Embed Size (px)
Citation preview
101) A reação em fase gasosa 𝑨 → 𝑩 + 𝑪 + 𝑫 é processada isotermicamente
em um reator batelada de paredes rígidas com k= 0,2 min-1.
a) Esboce os gráficos: Pressão x tempo e Volume x tempo
b) Determine o aumento porcentual de pressão e volume quando metade do
reagente A é convertida
R: b) ∆P= 100% e ∆V = 0
102) A reação 𝟐𝑨 → 𝑩 ocorre em fase gasosa em um reator de paredes móveis
com alimentação de A puro. Sabendo-se que a velocidade específica desta
reação é 𝒌 = 𝟐, 𝟐𝟏𝒆𝒙𝒑 (−𝟕𝟎𝟎
𝑻)
𝑳
𝒎𝒐𝒍 𝒎𝒊𝒏, determine:
a) o tempo de reação para se obter uma conversão de 80% a 1 atm e 80°C;
b) a temperatura de reação para se obter uma conversão de 70% em 3 h a 1
atm.
c) Explique, com palavras, o que aconteceria com o tempo de reação
encontrado no item ‘a’ se a reação fosse realizada em fase líquida. Justifique
sua resposta.
R: a) t= 267,4 min b) T= 331 K
103) A reação elementar 𝑨→←𝑩+ 𝑪 ocorre em fase gasosa a 90°C e Po= 1,5
atm num reator de paredes rígidas. Sabendo-se que a conversão de equilíbrio
é de 77%, determine:
a) as constantes de equilíbrio KC e KP com as respectivas unidades;
b) a equação integrada da conversão de A em função do tempo de reação;
c) O tempo necessário para se obter XA= 15% (Dado: kd= 0,72 h-1).
R: a) KC= 0,13 mol L-1 KP= 3,87 atm c) t= 0,22 h
104) A reação em fase gasosa 𝐴 → 𝐵 + 𝐶 + 𝐷 é processada isotermicamente
em um reator batelada de paredes móveis com k= 0,2 min-1.
a) Esboce os gráficos: Pressão x tempo e Volume x tempo
b) Determine o aumento porcentual de pressão e volume quando metade do
reagente A é convertida
R: ∆V= 100% e ∆P = 0
105) A reação 2𝐴 → 𝐵 ocorre em fase líquida em um reator de paredes móveis
com alimentação de A puro. Sabendo-se que a velocidade específica desta
reação é 𝑘 = 2,21𝑒𝑥𝑝 (−700
𝑇)
𝐿
𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛, determine:
a) o tempo de reação para se obter uma conversão de 80% com CA0= 1,5M e
T= 80°C;
b) a temperatura de reação para se obter uma conversão de 70% em 3 h a
uma concentração inicial de A igual a 0,02 mol/L.
c) Explique, com palavras, o que aconteceria com o tempo de reação
encontrado no item ‘a’ se a reação fosse realizada em fase gasosa. Justifique
sua resposta.
R: a) t= 8,77 min b) T= 571 K
106) A reação elementar 2𝐴→←𝐵 ocorre em fase gasosa a 70°C e Po= 2,5 atm
num reator de paredes rígidas. Sabendo-se que a conversão de equilíbrio é de
77%, determine:
a) as constantes de equilíbrio KC e KP com as respectivas unidades;
b) a equação integrada da conversão de A em função do tempo de reação;
c) A pressão total do reator após 80 min de reação (Dado: kd= 0,72 L mol-1 h-1).
R: a) KC= 8,77 L mol-1 KP= 2,91 atm-1 c) P= 2,4 atm
107) A reação 𝐴 → 2𝐵 ocorre em fase gasosa em um reator de paredes rígidas
com alimentação de A puro. Sabendo-se que a velocidade específica desta
reação é 𝑘 = 0,7𝑒𝑥𝑝 (−400
𝑇)
𝐿
𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛, determine:
a) o tempo de reação para se obter uma conversão de 80% a 1 atm e 80°C;
b) a temperatura de reação para se obter uma conversão de 70% em 5h, com
pressão inicial de 1 atm.
c) Explique, com palavras, o que aconteceria com o tempo de reação
encontrado no item ‘a’ se a reação fosse realizada em presença de inertes,
mantendo-se as mesmas condições de temperatura e pressão. Justifique sua
resposta.
a) t= 515 min b) T= 352 K
108) O reagente A forma o produto B na proporção 1:1 em fase líquida num
reator batelada de 5 L com velocidade específica de 0,04 min-1. Ao se alimentar
o reator com 10 mols de A e 3 mols de B, a concentração de A atinge 1,2 mol/L
em 50 min.
a) A reação é reversível ou irreversível? Explique através de cálculos.
b) É possível que a reação seja elementar? Justifique.
c) Supondo reação elementar, qual a concentração máxima de B que se pode
obter no reator?
R: a) Reversível c) CBe= 1,42 mol L-1
109) A reação 𝐴 → 2𝐵 ocorre em fase gasosa em um reator de paredes móveis
com alimentação de A puro. Sabendo-se que a velocidade específica desta
reação é 𝑘 = 0,7𝑒𝑥𝑝 (−400
𝑇)
𝐿
𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛, determine:
a) o tempo de reação para se obter uma conversão de 80% a 1 atm e 80°C;
b) a temperatura de reação para se obter uma conversão de 70% em 7,7h a 1
atm.
c) Explique, com palavras, o que aconteceria com o tempo de reação
encontrado no item ‘a’ se a reação fosse realizada em presença de inertes.
Justifique sua resposta.
R: a) t= 823 min b) T= 298 K
110) O reagente A forma o produto B na proporção 1:1 em fase líquida num
reator batelada de 5 L com velocidade específica de 0,04 L.mol-1.min-1. Ao se
alimentar o reator com 10 mols de A e 3 mols de B, a concentração de A atinge
1,2 mol/L em 11 min.
a) A reação é irreversível? Explique através de cálculos.
b) É possível afirmar que a reação é não-elementar? Justifique.
c) A presença de B na alimentação afeta a velocidade da reação? Explique.
R: a) Não b) Sim
111) Um béquer contém 1 L de mistura reacional líquida. A concentração inicial
de A é de 1 mol/L e a reação A B ocorre durante o período de 60 min.
Sabendo-se que o fator de frequência é 3x103 L.mol-1min-1 e a energia de
ativação é 10000 cal/mol, determine:
a) a conversão levando em conta que a temperatura do meio reacional varia
segundo a função: 𝑻 =𝟐𝟗𝟖
𝟏−𝟎,𝟎𝟏𝒕(t em min e T em K).
b) Sob a condição do item (a) a reação ocorreu em presença de catalisador
atingindo 50% de conversão em 5 min. Em quanto tempo atingirá 95% de
conversão? Pode-se afirmar que o catalisador aumentou a velocidade da
reação?
R: a) XA= 0,954 b) t= 26,13 min
112) Um reator batelada isotérmico de paredes rígidas será projetado para
processar a reação em fase gasosa A 2B (k= 8,93 L.mol-1min-1). A operação
ocorrerá por 15h a cada dia. Dados: XA= 0,9; P0= 1 atm, T= 90°C; Produção de
B= 1 kmol/dia; ρ= ρinicial. O tempo morto será de 30 min.
a) Qual deverá ser o volume do reator?
b) Qual a concentração de B ao final do processo?
c) Se, ao invés de um reator, dois reatores fossem projetados para que um
opere enquanto o outro está em descarga/limpeza/carga. Quais seriam os
volumes?
R: a) V= 1102 L b) CB= 0,0605 mol L-1 c) V= 551 L
113) Um CSTR irá processar a reação em fase líquida A B + C. Para isso,
experimentos foram feitos em um CSTR de 10 L e resultados estão na tabela a
seguir.
v0 (L/min) 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
CC (mol/L) 0,88 0,79 0,70 0,64 0,60 0,55
Dado: CA0= 1 mol L-1.
a) Determine a ordem da reação e o valor de k.
b) Qual seria a vazão molar de A necessária para se obter uma conversão de
92% neste reator do experimento?
c) Determine o volume de um novo CSTR para processar esta reação
industrialmente com XA= 0,95; CA0= 2 mol/L; v0= 50 L/min.
d) Na prática, é possível garantir que o reator projetado no item ‘c’ irá atingir
95% de conversão? Explique.
R: a) α= 1 k= 0,361 min-1 b) FA0= 0,314 mol min-1 c) V= 2632 L d) Não.
