−1𝑚𝑖𝑛−1
𝐸 + 𝐵 → 𝐹 + 𝐷 𝑘3 = 42 𝐿 𝑚𝑜𝑙−1𝑚𝑖𝑛−1
Um mol por minuto de 𝐴 é alimentado ao reator sendo que 88 % são
convertidos. A concentração de 𝐵 dentro do reator é constante e igual a
0,001 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1. Determine a composição da corrente líquida de saída.
Dado: 𝑉 = 17 𝐿
R: 𝑦𝐴 = 0,051 , 𝑦𝐵 = 1,1 × 10−5, 𝑦𝐶 = 0,196, 𝑦𝐷 = 0,573, 𝑦𝐸 = 6,3 × 10−3, 𝑦𝐹 =
0,173
70) Reconsidere as reações do exercício anterior ocorrendo em um PFR de 87
L com alimentação CA0= 2,2 mol/L e CB0= 4,9 mol/L e vazão volumétrica v0= 6,8
L/min. Qual será a composição na saída do reator?
R: yA= 5,7x10-5; yB= 0,0017; yC= 0,118; yD= 0,6886; yE= 0,0041; yF= 0,1875
71) As reações consecutivas 𝐴𝑘1→𝐵
𝑘2→𝐶 ocorrem em um sistema composto por
inúmeros CSTRs em série. Sabendo-se que k1= 0,67 h-1, k2= 0,99 h-1 e Tempo
espacial = 3 min, determine:
a) A conversão de A na saída do vigésimo reator
b) O número de CSTRs necessários para se obter a concentração máxima de
B
R: a) XA= 0,483; b) n= 25 reatores
72) Um reator CSTR de 1 L processa uma reação unimolecular (k= 1 min-1) na
qual o reagente A é alimentado numa vazão de 1 L/min.
a) Calcule a conversão de A na saída do reator
b) Qual deverá ser o volume de um CSTR com reciclo de metade de sua
corrente de saída, operando com as mesmas condições e com a mesma
conversão do item ‘a’?
c) Faça uma comparação entre os casos dos itens ‘a’ e ‘b’
R: a) XA= 0,5; b) V= 1L; c) A corrente de reciclo não afeta a operação do CSTR,
pois possui composição constante e igual à do interior do reator.
73) Dois CSTRs são posicionados para operar em série na mesma
temperatura. O reator 1 possui τ1= 1 min e o reator 2 possui τ2= 2 min .
Demonstre que a ordem na qual eles são posicionados não afeta a conversão
final.
R: 𝑋𝐴2 =3𝑘+2𝑘2
(1+𝑘)(1+2𝑘)
74) Um CSTR possui inicialmente 25,35 L de uma mistura contendo 0,05 mol/L
do composto A. inicia-se a alimentação deste CSTR com 2,4 L/h de uma
corrente contendo 0,5 mol/L de A. A vazão de saída também é mantida em 2,4
L/h. Sabendo-se que a reação 𝐴 → 𝐵 ocorre neste reator com velocidade
específica de 0,071 h-1, em quanto tempo o sistema entrará em regime
permanente?
R: t = 10,25 min
75) Um reator bem misturado é operado em regime de batelada alimentada
com evaporação. Inicialmente 5,5 mol/L de ácido acético (A) estão presentes
no reator. Etanol (B) é alimentado de maneira controlada para que sua
concentração no reator se mantenha constante e igual a 5 mol/L. A
temperatura de operação é ajustada de forma que haja uma taxa de
evaporação igual à vazão volumétrica de alimentação. Neste processo, todo
acetato de etila (C) produzido é evaporado durante a reação e recuperado na
corrente de topo. Calcule o tempo necessário para a concentração de ácido
acético atingir 55 g/L.
Dados: 𝐴 + 𝐵
𝑘𝑑→
𝑘𝐼←𝐶 + 𝐷; (−𝑟𝐴) = 4,76𝑥10−4𝐶𝐴𝐶𝐵 − 1,63𝑥10−4𝐶𝐶𝐶𝐷
R: 𝑡 = 744,5 min
76) A reação de saponificação entre acetato de etila (A) e soda cáustica (B)
ocorre em um reator bem misturado em regime de batelada alimentada.