114) Deseja-se projetar um CSTR para a reação em fase gasosa A 3B com
alimentação CA0= 0,5 mol/L, CB0= 0,12 mol/L, v0= 2,2 L/min e conversão de
70%. Sabendo-se que k= 0,35 L.mol-1min-1, determine:
a) o volume do reator;
b) a concentração de B na saída.
c) É esperado que haja variação considerável de pressão no reator? Por quê?
R: a) V= 442 L b) CB= 0,55 mol L-1 c) Não.
115) A reação A F possui o seguinte mecanismo reacional
1 𝑨 → 𝑩∙ + 𝑪∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨
2 𝟐𝑩∙ → 𝑫∙ + 𝑬∙ (−𝒓𝑩)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑩𝟐
3 𝟐𝑫∙ → 𝑭 (−𝒓𝑫)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑫𝟐
4 𝑬∙ + 𝑪∙ → 𝑭 (−𝒓𝑬)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑬𝑪𝑪
5 𝑨 + 𝑪∙ → 𝑬∙ (+𝒓𝑬)𝟓 = 𝒌𝟓𝑪𝑨𝑪𝑪
a) Determine a equação de velocidade da produção global de F, (+𝒓𝑭).
b) Escreva o k da reação global em função de k1, k2, k3, k4 e k5.
c) Determine a expressão de (+𝒓𝑭) desconsiderando a reação 4.
d) Suponha que, dentre os mecanismos estudados nos itens ‘a’ e ‘c’, não se
sabe qual é o correto. Qual você escolheria no projeto de um reator? Por quê?
R: a) (+𝒓𝑭) = 𝒌𝟏𝑪𝑨 b) 𝑘 = 𝒌𝟏 c) (+𝒓𝑭) =𝒌𝟏𝑪𝑨
4
116) Deseja-se projetar um PFR para a reação em fase líquida A 2B com
alimentação CA0= 7 mol/L, v0= 3,4 L/min e conversão de 75%. Sabendo-se que
k= 0,035 L.mol-1min-1, determine:
a) o volume do reator;
b) a concentração de B na saída.
c) Considerando que o líquido é muito viscoso, pode-se confiar no volume
projetado no item ‘a’ para atingir a conversão desejada? Por quê?
R: a) V= 42 L b) CB= 10,5 mol L-1 c) Não.
117) A reação em fase gasosa A B + C foi estudada em um reator batelada
de paredes móveis, sendo registrados os seguintes dados.
t (min) 0 10 20 40 120 180 360
XA 0 0,15 0,27 0,38 0,58 0,64 0,77
Dado: P= 2 atm, T= 55°C.
a) Determine a equação de velocidade da reação, considerando A puro.
b) Constatou-se posteriormente que a massa de gás alimentada ao reator
possuía 30% de impureza inerte. Recalcule a ordem e o k para esta nova
condição.
c) Com base nos dados obtidos no item ‘b’, qual seria a porcentagem de
variação de volume após 400 min de reação?
d) Determine o volume de um CSTR necessário para atingir 70% de conversão
sob as condições do item ‘b’, com v0= 7 L/min.
R: a) (−𝒓𝑨) = 0,191𝐶𝐴2 b) CA0= 0,053 mol L-1 c) ∆V= 56% d) V= 4291 L
118) Deseja-se projetar um PFR para a reação em fase gasosa 3A B com
alimentação a P= 1 atm, T=77°C e v0= 4,7 L/min. Deseja-se obter uma
conversão final de 66%. Sabendo-se que k= 3,7 L.mol-1min-1, determine:
a) o volume do reator;
b) a concentração de B na saída.
c) Do ponto de vista econômico, seria melhor se esta reação fosse realizada
em fase líquida? Por quê?
R: a) V= 36 L b) CB= 0,01375 mol L-1 c) Não.
119) Dado o mecanismo catalítico (fase líquida):
I) 𝑨 + 𝑺
𝒌𝟏→
𝒌−𝟏←
𝑨𝑺; II) 𝑩 + 𝑺
𝒌𝟐→
𝒌−𝟐←
𝑩𝑺; III) 𝑨𝑺 + 𝐵𝑆
𝒌𝟑→
𝒌−𝟑←
𝑪𝑺 + 𝑫𝑺; IV) 𝑪𝑺
𝒌𝟒→
𝒌−𝟒←
𝑪 + 𝑺; V)
𝑫𝑺
𝒌𝟓→
𝒌−𝟓←
𝑫 + 𝑺.
a) Qual é a reação global deste mecanismo?
b) Deduza a equação de velocidade para este mecanismo (Etapa lenta= III)
c) Caso o mecanismo seja simplificado para: I) 𝑨 + 𝑺
𝒌𝟏→
𝒌−𝟏←
𝑨𝑺; II) 𝑩 + 𝑨𝑺
𝒌𝟐→
𝒌−𝟐←
𝑪𝑺 + 𝑫; III) 𝑪𝑺
𝒌𝟑→
𝒌−𝟑←
𝑪 + 𝑺, qual seria a nova equação de velocidade? (Etapa
lenta= II)
a) 𝑨 + 𝑩→←𝐶 + 𝐷 b) 𝑟𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 =
𝑘3𝐶𝑆𝑇2 𝐾1𝐾2(𝐶𝐴𝐶𝐵−
𝐶𝐶𝐶𝐷𝐾𝑒𝑞
)
(𝐾1𝐶𝐴+𝐾2𝐶𝐵+𝐾4𝐶𝐶+𝐾5𝐶𝐷+1)2 c) 𝑟𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 =
𝑘2𝐾1𝐶𝑆𝑇(𝐶𝐴𝐶𝐵−𝐶𝐶𝐶𝐷𝐾𝑒𝑞
)
(𝐾1𝐶𝐴+𝐾2𝐶𝐵+𝐾3𝐶𝐶+1)
120) Um reator de paredes rígidas de 10 L processa isotermicamente a reação
em fase gasosa A 2B à 70°C e P0= 1 atm. No início o reagente A encontra-
se puro no reator. Neste instante, gás inerte passa a ser alimentado numa taxa
de 0,2 mol min-1.
Sabendo-se que k= 4 L mol-1 min-1, determine:
a) a conversão após 5 min;
b) a pressão total no reator após 7 min.
R: a) XA= 0,416 b) P =5,35 atm
121) A reação de obtenção do acetato de etila a partir do etanol e ácido
acético:
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
é realizada na presença de HCl como catalisador. O estudo cinético desta
reação foi feito a partir da titulação de alíquotas de 1 mL do meio reacional com
NaOH 0,0612N em diversos tempos a 25ºC e o volume de NaOH consumido
em cada amostra é dado na tabela abaixo. As concentrações iniciais de ácido
acético, etanol e água foram de 1,0N, 12,756M e 12,756M respectivamente.
t (min) 0 44 62 108 117 148 313 384 442
VNaOH (mL) 24,37 22,20 21,35 19,5 19,26 18,29 15,15 14,5 14,09 12,68
Qual a equação de velocidade desta reação?
R: (−𝑟𝐴) = 2,56𝑥10−4 (𝐶𝐴𝐶𝐵 −𝐶𝐶𝐶𝐷
2,79)
122) A reação em fase gasosa: 2A R + 2S é elementar.
Num experimento realizado em um reator descontínuo a volume constante foi
introduzido A puro a 1 atm de pressão e verificou-se que a pressão aumentou
30% em relação a pressão inicial em 4 minutos.
Se a mesma reação for realizada em um reator descontínuo a pressão
atmosférica constante, mas a partir de uma alimentação contendo 40% molar
de inerte, determinar:
a) o tempo necessário para que ocorra a mesma conversão.
b) o aumento volumétrico percentual que ocorre neste período
a) t= 4,6 min b) ∆V= 18 %
123) Um CSTR de 100L é alimentado com 10 L/min de uma corrente líquida de
A puro para processar a reação A 2B. A corrente de saída do CSTR é
encaminhada a um destilador “flash”, o qual produz uma corrente de vapor que
possui 72% (molar) de A. Nas saídas do destilador, a vazão molar total de
líquido é o dobro da vazão molar total de vapor. Sabendo-se que k=
1,72x107exp(-8082/T) min-1, determine a temperatura de reação considerando
o esquema e o diagrama de equilíbrio a seguir. Considerar que há somente
líquido no reator.