Inicialmente, 90 L de uma solução 0,09 M de acetato de etila estão presentes
no reator. 3,78 L/min de solução 0,1 N de soda cáustica são alimentados e a
operação é realizada isotermicamente à temperatura ambiente. Qual será o
volume do conteúdo reacional e a conversão após 2 min, sabendo-se que
neste período pode-se considerar uma velocidade média de reação constante e
igual a 7𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛?
R: V= 97,56 L; XA= 0,016
77) O reator cilíndrico de paredes móveis abaixo processa a reação A 3B +
2C em fase gasosa, a qual possui k= 0,22 L/(mol.min). O reator possui travas
que o limitam a um volume máximo conforme o esquema a seguir. Sabendo
que a alimentação é feita a 80°C e 1 atm, contendo 50% de inertes, determine:
a) O tempo necessário para a parede móvel atingir as travas do reator
b) A concentração de B após 15h de reação
c) A pressão no reator após 90,3h de reação.
R: a) t= 27,3 h b) CB= 0,01465 c) P= 1,118 atm
78) A reação reversível em fase líquida 𝑨
𝒌𝒅→
𝒌𝑰←𝑩 possui 𝒌𝒅 =
𝟎, 𝟎𝟏𝒆𝒙𝒑 [𝟖𝟕𝟓𝟏(𝟏
𝟑𝟐𝟑−
𝟏
𝑻)] min-1 e sua constante de equilíbrio é dada por 𝑲𝑪 =
𝒌𝒅
𝒌𝑰= 𝟓𝒆𝒙𝒑 [−𝟖𝟕𝟓𝟏(
𝟏
𝟑𝟐𝟑−
𝟏
𝑻)], com T em K. Esta reação ocorre em um reator
batelada com alimentação CA0= 1 mol/L. Na primeira etapa, a reação é
conduzida a 323 K e atinge 70% de conversão de A. Ao fim desta etapa, a
temperatura é imediatamente alterada para 353 K e a reação continua por mais
10 minutos (segunda etapa).
a) Qual é o tempo gasto na primeira etapa?
b) Quais são as concentrações do produto desejado (B) ao fim da primeira e da
segunda etapa?
c) Este processo parece ser economicamente viável? Sugira uma melhoria.
R: a) t= 152,7 min b) CB= 0,7 mol/L (1a) ; CB= 0,35 mol/L (2a)
79) No esquema a seguir, o reator 1 processa a reação A 4B (k= 0,012 min-
1) em fase gasosa com alimentação de A puro e volume inicial V0= 20 L. Sobre
o embolo do reator 1 há 60 L de reagente C, cuja densidade molar é 3 mol/L. A
movimentação do êmbolo faz com que o líquido C seja alimentado na reator 2,
o qual se encontra na temperatura apropriada para processar a reação C D
(k= 2,4 min-1). Considerar todos os sistemas à pressão constante.
a) Qual o tempo necessário para derramar 10 L de reagente ‘C’ no reator 2?
b) Deduza a equação que da a vazão molar de alimentação de ‘C’ no reator 2
em função do tempo.
c) Após 50 min, qual será a vazão molar de alimentação de ’C’ no reator 2?
d) Escreva o balanço molar para ‘C’ no reator 2. Como a equação resultante
pode ser resolvida?
R: a) 15,2 min c) 1,185 mol h-1
80) A velocidade da reação A + B Produtos é dada pela expressão (−𝒓𝑨) =𝒌𝟏𝑪𝑨
𝒌𝟐+𝒌𝟑𝑪𝑩 .
A velocidade da reação foi calculada para as concentrações mostradas na
tabela a seguir.