R: a) T= 140 °C
124) Um reator batelada de parede móvel processa a reação A B + C em
fase gasosa a 70°C e 1 atm, em presença de 30% de inertes. Sabendo-se que
𝒌 = 𝟎, 𝟏𝟑 𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏, determine:
a) o tempo necessário para se obter uma conversão de 66%;
b) o aumento porcentual de volume após 200 minutos de reação.
c) Se a parede móvel produzisse atrito considerável contra as paredes do
reator, qual seria o efeito sobre o tempo obtido no item (a)? Justifique sua
resposta.
R: a) t= 783 min b) ∆V= 25%
125) Uma mistura liquida equimolar de A e B é alimentada a um reator tubular
de 8 L numa vazão de 4 L/min. A mistura que sai do PFR é alimentada a um
CSTR de 15 L. Determine a conversão do reagente limitante na saída do PFR
e a concentração de C na saída do CSTR.
Dados: (−𝒓𝑨) = 𝟎, 𝟓𝟑𝑪𝑨𝑪𝑩 ; 2A + B C; CA0= 2,5 mol/L.
R: XA= 0,958 e CC= 1,197 mol L-1
126) Um reator tubular com reciclo opera a reação em fase líquida 2A + B C
com alimentação equimolar de A e B, v0= 1,2 L/min e FA0= 2,4 mol/min.
Sabendo-se que a reação é de primeira ordem para cada reagente e 𝒌 =
𝟎, 𝟏𝟐𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏, determine o volume do reator para uma conversão final de 78%.
Dado: Razão de reciclo = 0,5.
R: V= 13 L
127) Um CSTR de 50 L processa a reação elementar A + B C em fase
gasosa a 1,5 atm com alimentação global de 1,5 L/min e concentrações iniciais
de A, B e C iguais a 0,02M, 0,02M e 0,008M respectivamente. Sabendo-se que
𝒌 = 𝟗𝟎𝟎 𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏, determine:
a) a concentração de C na saída do reator;
b) a vazão volumétrica total na saída do reator;
c) a pressão parcial de A na saída do reator.
R: a) CC= 4,64 mol L-1 b) v= 0,89 L min-1 c) PA= 0,025 atm
128) Uma mistura gasosa contendo 60% de A e 40% de inertes (%molar) é
alimentada a um reator tubular de 8 L numa vazão de 4 L/min. A mistura que
sai do PFR é alimentada a um CSTR de 15 L. Determine a conversão na saída
do PFR e a concentração de C na saída do CSTR.
Dados: 𝒌 = 𝟎, 𝟓𝟑𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏 ; A 2C, CA0= 0,03 mol/L.
R: XA= 0,03 e CC= 4,36x10-3 mol L-1
129) A reação em fase líquida A B é processada em dois reatores em
paralelo: Um CSTR de 5 L e um PFR de 1 L com alimentação de 3M de A e
0,1M de B. A vazão de entrada se divide em duas correntes de 0,8 L/min, uma
para cada reator, sendo que as correntes de saída se unem para formar a
mistura final. Determine a concentração de B nesta mistura. Dado: (−𝒓𝑨) =
𝟎, 𝟖𝟗𝑪𝑨𝑪𝑩
R: CB= 1,578 mol L-1
130) A reação elementar 𝟐𝑨→←𝑩 é conduzida em fase gasosa num CSTR de
100 L a 100°C e 2 atm, com alimentação de 90% de A e 10% B (% molar)
numa vazão total de alimentação de 3 L/min. Sabendo-se que a constante de
equilíbrio vale 𝟑 𝑳
𝒎𝒐𝒍 e que a reação direta possui fator de frequência igual a
𝟏𝒙𝟏𝟎𝟒 𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏 e energia de ativação igual a 8570 cal/mol, determine:
a) a concentração de B na saída do reator;
b) a vazão volumétrica na saída do reator;
c) a concentração de A no equilíbrio.
R: a) CB= 1,2x10-3 mol L-1 b) v= 0,982 L min-1 c) CAe= 0,056 mol L-1
131) Uma mistura liquida equimolar de A e B é alimentada a um CSTR de 8 L
numa vazão de 4 L/min. A mistura que sai do CSTR é alimentada a um PFR de
15 L. Determine a conversão na saída do CSTR e a concentração de C na
saída do PFR.
Dados: (−𝒓𝑨) = 𝟎, 𝟓𝟑𝑪𝑨𝟎,𝟓𝑪𝑩
𝟎,𝟓 ; A + B C, CA0= 1,7 mol/L
R: XA1= 0,52; CC= 1,52 mol L-1
132) Considere as reações em série 𝑨𝒌𝟏→𝑩
𝒌𝟐→ 𝑪 ocorrendo em fase líquida num
CSTR de 20 L, com alimentação a 70°C, CA0= 2,2 M e v0= 3 L/min.
a) Calcule a concentração de C na saída do reator.
b) A seletividade instantânea de B em relação a C seria maior com o aumento
da temperatura? Justifique algebricamente.
Dados: 𝒌𝟏 = 𝟐𝟏𝟑𝟎𝒆𝒙𝒑 (−𝟐𝟎𝟎𝟎
𝑻) min-1, 𝒌𝟐 = 𝟖𝟖𝟑𝟎𝒆𝒙𝒑(−
𝟒𝟎𝟎𝟎
𝑻) min-1.
R: a) CC= 0,73 mol L-1 b) Não
133) A reação 𝑨→←𝟐𝑩 é conduzida em fase líquida num CSTR de 200 L a
100°C, com alimentação de 80% de A e 20% B (% molar) numa vazão total de
alimentação de 3 L/min. Sabendo-se que a constante de equilíbrio é 𝑲𝑪 =𝒌𝒅
𝒌𝒊=
𝟐𝒎𝒐𝒍
𝑳 e que a reação direta possui fator de frequência igual a 𝟏𝒙𝟏𝟎𝟓 𝒎𝒊𝒏−𝟏 e
energia de ativação igual a 8570 cal/mol, determine:
a) a concentração de B na saída do reator;
b) o tempo espacial;
c) a concentração de A no equilíbrio.
Dado: CA0= 0,0894 mol L-1
R: a) CB= 0,1 mol L-1 b) 𝜏 = 67 𝑚𝑖𝑛 c) CAe= 0,00562 mol L-1
134) Uma mistura gasosa contendo 60% de A e 40% de inertes (%molar) é
alimentada a um CSTR de 8 L numa vazão de 4 L/min. A mistura que sai do
CSTR é alimentada a um PFR de 15 L. Determine a conversão na saída do
CSTR e a concentração de C na saída do PFR.
Dados: 𝒌 = 𝟖, 𝟓𝟑𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏 ; A C; CA0= 0,033 mol/L.
R: XA1= 0,287; CC= 0,0196 mol L-1
135) Uma dada reação não segue a lei de Arrhenius e possui a seguinte
equação de velocidade específica: 𝒌 = 𝑨. 𝒆𝒙𝒑 [𝑩
𝑻+
𝑪
𝑻𝟐], com T em K. Dada a
tabela de experimentos abaixo, determine os coeficientes A, B e C com suas
respectivas unidades.
T (K) 300 310 320 330 340
k (min-1) 8,63x10-3 0,03 0,094 0,27 0,72
R: A= 1,13x1010 min-1, B= -5075 K e C= -9,88x105 K2
136) Um CSTR adiabático de 200 L foi projetado para operar a reação A B
em fase líquida. São conhecidos: CPA= CPB= 162 cal/(mol.K); HRX= -46000
cal/mol; CA0= 6,67 mol/L; v0= 0,2 L/s; T0= 293 K, : k= 2x10-4 s-1 a 20°C, E= 4000
cal/mol.
a) Determine a temperatura de reação e a conversão;
b) Se uma serpentina com UA= 800 cal/(s.K) fosse instalada no reator a fim de
se obter 90% de conversão, qual deveria ser a temperatura do fluido na
serpentina?
c) A instalação da serpentina melhorou o processo? Por quê?
d) Sugira um fluido para a serpentina que seja economicamente viável.
R: a) T= 520 K e XA= 0,8 b) Ta= 686 K
137) A reação de 𝑨→←𝑩 será conduzida em um CSTR adiabático em fase liquida
com alimentação T0= 150°C v0= 3 L/min, CA0= 2 mol/L. São dados: kd= 7,1 min-
1 a 100°C, E= 4400 cal/mol, KC= 3 a 100°C, HRX= -4200 cal/mol, CPA=CPB= 33
cal/(mol.K).
a) Determine a temperatura e a conversão adiabática de equilíbrio.
b) Determine a velocidade da reação para 80% da conversão de equilíbrio.
c) Explique, com palavras, o que aconteceria com a conversão adiabática de
equilíbrio ao se aumentar a temperatura de alimentação.
R: a) Te= 481 K XAe= 0,456 b) (-rA)= 11,8 mol L-1 min-1
138) A reação elementar em fase líquida 𝑨 + 𝑩→←𝑪 é processada em um CSTR
adiabático de 1500L com alimentação CA0=5 mol/L, CB0= 10 mol/L, T0= 90°C,
v0= 8000 L/h. A conversão de equilíbrio a 323K é 87%. São dados: k= 25 h-1 (a
400K), E= 82000 J/mol, CPA= 190, CPB= 110, CPC= 300 [J/(mol.K)], HRX= -8200
J/mol.
a) Determine a constante de equilíbrio da reação e a respectiva unidade a
380K.
b) Determine a conversão e a temperatura na saída do reator.
c) Se uma corrente separada de líquido inerte (CPI= 280 J/(mol.K)) a 115°C
fosse adicionada ao reator numa vazão de 70 kmol/h (densidade= 10 mol/L)
qual seria a velocidade de reação dentro do reator?
d) A conversão e temperatura de operação do reator são maiores no item ‘b’ ou
no item ‘c’? Explique o fenômeno que causou esta diferença de temperatura.
R: a) KC= 0,75 L mol-1 b) XA= 0,74 e T= 378 K c) (-rA)= 20,3 mol L-1 min-1
139) Um reator batelada adiabático processa a reação 2A B em fase líquida
com T0= 300K e CA0= 2,3 mol/L. São dados: CPA= 80 (J/mol.K), CPB= 140
J/(mol.K), HRX= -11300 J/mol, k= 0,06 min-1 (a 150K), E= 18000 J/mol.
a) Determine a temperatura de reação quando a conversão atingir 55%.
b) A velocidade de reação quando a temperatura no reator atingir 330 K.
c) Seria mais lucrativo operar o reator com uma camisa para remover o calor
gerado pela reação? Por quê?
R: a) T= 384 K b) (-rA)= 286 mol L-1 min-1 c) Não.
140) Um PFR adiabático irá processar a reação A 2B em fase liquida com
alimentação T0= 350K, FA0= 300 mol/min, CA0= 1,5 mol/L. São dados: k= 10
L.mol-1min-1 (a 350K), E= 75000 J/mol HRX= 10000 J/mol, CPA= 140 J/(mol.K),
CPB=70 J/(mol.K), XA= 0,4.
a) Determine o volume do PFR.
b) Determine a concentração de B na saída do reator.
c) Se o PFR fosse equipado com uma camisa de aquecimento, o volume
necessário para se atingir XA= 0,4 seria menor? Explique.
d) Pode-se afirmar que é mais econômico trabalhar com o PFR encamisado?
Por quê?
R: a) V= 41 L b) CB= 1,2 mol L-1 c) Sim
141) O gráfico a seguir foi obtido para a reação A B realizada
isotermicamente em um reator tubular. Dado: k= 0,2 min-1.
a) Determine a conversão real com base no modelo de segregação.
b) Determine a conversão ideal considerando tempo espacial de 5,17 min.
c) Explique a diferença entre as conversões real e ideal.
R: a) 𝑋𝐴̅̅ ̅ = 0,61 b) XA= 0,644
142) A reação A B é processada em um CSTR de 15 L encamisado com
alimentação: FA0= 10 mol/min, CA0= 1,5 mol/L. Dados: HRX= -85000 J/mol, T0=
293 K, Ta= 413 K, CPA=CPB= 181 J/(mol.K), UA= 290 J/(min.K)
a) Determine as temperaturas dos estados estacionários e identifique quais são
estáveis.
b) Identifique as temperaturas de alimentação (T0) para os pontos de ignição e
extinção.
c) Em um dado momento há uma oscilação no processo e o reator passa a
operar em torno de 445K. Sabendo-se há perigo de explosão se a reação
atingir 700K, que ação deve ser tomada?
d) Qual deveria ser a temperatura do fluido da camisa para se ter o estado
estacionário instável a T= 420K? Manter as demais condições constantes.
R: a) T1= 310 K (estável), T2= 445 K (instável) e T3= 700 K (estável) b) Ignição:
T0= 345 K, Extinção: T0= 196 K d) Ta= 634 K
143) A reação 𝑨 + 𝑩→←𝑪+ 𝑫 será catalisada em um leito recheado seguindo a
taxa de reação (−𝒓𝑨) =𝟒𝟐(𝑪𝑨𝑪𝑩−
𝑪𝑪𝑪𝑫𝟒
)
𝟗𝑪𝑩+𝟏,𝟒𝑪𝑫 (
𝒎𝒐𝒍
𝒌𝒈 𝒄𝒂𝒕.𝒎𝒊𝒏). Considerando uma
alimentação de 100 mol/min para cada reagente e v0= 10 L/min , determine:
a) a massa de catalisador necessária para se atingir uma conversão de 60%;
b) A conversão de equilíbrio da reação.
c) Explique, com base nos fenômenos envolvidos em catálise heterogênea,
qual seria o efeito da redução da vazão sobre a conversão.
R: a) W= 2,92 kg b) XAe= 0,67
144) Um CSTR encamisado de 3491 L opera a reação A + B C + D, na qual
A é alimentado na forma sólida e os demais compostos estão na forma líquida.
São dados: calor de reação: HRx= - 2200 cal/(mol A reagido), energia de
ativação: E= 7700 cal/mol, fator de frequência: A= 800 L.mol-1min-1, UA= 100
cal/(min.K), T= 80°C, T0= 50°C, Ta= 15°C, FA0= 3 mol/min, FB0= 5 mol/min, v0=
20,2 L/min (total A + B), Calores específicos: A= 60 cal/mol, B= 80 cal/mol, C=
40 cal/mol, D= 100 cal/mol. Massas molares: A= B= 50 g/mol, C= 75 g/mol, D=
25 g/mol, XA= 0,3. Sabe-se que 8000 cal são geradas para cada mol de A
dissolvido.
a) Determine a fração mássica de sólidos suspensos na saída do reator.
b) Qual ajuste poderia ser feito na temperatura e no volume do reator para se
ter dissolução completa de A, mantendo XA=0,3? Demonstre
matematicamente.
R: a) w= 0,0325 b) T= 93,4 °C e V= 2132 L
145) Uma polimerização constituída das reações: Decomposição do iniciador,
iniciação, propagação e terminação é conduzida em um reator batelada
isotérmico com um iniciador do tipo peróxido (𝑰𝒌𝒅→ 𝟐𝑹𝟎). A taxa de consumo de
monômero é dada por (−𝒓𝑴) = 𝟑𝟒𝟎𝑪𝑴√𝟐𝒌𝒅𝑪𝑰
𝒌𝒕 L mol-1 s-1. Dados: kd= 0,23 min-1,
kt= 1x105 L mol-1 s-1, CM0= 4 mol L-1, CI0= 0,01 mol L-1.
a) Determine a concentração de iniciador após 60 min de reação.
b) Determine a conversão de monômero após 50 min de reação.
c) Efeitos difusivos podem diminuir a constante de terminação kt. Neste caso,
qual seria o efeito sobre a massa molecular média do polímero? Explique.
R: a) CI= 1,016x10-8 mol L-1 b) XM= 0,47
146) As reações múltiplas a seguir ocorrem em um reator em batelada
isotérmico a volume constante. Escreva o balanço molar para cada espécie,
em termos de concentração.
Reação Equação de velocidade
A + 2B C +D (-rA)1= k1CACB2
B 2C (-rB)2= k2CB
A + 2D C + B (-rA)3= k3CACD2
R: 𝒅𝑪𝑨
𝒅𝒕= −𝒌𝟏𝑪𝑨𝑪𝑩
𝟐 − 𝒌𝟑𝑪𝑨𝑪𝑫𝟐
𝒅𝑪𝑩
𝒅𝒕= −𝟐𝒌𝟏𝑪𝑨𝑪𝑩
𝟐 − 𝒌𝟐𝑪𝑩 − 𝒌𝟑𝑪𝑨𝑪𝑫𝟐
𝒅𝑪𝑪
𝒅𝒕= 𝒌𝟏𝑪𝑨𝑪𝑩
𝟐 + 𝒌𝟐𝑪𝑩 + 𝒌𝟑𝑪𝑨𝑪𝑫𝟐
𝒅𝑪𝑫
𝒅𝒕= 𝒌𝟏𝑪𝑨𝑪𝑩
𝟐 − 𝒌𝟑𝑪𝑨𝑪𝑫𝟐
147) A reação em fase gasosa 2 A R é de primeira ordem com k = 3,5x10-2
s-1 a temperatura ambiente. Deseja-se processar esta reação isotermicamente
em um reator tubular com reciclo, entrando com 1,5 L/s de uma mistura
contendo 50% de A e 50% de inertes para se obter conversão de 50%.