(−𝑟𝐴) (𝑚𝑜𝑙
𝐿 𝑚𝑖𝑛) 𝐶𝐴 (
𝑚𝑜𝑙
𝐿) 𝐶𝐵 (
𝑚𝑜𝑙
𝐿)
0,079 0,3 0,6
0,158 0,6 0,6
0,064 0,3 0,9
Determine os valores de 𝒌𝟐
𝒌𝟏 e
𝒌𝟑
𝒌𝟏.
R: 𝒌𝟐
𝒌𝟏= 2
𝒌𝟑
𝒌𝟏= 2,94
81) A reação de segunda ordem A 2B, cuja energia de ativação é 7800
cal/mol, é realizada em fase gasosa a 400 K num reator de paredes rígidas
com alimentação de ‘A’ puro a 2 atm, obtendo-se 78% de conversão em 54
min.
a) Determine a velocidade específica da reação (k) com sua respectiva unidade
b) Determine o tempo para se atingir 78% de conversão a 450 K com
alimentação de ‘A’ puro a 2 atm
c) Explique o porquê da diferença entre os tempos de reação para as
temperaturas de 400 K e 450 K
d) Deseja-se processar esta mesma reação de forma que a pressão aumente
de 2 para 3 atm em 30 min. Qual temperatura deverá ser usada?
e) Na prática, o processo realizado no item ‘d’ atingiu a pressão de 2,5 atm, a
qual se manteve constante até o final da reação. Dê uma possível explicação
para este comportamento.
R: a) k= 1,077 L mol-1 min-1 b) t= 20,41 min d) T= 371,5 K
82) O reator de paredes rígidas de 50 L a seguir processa a reação A + B
2C que ocorre somente na fase líquida. O sistema conta com o sólido ‘A’, que
possui solubilidade 0,53 mol/L no líquido inerte I. O sistema é pressurizado com
o gás ‘B’, cuja solubilidade em ‘I’ segue a expressão: 𝑺𝑩 = 𝟎, 𝟎𝟏𝑷𝑩𝟐 + 𝟎, 𝟏𝑷𝑩
(𝑷𝑩 em atm; 𝑺𝑩 em mol/L).
No início da reação (t=0) o sistema se encontra em equilíbrio com 30 mols de
‘A’ e 25 L de ‘I’ alimentados (Vliq+sól ≈ 25 L). Neste instante, a fase líquida se
encontra saturada em ‘B’. Na fase gasosa, o componente B se encontra
praticamente puro e apresenta uma pressão inicial Po= 2,5 atm.
Qual é o tempo necessário para que a pressão do reator atinja 2 atm?
Dados: T= 400 K, k= 0,17 L/(mol.min). Considerar equilíbrio instantâneo
durante a reação (desprezar resistências à transferência de massa).
Considerar nível de líquido constante.
R: t= 0,617 min
83) Um reator batelada de parede móvel processa a reação A 3B em fase
gasosa à pressão constante de 1 atm com 𝒌 = 𝟖𝟎𝟎𝟎𝒆𝒙𝒑(−𝟐𝟑𝟎𝟎
𝑻) (
𝑳
𝒎𝒐𝒍 𝒎𝒊𝒏) e
alimentação de ‘A’ puro.
a) Calcule o tempo de reação para se atingir uma conversão de 80% a 90°C
b) Calcule a porcentagem de variação volumétrica obtida após 27 min de
reação a 160°C
c) Determine a temperatura necessária para que se atinja 95% de conversão
em 20 min
d) Ao se processar esta reação num reator de parede móvel velho e
enferrujado observou-se que a pressão, ao invés de se manter constante,
aumentou. Explique o que pode ter acontecido.
e) No reator do item ‘d’, a reação apresentou aumento de 50% tanto no volume
quanto na pressão e 20% de aumento na temperatura quando a conversão
atingiu 70%. Qual foi a fração molar de ‘A’ utilizada neste estudo?
R: a) 18,44 min b) ∆V= 184,2% c) T= 539,8 K e) yA0= 0,625
84) A reação A + 2B C ocorre em um reator de paredes rígidas e sua
velocidade de reação segue a equação (−𝒓𝑨) = 𝟎, 𝟓𝟒𝑪𝑨𝟎,𝟓𝑪𝑩
𝟎,𝟓 (𝒎𝒐𝒍
𝑳 𝒎𝒊𝒏). O reator
é alimentado com CA0= 2 mol/L e CB0= 4 mol/L.
a) É possível afirmar que esta reação é elementar? Por quê?
b) Determine a conversão da reação quando CB= 1,7 mol/L
c) Calcule o tempo necessário para se obter uma conversão de 75%
d) Qual é a conversão obtida após 3,5 min de reação?
e) Na prática, após operar o reator por muito tempo sem efetuar qualquer
limpeza entre as bateladas, a conversão desta reação diminuiu, mesmo
mantendo todas as condições de operação constantes. Dê uma possível
explicação para este fenômeno.
R: b) XA= 0,757 c) t= 1,82 min d) XA= 0,93
85) A reação 3A B + C é conduzida em fase líquida com alimentação de 2,7
mol/L de A. Sabe-se que a velocidade específica da reação vale 𝟎, 𝟒𝟒 𝑳𝟐
𝒎𝒐𝒍𝟐 𝒎𝒊𝒏.
a) Qual é a concentração de B quando a conversão atinge 74%?
b) Qual é o tempo necessário para se obter 0,8 mol/L de C
c) Determine a conversão correspondente a 9 min de reação
d) Se B e C também fossem alimentados ao reator de forma que a alimentação
de ‘A’ continuasse em 2,7 mol/L, o tempo obtido no item ‘b’ seria diferente?
Explique.
e) Proponha duas formas de aumentar a conversão obtida no item ‘c’
R: a) CB= 0,666 mol L-1 b) 𝑡 = 6,735 min c) 𝑋𝐴 = 0,91
86) A reação 3A B é realizada em presença de inertes num reator de
paredes móveis a 1 atm. Para uma dada temperatura T, são atingidos 40% de
conversão em 21,83 min. Quando se aumenta 100K temperatura (T+100)
mantendo-se as demais condições constantes, a conversão de 90% é atingida
em 7,43 min. Determine a fração molar de inertes que foi usada nestes
estudos.
Dado: 𝒌 = 𝟏𝟎𝟖𝒆𝒙𝒑 [−𝟕𝟒𝟎𝟎
𝑻] (
𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏).
R: yI0= 0,29
87) Um reator batelada deverá ser projetado para processar a reação em fase
líquida 2A B (k= 0,037 L mol-1 min-1) com alimentação CA0= 1 mol/L. As
massas molares são: MA= 60 g/mol e MB= 120 g/mol e a densidade média da
mistura reacional vale 1,05 g/mL. Deseja-se obter uma produção anual de 2000
toneladas de B com um reator batelada capaz de atingir conversão XA= 0,8. O
tempo morto da operação será de 25 min a cada batelada e o período de
trabalho será de 15 h/dia. Determine o volume do reator que será utilizado
neste processo.
R: V= 1087 L
88) A reação em fase líquida A Produtos foi estudada em um reator batelada
e os seguintes dados foram obtidos:
t (min) 0 10 20 30 40 50 60
CA (mol/L) 7 5,88 4,96 4,07 3,33 2,6 2,1
a) Determine a equação de velocidade da reação através do método
diferencial. Sugestão: ajustar um único polinômio de grau 2 para todos os
pontos.
b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’. Calcule
o valor de k para cada ponto da tabela e faça uma média (mostrar unidade).
R: b) k= 0,032 mol0,345 L-0,345 min-1
89) Dado o mecanismo a seguir
Reação Equação de velocidade
1 𝑨 → 𝟐𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨
2 𝑩∙ + 𝑨 → 𝑪∙ + 𝟐𝑫∙ (−𝒓𝑨)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑨𝑪𝑩∙ 3 𝑩∙ +𝑫∙ → 𝑬 (−𝒓𝑩∙)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑩∙𝑪𝑫∙
4 𝑪∙ + 𝑫∙ → 𝑭 (−𝒓𝑪∙)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑪∙𝑪𝑫∙
a) Determine a estequiometria da reação global
b) Determine a equação de velocidade global de produção de F.