Sabendo-se que será utilizada uma razão de reciclo R=1, qual deverá ser o
volume do reator?
R: V= 31 L
148) Duas correntes líquidas são alimentadas a um CSTR adiabático. A
primeira consiste em 50 L/h de ‘A’ na concentração de 2 mol/L a 50°C e a
segunda consiste em 35 L/h de inerte a 80°C. Sabendo-se que a reação 2A
B + C é de segunda ordem, determine o volume do CSTR necessário para se
obter uma conversão de 60% de A.
Dados: CPA = CPB= CPC= 80 J/(mol.K), CPInerte= 130 J/(mol.K), ∆H°RX= - 60000
J/(mol de B), ρinerte= 5 mol/L, 𝒌 = 𝟕, 𝟎𝟓𝒆𝒙𝒑(−𝟒𝟓𝟕
𝑻) [L mol-1 h-1]
R: V= 119 L
149) Um conjunto de CSTRs de 100L cada operando em série processam
isotermicamente a reação A B + C em fase líquida. Os experimentos abaixo
foram realizados neste sistema.
v0 (L/min) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
XA 0,93 0,84 0,75 0,67 0,61 0,56 0,5 0,475
Sabendo-se que k= 5348000*exp(-7674/T) min-1, determine:
a) Os experimentos foram realizados a 80, 180 ou 280°C?
b) Quantos reatores em série foram utilizados?
R: a) T= 353 K b) n= 15 reatores
150) As reações a seguir são conduzidas em um CSTR:
A B (rB) = 0,05CA
A C (rC) = 0,7CA0,5
Sabendo-se que a concentração de A na alimentação é 4,5 mol/L e que a
conversão na saída do reator é de 0,66, determine a seletividade instantânea
de B em relação a C (SB/C).
R: SB/C= 0,088
151) Um reator tubular de 100 L com reciclo processa, em fase líquida, a
reação A B + C, cuja equação de velocidade é (-rA) = 0,008CACB. Sabendo-
se que, na entrada do sistema, a vazão volumétrica é 10 L/min e as
concentrações são CA0= 2 mol/L e CB0= 4 mol/L, determine:
a) A conversão global (XAf) para uma razão de reciclo R=2.
b) A conversão global (XAf) caso a válvula de reciclo seja fechada (R=0).
R: a) XAf= 0,276 b) XAf= 0,291
152) Duas correntes gasosas estão disponíveis para serem utilizadas em uma
reação química. A primeira corrente contém A puro a uma vazão de 200 L/min.
A segunda corrente contém 40% molar de B e o restante em inertes a uma
vazão de 400 L/min. Estas correntes são misturadas instantaneamente e
alimentam um reator contínuo. Ambas as correntes estão a mesma
temperatura (200oC) e pressão (1 atm), condições estas que permanecem
inalteradas durante o processo de mistura. A reação química possui a seguinte
estequiometria: 2A + B C e é de segunda ordem global, sendo de ordem um
para A e de ordem um para B. Esta reação química é realizada
isotermicamente em um reator de mistura de 1000 litros e que opera a pressão
total constante de 1 atm.
Para uma conversão de 50% do reagente crítico em produto,
determine:
a) o tempo espacial.
b) a fração de conversão volumétrica
c) a constante de velocidade.
d) a vazão volumétrica de saída.
R: a) 𝜏 = 1,67 𝑚𝑖𝑛 b) 𝜀𝐴 = 0,333 c) k= 88,2 L mol-1 min—1 d) v= 500 L min-1
153) Uma reação A R ocorre em fase liquida e é de segunda ordem. Esta
reação foi realizada em um reator tubular com CAo = 0,20 M e FAo = 2,5
mol/min, onde obteve-se uma conversão de 90%. Se a mesma reação for
realizada em um reator de mistura com CAo = 1,0 M, FAo = 6,0 mol/min para se
obter a mesma conversão, qual a relação entre os volumes destes reatores ?
R: 𝑉𝑃𝐹𝑅
𝑉𝐶𝑆𝑇𝑅= 1,042
154) A reação elementar A + B C + D realiza-se em fase líquida
em um reator tubular com reciclo (V = 100 L) operando a temperatura ambiente
a partir de duas correntes distintas de alimentação uma contendo 65 Kg A/h e a
outra contendo 104 Kg B/h. Neste reator ocorre uma razão de reciclo R=2,5.
Qual a conversão final (XAf)? Dado: k= 0,17 L/(mol.h).
Dados Reagente
A
Reagente
B
Massa específica (kg/m3) 600 800
Peso molecular (g/mol) 50 70
R: XAf= 0,29
155) Experimentalmente, sabe-se que abaixo de 565oC a reação de pirólise do
acetoxipropionato de metila é de primeira ordem e possui k = 7,8 x 109exp(-
19.200/T) (s-1) , com T em K. Deseja-se realizar esta reação em um reator
tubular que opere isotermicamente a 500oC para se obter uma conversão de
90%. A alimentação entra a 5 atm e a uma vazão de 4,0 L/s. Determine:
a) o volume do reator tubular
b) a vazão de saída do reator.
c) a concentração de saída do acetoxipropionato de metila.
Dado: CH3COOCH(CH3)COOCH3 CH3COOH +
CH2=CHOOCH3
acetoxipropionato de metila acido acético acrilato de
metila
R: a) V= 116 L b) v= 7,6 L s-1 c) CA= 4,15x10-3 mol L-1
156) Dois reatores de mistura em série foram utilizados para o estudo da cinética de uma reação de decomposição de A em fase líquida utilizando-se de uma vazão de 4 L/min. A alimentação é introduzida no primeiro reator com a concentração de 1,5 mol/L. O volume de cada reator e a concentração de saída são apresentados na tabela abaixo
Primeiro Reator Segundo Reator
Volume (L) 10 40
CAsaída (mol/L) 1,02 0,61
Determinar a equação de velocidade desta reação.
R: (−𝑟𝐴) = 0,181𝐶𝐴3
157) Uma reação entre etileno (A) e hidrogênio para produzir etano é realizada
em fase líquida em um reator PFR com reciclo. A alimentação, contendo 40%
molar de etileno, 40% molar de hidrogênio e 20% de um inerte (I), é introduzida
no reator a uma velocidade total de 1,5 mol/min e a uma vazão de 2,5 L/min. A
reação é de primeira ordem em relação a cada um dos reagentes com k = 0,30
L/(mol.min). Determine o volume deste reator, sabendo-se que a mistura
reacional que sai do reator (reagentes não convertidos, produto e inerte) possui
uma fração molar de 60% de etano. Considere uma razão de reciclo R= 3.
C2H4 + H2 C2H6
R: V= 1754 L
158) A reação irreversível elementar em fase aquosa A + B R + 3 S ocorre
isotermicamente a partir da introdução de duas correntes liquidas num reator
tanque com agitação continua de 20 L. Uma das correntes contém 3 mol/L de
A a uma vazão vo, enquanto a outra corrente contém o reagente B em grande
excesso a uma vazão 5vo. Na saída deste reator a concentração de S formado
era de 0,40 mol/L. Em seguida esta mistura é introduzida em reator tubular de
160 L.
Determinar na saída do reator tubular:
a) a concentração dos produtos R e S.
b) a conversão de A.
R: a) CR= 0,48 mol L-1 CS= 1,44 mol L-1 b) XA= 0,96
159) A reação reversível em fase gasosa A R ocorre a 300°C e 1
atm em um reator tubular com reciclo, cuja alimentação contem 30% molar de
A e 70% de inertes. Determine o volume do reator para se obter uma
conversão de 75% da conversão de equilíbrio, sabendo que inerte e reagente
possuem aproximadamente o mesmo peso molecular, a velocidade global de
alimentação é 80 mol/h e razão de reciclo igual a 1,5.
Dado : Equação de velocidade da reação :
c
BAA
K
CCkr 1
onde CA é dado em mol/L ; k1 = 1,6 s-1 e Kc, = 2
R: V= 0,858 L
160) A reação elementar em fase líquida A B ocorre em um CSTR com um trocador de calor. A puro entra no reator. a) Calcule G(T) a 400K.
b) Escreva a equação de R(T) para T0=37°C.
c) Plote R(T) no gráfico a seguir. Determine as temperaturas de operação dos múltiplos estados estacionários. Quais estados são localmente estáveis?
d) Qual a conversão correspondente ao estado estacionário instável?
e) Determine as temperaturas (T0) de ignição e extinção. f) Qual deveria ser a temperatura de alimentação para se obter uma conversão de 30%?
Dados: UA= 4600 cal/min K; CPA= CPB= 140 cal/mol K; Ta= 30 °C;
∆HRº = -80000cal/mol de A; k= 1 min-1 a 400 K; E/R = 20000K; V=10 L; vo=1 L/min;
FA0=10 mol/min
R: a) G= 72000 cal mol-1 b) R= 600T – 182780 cal mol-1 c) T1= 305 K (estável), T2= 386
K (instável) e T3= 436 K (estável) d) XA= 0,61 e) Extinção: T0= 197,3 K Ignição: T0=
527,3 K f) T= 376 K
161) Um reator de 1500 L conduz reação A B isotermicamente em fase
líquida a 100°C. Sabe-se que a reação é exotérmica e que um fluido
refrigerante frio é adicionado numa vazão molar FR= 80 mol/min a fim de se
manter a temperatura constante. O reator não troca calor através de suas
paredes, porém é aberto, possuindo uma evaporação na mesma taxa FR.
DADOS:
(−𝒓𝑨) = 𝟎, 𝟎𝟏𝟖𝑪𝑨 (𝒎𝒐𝒍
𝑳.𝒎𝒊𝒏)
∆𝑯𝑹𝑿 = −𝟕𝟓𝟒𝑱
𝒎𝒐𝒍 ; ∆𝑯𝒗𝒂𝒑 = 𝟏𝟒𝟎
𝑱
𝒎𝒐𝒍 𝒅𝒆 𝒎𝒊𝒔𝒕𝒖𝒓𝒂
Fração molar de A na fase vapor ( 𝒚𝑨𝒗) em equilíbrio com a fase líquida (𝒚𝑨):
𝒚𝑨𝒗 =
𝟐𝒚𝑨
𝟏+𝒚𝑨
𝑪𝑷𝑨 = 𝑪𝑷𝑩 = 𝑪𝑷𝑹 = 𝟕𝟓 𝑱
𝒎𝒐𝒍°𝑪
Densidades: 𝝆𝑨 = 𝝆𝑩 = 𝝆𝑹 = 𝟓𝟔 𝒎𝒐𝒍
𝑳 (fase líquida)
a) Determine o tempo necessário para se atingir CA= 28 mol/L dentro do reator
b) Demonstre que a temperatura de alimentação do fluido refrigerante varia
conforme a expressão: 𝑻𝑎 = 𝑻 −(−𝑟𝐴)𝑉(−∆𝐻𝑅𝑋)
𝐶𝑃𝑅𝐹𝑅+
∆𝐻𝑉𝑎𝑝
𝐶𝑃𝑅.
c) Determine a temperatura do fluido refrigerante no instante calculado no item
(a).
R: a) t= 36,4 min c) Ta= 280 K
162) A reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R com H = -
8000 cal/mol) deve ocorrer em um reator de mistura adiabático até uma
conversão de 80% da conversão de equilíbrio.
a) Qual o volume deste reator?
b) Quais as temperaturas de entrada e saída desse reator?
c) Um segundo reator de mistura com o volume igual ao primeiro é colocado
em série. Qual a conversão global na saída deste segundo reator?
d) Qual a temperatura na saída do segundo reator?
Dados : Toperação = 85oC; FAo = 120 moles/h; CAo = 0,5 mol/L; KC= 8 (p/ T=
85°C),
𝒌 = 𝟏𝒙𝟏𝟎𝟗𝒆𝒙𝒑(−𝟖𝟕𝟗𝟎
𝑻) min-1, CPA = CPR= 489 J/(mol.K)
R: a) V= 650 L b) T0= 36,4 °C e T= 85 °C c) XA= 0,81 d) T= 365 K
163) Uma instalação industrial opera uma reação endotérmica reversível de
primeira ordem (A R com H = 25350 cal/mol). A corrente de
alimentação opera com 50 mol/min de A e CAo = 1,35 mol/L. Um reator de
mistura de 5 L é instalado para funcionar adiabaticamente a 50oC.
a) Qual a conversão neste reator de mistura? b) Determine a relação entre esta conversão e a conversão de equilíbrio (XA/XAe) c) Quais as temperaturas de entrada e de saída deste reator? d) Deseja-se aumentar a conversão final do processo para 65% acoplando-se um reator tubular na saída do reator de mistura. Qual o volume deste reator tubular? e) Quais as temperaturas de entrada e de saída do reator tubular? Dado : CpA = CpR = 1200 cal/(mol.oC), k = 2,22 min-1 (50°C), KC= 13 (50°C), E=
3000 cal/mol.
R: a) XA= 0,23 b) 𝑋𝐴
𝑋𝐴𝑒= 0,24 c) T0= 54,9 °C e T = 50°C d) V= 19,7 L e) T0= 50 °C
e T= 41,2 °C
164) A reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R com H = -
18000 cal/mol) é realizada na seguinte instalação industrial:
Reator Tipo Conversão
global
1 CSTR 40%;
2 PFR 60%
3 CSTR 80%
Supondo reatores adiabáticos, determine: a) As temperaturas T1 a T6 b) O volume de cada um dos reatores c) Se o volume do reator C for dobrado, qual será a nova conversão final a ser obtida?
CA0 = 3 mol/L
FA0= 200 mol/min
CpA = 400 cal/(mol.ºC)
𝒌 = 𝟐, 𝟑𝒙𝟏𝟎𝟖𝒆𝒙𝒑 [−𝟕𝟓𝟎𝟎
𝑻] (min-1)
𝑲𝑪 = 𝟓, 𝟓𝒆𝒙𝒑 [𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎 (𝟏
𝟑𝟐𝟓−
𝟏
𝑻)]
R: a) T1= 298 K, T2= 316 K, T3= 316 K, T4= 325 K, T5= 325 K, T6= 334 K b) VA=
7365 L, VB= 2689 L e VC= 2057 L
165) Calcular a fração de conversão volumétrica (A) da reação química C6H6+
3H2 C6H12 com 30% em peso de inerte (N2) a partir de uma alimentação
formada de 0,020 Molar de benzeno e 0,080 Molar de hidrogênio.
R: A= - 0,473
166) A reação química A Produtos é uma reação irreversível de primeira
ordem a volume constante. Sabendo-se que em 20 minutos ocorre uma
conversão de 43 % de A, deseja-se saber qual a conversão da reação após
decorrida 1 hora de reação ? qual o tempo de meia-vida desta reação ?
R: XA= 0,815 e t1/2= 24,7 min
167) Determine uma equação matemática de conversão (XA) em função do
tempo para uma reação irreversível de terceira ordem (n = 3) a volume
constante do tipo : A B. Em seguida, determine o tempo de meia vida
desta reação. (a equação deve ficar em função de k e CAo).
R: 𝑋𝐴 = 1 −1
√2𝑘𝐶𝐴02 𝑡+1
e 𝑡12
=3
2𝑘𝐶𝐴02
168) A reação química em fase liquida A + 2 B produtos é realizada
a partir de concentrações iniciais de 1,2 e 4,0 mol/L de A e B, respectivamente.
Qual a concentração de A e B quando a conversão da reação é de 60%?
R: CA= 0,48 mol L-1 CB= 2,56 mol L-1
169) Uma reação química de segunda ordem em fase líquida (A + B produtos) foi estudada a partir de concentrações iniciais iguais a 0,02 M e os resultados obtidos foram os seguintes :
t (min) T (oC) XA (%)
120 25 40
30 40 60
Considerando as mesmas concentrações iniciais, calcular:
a) o tempo necessário para que ocorra uma conversão de 90% a 60oC.
b) a temperatura na qual ocorre uma conversão de 30 % em 2 horas.