R: 2A E + F b) (+𝒓𝑭) = 𝒌𝟏𝑪𝑨
90) Um reator tubular de 100 cm de comprimento e 5 cm de diâmetro processa
a reação A B isotermicamente em fase gasosa. Há uma queda de pressão
ao longo do reator conforme a função: 𝑷 = 𝑷𝒐 − 𝟎, 𝟎𝟖𝒛 (P em atm e z em cm),
sendo z o comprimento do reator. Sabendo-se que Po= 10 atm, k= 0,33
cm³/(mol.min), CA0= 0,35 mol/cm³, vo= 143 cm³/min, determine a conversão de
A na saída do reator.
R: XA= 0,39
91) Um CSTR será projetado para realizar a reação elementar em fase gasosa
A + B C, cuja velocidade específica vale 0,95 L mol-1min-1. Determine o
volume necessário para o reator atingir uma conversão de 68% a 200°C com
alimentação v0= 4,5 L/min PA0= 1,3 atm, PB0= 1,7 atm, e PI0= 0,5 atm.
R: V= 267,1 L
92) Dado o mecanismo a seguir
Reação Equação de velocidade
1 𝑨 → 𝟐𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨
2 𝑩∙ + 𝑪 → 𝑫∙ (−𝒓𝑪)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑪𝑪𝑩∙ 3 𝑩∙ → 𝑬 (−𝒓𝑩∙)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑩∙ 4 𝟐𝑫∙ → 𝑭 (−𝒓𝑫∙)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑫∙
𝟐
Determine a equação de velocidade global de produção de F.
R: (+𝒓𝑭) =𝒌𝟏𝒌𝟐𝑪𝑨𝑪𝑪
𝒌𝟐𝑪𝑪+𝒌3
93) Considere o mecanismo catalítico a seguir.
Reações
I 𝑨 + 𝑺
𝒌𝑨→
𝒌−𝑨←
𝑨𝑺 IV
𝑪𝑺 + 𝑩
𝒌𝑺𝟐→
𝒌−𝑺𝟐←
𝑫𝑺
II 𝑩+ 𝑺
𝒌𝑩→
𝒌−𝑩←
𝑩𝑺 V
𝑫𝑺
𝒌𝑫→
𝒌−𝑫←
𝑫 + 𝑺
III 𝑨𝑺 + 𝑩𝑺
𝒌𝑺𝟏→
𝒌−𝑺𝟏←
𝑪𝑺 + 𝑺
Escreva a equação da velocidade global da reação com base na hipótese de
etapa lenta. Considerar a etapa II (adsorção de B) como etapa lenta.
R: 𝒓𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍 =
𝒌𝑩𝑪𝑺𝑻𝑪𝑨𝑪𝑩
(𝐶𝐴𝐶𝐵2−
𝑪𝑫𝐾𝐶
)
𝐾𝐴𝑪𝑨+𝐾𝐷𝑪𝑫
𝐾𝑆1𝐾𝑆2𝐾𝐴𝑪𝑨𝑪𝑩+𝐾𝑆2𝑪𝑩+1+1
94) A reação em fase gasosa A B + C foi estudada em um reator batelada
de paredes rígidas e os seguintes dados foram obtidos:
t (min) 0 10 20 30 40 50 60
CA (mol/L) 7 6,4 5,93 5,55 5,24 4,97 4,75
a) Determine a equação de velocidade da reação através do método
diferencial. Sugestão: dividir o perfil experimental em dois trechos e ajustar dois
polinômios de grau 2.
b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’. Calcule
o valor de k para cada ponto da tabela e faça uma média.
R: a) (−𝒓𝑨) = 2,44𝑥10−4𝐶𝐴2,89
b) k=2,44𝑥10−4 L1,89 mol-1,89 min-1
95) Considere o mecanismo catalítico a seguir.
Reações
I 𝑨 + 𝑺
𝒌𝑨→
𝒌−𝑨←
𝑨𝑺 II
𝑩 + 𝑨𝑺
𝒌𝑩→
𝒌−𝑩←
𝑪𝑺 III
𝑪𝑺
𝒌𝑪→
𝒌−𝑪←
𝑪 + 𝑺
Escreva a equação da velocidade global da reação com base na hipótese de
etapa lenta. Considerar a etapa I (adsorção de A) como etapa lenta.
R: 𝒓𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍 =𝒌𝑨𝑪𝑺𝑻(𝐶𝐴−
𝐾𝐶𝑪𝑪𝐾𝐴𝐾𝐵𝐶𝐵
)
𝐾𝐶𝑪𝑪𝐾𝐵𝑪𝑩+1
+1
96) Um reator batelada de paredes móveis deverá ser projetado para processar
isotermicamente a reação em fase gasosa A 2B (k= 0,087 L mol-1 min-1). As
massas molares são: MA= 240 g/mol e MB= 120 g/mol e a densidade da mistura
final vale 0,27 g/mL. Deseja-se obter uma produção anual de 2000 toneladas
de B com um reator batelada capaz de atingir CB= 1,8 mol/L ao final de cada
batelada, partindo de CA0= 2 mol/L. O tempo morto da operação será de 25 min
a cada batelada e o período de trabalho será de 15 h/dia. Determine o volume
do reator que será utilizado neste processo.
R: V= 1928 L
97) Um CSTR será projetado para realizar a reação em fase gasosa A B +
C, cuja velocidade específica vale 1,25 L mol-1min-1. Determine o volume
necessário para o reator atingir uma conversão de 82% a 240°C com
alimentação v0= 6,5 L/min yA0= 0,7 , yI0= 0,3 e P0= 3 atm.
R: V= 6521 L
98) A reação em fase líquida A Produtos foi estudada em um reator batelada
e os seguintes dados foram obtidos:
t (min) 0 10 20 30 40 50 60
CA (mol/L) 7 4,69 3,15 2,11 1,41 0,95 0,64
a) Determine a equação de velocidade da reação através do método
diferencial. Sugestão: dividir o perfil experimental em dois trechos e ajustar dois
polinômios de grau 2.
b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’. Calcule
o valor de k para cada ponto da tabela e faça uma média com a respectiva
unidade.
R: a) (−𝒓𝑨) = 0,037𝑪𝑨 b) k= 0,04 min-1
99) Dado o mecanismo a seguir
Reação Equação de velocidade
1 𝟐𝑨 → 𝟑𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨𝟐
2 𝑩∙ + 𝟐𝑨 → 𝟒𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑨𝟐𝑪𝑩∙
3 𝑩∙ → 𝑪 (−𝒓𝑩∙)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑩∙
Determine a equação de velocidade global de produção de C.
R: (+𝒓𝑪) =3
2𝑘1𝑘3𝐶𝐴
2
𝑘3−1,5𝑘2𝐶𝐴2
100) Considere a seguinte sequência de reações em fase líquida:
𝑨 → 𝟐𝑩∗ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨 𝑩∗ + 𝑪 → 𝑫+ 𝑬∗ (−𝒓𝑪)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑩∗𝑪𝑪 𝑬∗ + 𝑨 → 𝑭 + 𝑩∗ (−𝒓𝑨)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑬∗𝑪𝑨 𝟐𝑬∗ → 𝑮 (+𝒓𝑮)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑬∗
𝟐
Este mecanismo foi validado com os seguintes dados experimentais coletados
de um CSTR de 10 L com alimentação CA0= 2 mol/L.
FA0 (mol/min) 2 6 10 15 20 30
XA 0,95 0,90 0,86 0,82 0,79 0,73
Demonstre que: −rA = X𝐶𝐴 + Y𝐶𝐴1,5
e determine os valores numéricos das
constantes X e Y.
R: Y= 5,19 X= 0,3155