R: a) t= 13 min b) T= 295 K
170) Para uma reação em fase gasosa a 228 ºC, a velocidade da reação é:
(−𝒓𝑨)∗ = 𝟎, 𝟎𝟎𝟔𝟓𝟕𝑷𝑨
𝟑 (mmHg/h). Determine o valor da constante de
velocidade desta reação nas seguintes unidades:
a) atm e minutos
b) mol, litro e segundo
R: a) 𝑘∗ = 63,25 𝑎𝑡𝑚−2𝑚𝑖𝑛−1 b) k= 1779 L2 mol-2 s-1
171) A reação química 1/2A + B 4 R ocorre em um reator a partir da mistura
dos reagentes A e B. Inicialmente, 200 mL do reagente A a uma concentração de
3,0 mol/L encontram-se em um recipiente enquanto 400 mL do reagente B a uma
concentração de 2,0 mol/L encontram-se em um outro recipiente. Calcule:
a) a concentração molar de A ao final da reação.
b) a concentração molar de R no tempo de meia vida da reação.
c) a conversão máxima do reagente em excesso.
R: a) CA= 0,3325 mol L-1 b) CR= 2,66 mol L-1 c) XA= 0,6675
172) A reação gasosa 2 NO2 + F2 2 NO2F é de primeira ordem em relação ao NO e ao F2. A constante de velocidade da reação é de 38 L/(mol.s) a 27oC. Calcule o número de mols de NO2, F2 e NO2F presentes após 10 minutos de reação, a partir de uma quantidade inicial de 2 mol de NO2 e 1 mol de F2 introduzidos em um recipiente de paredes rígidas de 400L. R: NNO2= 0,034 mol, NF2= 0,017 mol e NNO2F= 1,97 mol L-1
173) A constante de velocidade de uma determinada reação química a 27,5ºC
é quatro vezes maior que a sua constante de velocidade a 15ºC.
a) Calcular a energia de ativação desta reação.
b) Calcular a razão de aumento na constante de velocidade entre 27,5oC
e 40oC.
R: a) E= 19071 cal b) 𝑘3
𝑘2= 3,58
174) A dimerização do butadieno foi estudada e a equação matemática da constante de velocidade em função da temperatura foi encontrada e é a
seguinte : 𝒍𝒏(𝒌) = 𝟕, 𝟔𝟕𝟑 −𝟓𝟔𝟖𝟎
𝑻. Onde k é dado em L/(mol.s). Qual a energia de
ativação desta reação? R: E= 47,2 kJ mol-1
175) A realização de um experimento cinético em duas temperaturas diferentes permite a identificação da energia de ativação da reação estudada. Uma reação em fase líquida de segunda ordem, de estequiometria conhecida ( A +
2 B R ) é então estudada em duas temperaturas diferentes. O estudo foi realizado a partir de concentrações iniciais de A e B iguais a 1,2 M e 2,4 M, respectivamente. Os resultados obtidos após 1 hora de reação são os seguintes:
T (K) 330 350
XA (%) 25 60
Utilizando-se das mesmas concentrações iniciais, determine a 340K:
a) o tempo necessário para que ocorra uma conversão de 30 %
b) a concentração de R após 1 minuto de reação.
R: a) t= 35,7 min b) CR= 0,014 mol L-1
176) A reação reversível em fase liquida : A + B R ocorre a 20oC e suas constantes de velocidade são as seguintes : k1 = 0,035 L/mol.s e k2 = 0,12 s-1. Realizando-se esta reação a partir das seguintes concentrações iniciais: CAo = 0,06 M e CBo = 0,12 M, calcular : a) a conversão do equilíbrio b) a concentração de R no equilíbrio
R: a) XAe= 0,033 b) CRe= 2x10-3 mol L_1
177) Uma instalação industrial produz 2400 mol h-1 de R por hidrólise em um
reator de mistura. A reação é de primeira ordem, irreversível e sua equação
estequiométrica é a seguinte : A 2R. A conversão obtida foi de 90 % do
reagente A no produto R. O custo fixo e de operação é de US$ 12,45 por hora.
O custo do reagente A é de US$ 0,35 por mol. O valor de mercado do produto
R é de US$ 0,66 por mol. Determine o lucro deste processo.
R: $𝐿 = $1104,9 h-1
178) A reação A + 2B Produtos é irreversível e ocorre em fase
líquida a 25oC. Sabe-se que a reação é de ordem 1 para A e ordem β para B. A
partir dos dados experimentais a seguir, determinar:
t (min) 0 1 2 4 8 15 30
CA (Molar) 1,0 0,88 0,80 0,68 0,50 0,30 0,08
Dados: CAo = 1,0 mol L-1 e CBo = 2,1 mol L-1
a) O valor de β
b) A constante de velocidade
c) O tempo necessário para que a conversão do reagente crítico seja de 99%.
R: a) β= 0 b) k= 0,0823 min-1 c) t= 56 min
179) A reação química A + 2B 4R + 3/2S é irreversível, de primeira
ordem para cada reagente e ocorre em fase liquida. Seu estudo cinético é
feito a partir do acompanhamento da concentração molar do produto S ao
longo do tempo, conforme a seguinte tabela:
t (segundos) 1 2 4 6 12 20 30 40
CS (Molar) 0,042 0,088 0,151 0,212 0,338 0,437 0,540 0,600
Sabendo-se que CA0= 0,5M e CB0= 2,5M, determine:
a) A equação que correlaciona XA com CS b) a equação de velocidade c) o tempo de meia-vida da reação.
R: a) 𝑋𝐴 =2𝐶𝑆
3𝐶𝐴0 b) (−𝑟𝐴) = 0,02𝐶𝐴𝐶𝐵 c) 𝑡1
2
= 15,7 𝑠
180) A reação gasosa 3A + B 2R + 3S será realizada experimentalmente
em reatores tubulares e de mistura para um determinado estudo a ser
realizado. Os seguintes dados experimentais são conhecidos:
(i) - (-rA )= 25 CACB (mol/L.min).
(ii) - vazão de alimentação de 2 L/min.
(iii) - P = 1 atm e T = 400ºC
(iv) - Fração molar da corrente de alimentação: 60% de A, 20% de B e 20%
de inerte.
Para conversões de 40%, 60% e 80 %, calcular:
a) os volumes de reatores tubulares?
b) os volumes de reatores de mistura?
c) Construa um gráfico de Volume de Reator versus conversão para cada caso.
R: a) V= 16 L (XA= 0,4), V= 38,5 L (XA= 0,6) e V= 111 L (XA= 0,8) b) V= 28,6 L
(XA= 0,4), V= 103,8 L (XA= 0,6) e V= 594 L (XA= 0,8)
181) A reação A produtos foi estudada e os valores encontrados, de sua concentração em função do tempo estão apresentados na tabela abaixo:
t (min) 0 5 10 30 60 100
CA(M) 0,875 0,745 0,650 0,425 0,280 0,194
Determine a equação de velocidade desta reação utilizando o método das
meias vidas
R: (−𝑟𝐴) = 0,0385𝐶𝐴2
182) A reação em fase liquida : A B possui equação de velocidade
conhecida a 30oC :
(−𝑟𝐴) = 0,14𝐶𝐴
𝐶𝐵 𝑚𝑜𝑙
𝐿 ℎ
Deseja-se produzir 200 mol/h de B em um reator de mistura a partir de
uma alimentação do reagente A puro a uma concentração de 2 mol/L.
Calcular:
a) a equação de custo horário total em função da conversão b) a conversão ideal c) o custo mínimo para este processo
d) o volume do reator a ser utilizado
e) a vazão volumétrica de alimentação a ser utilizada
Dados :
Custo do Reagente A puro = U$ 18,34/mol A
Custo Horário do Reator de Mistura = U$ 174,45 + U$ 8,32/L de reator
Considere a densidade do meio reacional constante
R: a) 𝐶𝑇 =3668
𝑋𝐴+ 174,45 +
11885,7𝑋𝐴
(1−𝑋𝐴) b) XA= 0,357 c) CT= US$ 17048,02 h-1 d)
V= 793,2 L e) v0= 280 L h-1
183) Dado o mecanismo catalítico em fase líquida abaixo (sendo S o sítio
vazio)
I) A + S AS
II) AS BS
III) BS B + S IV) B C + D
Determine a equação da velocidade global de reação em função das
concentrações de A, B e sítios totais, considerando a etapa II como etapa lenta
R: 𝑟𝑔𝑙𝑜𝑏𝑎𝑙 =𝑘2𝐶𝑆𝑇(𝐾1𝐶𝐴−
𝐶𝐵𝐾2𝐾3
)
𝐾1𝐶𝐴+𝐶𝐵𝐾3
+1
184) A reação A ½ R ocorre em fase líquida e é uma reação irreversível
de primeira ordem [ -rA = 0,573CA (mol/L.h ) ]
As seguintes informações estão disponíveis :
(i) - O custo do reagente é de U$ 0,135 / mol A
(ii) - O custo operacional do reator de mistura é de U$ 0,031 /
h.L
(iii) - A produção desejada é de 150 mol/hora de R.
(iv) - A concentração inicial de A é 1,0 mol/L.
Determine:
a) a equação de custo horário total em função da conversão b) a conversão ideal c) o custo mínimo para este processo
d) o volume do reator a ser utilizado
e) a vazão volumétrica de alimentação a ser utilizada
R: a) 𝐶𝑇 =40,5
𝑋𝐴+
16,23
(1−𝑋𝐴) b) XA= 0,612 c) CT= US$ 108,05 h-1 d) V= 1349,4 L e)
v0= 490,2 L h-1
185) Ácido gama-hidroxibutírico em fase gasosa fornece uma lactona através
de um reação reversível do tipo: A R.
A variação da pressão do reagente versus o tempo a 25ºC foi medida e é dada
abaixo:
t (min) 0 21 50 100 220
PA (atm) 44,55 38,71 32,38 25,05 16,30 12,12
Determine:
a) a constante de equilíbrio desta reação
b) a equação de velocidade desta reação
c) o tempo necessário para que metade do reagente se decomponha em
produto
R: a) KC= 2,67 b) (−𝒓𝑨) = 𝟔, 𝟕𝟓𝟗𝒙𝟏𝟎−𝟑 (𝑪𝑨 −𝑪𝑹
𝟐,𝟔𝟕) c) t= 125,12 min
186) A reação não elementar A B + C foi estudada em laboratório e foram
obtidas as seguintes observações experimentais:
I) A reação se mostrou ser de primeira ordem em relação a A no inicio da
reação;
II) A reação apresentou ordem 1 para A e ordem -1 para B no final da reação.
Proponha um mecanismo reacional para explicar este comportamento.
R: 𝐴 → 𝐴∗ + 𝐵; 𝐴∗ + 𝐵 → 𝐴; 𝐴∗ → 𝐶
187) A reação química A + 3B 4R + 5/2S ocorre em fase liquida e tem a concentração molar do produto S acompanhada ao longo do tempo, conforme a seguinte tabela:
t (segundos) 5 40 120
CS (Molar) 0,45 0,79 0,98
Sabendo-se que após dois minutos podemos considerar a reação como completa e que a relação inicial entre as concentrações molares dos reagentes é 1,0A/2,0B, determine as concentrações iniciais de A e de B. R: CA0= 0,588 mol L-1 e CB0= 1,176 mol L-1
188) 12% dos reagentes de uma reação de segunda ordem a volume constante
são consumidos nos primeiros 30 min, quando as concentrações iniciais de
ambos são iguais a 0,10 mol/L, calcule:
a) a constante de velocidade da reação;
b) sua meia vida;
c) o tempo para que 35% dos reagentes sejam consumidos quando a
concentração inicial de cada um for igual a 0,03 mol/L.
R: a) k= 0,0455 L mol-1 min-1 b) t1/2= 220 min c) t= 394,5 min
189) O radical ClO decai rapidamente de acordo com a reação 2 ClO Cl2
+ O2 .
Obtiveram-se os seguintes dados numa experiência de decomposição.
t /(10-3 s) 0,0 0,62 0,96 1,6 3,2 4,0 5,75
[ClO] /(10-6 M) 8,49 8,09 7,10 5,79 5,20 4,77 3,95
a) Determine a equação de velocidade desta reação. b) Existe algum erro experimental? Em qual dado da tabela?
R: a) (−𝒓𝑨) = 𝟐𝒙𝟏𝟎𝟕𝑪𝑨𝟐 b) 4° ponto
190) A decomposição homogênea do ozônio a pressão moderada tem a sua
velocidade diminuída na presença de concentrações de O2 na sua alimentação.
Foi sugerido o seguinte mecanismo de reação:
O3 O2 + O*
O* + O3 2 O2
a) Qual a equação de velocidade de consumo de O3? b) Esta equação de velocidade é consistente com a inibição da reação
causada pela presença do gás oxigênio? Explique a sua resposta. c) Numa atmosfera com alta concentração de O3, qual será a ordem da
reação de consumo de ozônio?
R: a) (−𝑟𝐴) =2𝑘1𝑘3𝐶𝐴
2
𝑘2𝐶𝐵+𝑘3𝐶𝐴 b) Sim c) 1a ordem
191) Um possível mecanismo para a hidrogenação do etileno (C2H4 + H2
C2H6) em presença de vapor de mercúrio, é:
Hg + H2 Hg + 2 H
H + C2H4 C2H5
C2H5 + H2 C2H6 + H
H + H H2
Determinar as seguintes equações de velocidade em termos das
concentrações de Hg, H2 e C2H4:
a) De formação de C2H6 b) De consumo de C2H4 c) De consumo de H2 d) De consumo de Hg
Obs. : Admitir como intermediários ativos o H e C2H5
R: a) (+𝑟𝐶2𝐻6) = 𝑘3𝐶𝐶2𝐻4 (𝑘1𝐶𝐻𝑔𝐶𝐻2
𝑘2𝐶𝐻2+𝑘5)
1
2 b) (−𝑟𝐶2𝐻4) = 𝑘2𝐶𝐶2𝐻4 (
𝑘1𝐶𝐻𝑔𝐶𝐻2
𝑘2𝐶𝐻2+𝑘5)
1
2 c)
(−𝑟𝐻2) = 𝑘3𝐶𝐶2𝐻4 (𝑘1𝐶𝐻𝑔𝐶𝐻2
𝑘2𝐶𝐻2+𝑘5)
1
2 d) (−𝑟𝐻𝑔) =
1
2𝑘1𝐶𝐻𝑔𝐶𝐻2 (1 −
𝑘2𝐶𝐻2
𝑘2𝐶𝐻2+𝑘5)
192) A reação em fase gasosa 2 A R é de segunda ordem com k = 3,5 x
10-4 L/mol.s a temperatura ambiente (25oC) e possui uma energia de ativação
de 17000 cal/mol. Calcular o tempo necessário para a concentração de A cair
de 0,260 M para 0,011 M num reator de paredes móveis.
a) a 25oC
b) a 40oC
R: a) t= 80,76 h b) 20,33 h
193) Um reator batelada opera a reação A + B 2C com uma produção de 500 kg de
C por hora. Determine o volume do reator sabendo-se que o tempo morto é uma
função deste volume conforme a equação: tm= 0,02V + 3 (min), com V em litros.
DADOS: XA= 0,85; CA0= 2M; CB0= 2,5M; ρm= 1,2 kg/m3; MA=MB= MC= 50g/mol; k= 0,1
L.mol-1min-1.
R: V= 204,4 m³
194) Uma determinada reação química 1 possui uma energia de ativação maior do que uma determinada reação química 2. Sabendo-se que as constantes de velocidade de ambas as reações possuem o mesmo valor em uma dada temperatura T, qual das duas reações terá o maior valor para o fator de freqüência (A). Demonstre matematicamente a sua resposta. R: A2 < A1
195) O ácido hipofluoroso, HOF(g), é muito instável, e se decompõe numa
reação de primeira ordem produzindo HF(g) e O2(g), com um tempo de meia-
vida de 30min à temperatura ambiente (25°C). Se a pressão de HOF(g) puro
num frasco de paredes rígidas de 1,0 L é inicialmente de 100 mmHg à 25°C,
após 35 min, qual será a pressão total no frasco e qual será a pressão parcial
de HOF(g)?
R: PTotal= 127,5 mmHg e PHOF= 45 mmHg
196) Uma determinada reação química, A 2R ocorre em fase gasosa e
possui a seguinte expressão de Arrhenius: k = 7,8 x 109e-7000/T (s)-1, onde T
é expresso em Kelvin. Para T= 303K, determine:
a) o tempo de reação em um reator batelada para que a concentração de A
diminua de 1,5 M para 0,30 M.
b) o volume de um reator tubular para uma conversão de 90% de uma
alimentação de 200 moles de A/hora com uma concentração inicial de A de 2,0
M
c) o volume de um reator tubular para uma conversão de 50% de A em uma
alimentação total de 500 moles/hora e 250 litros/hora, contendo 50% molar de
inertes.
d) o volume de um reator de mistura para uma conversão de 40% de uma
alimentação de 200 moles de A/hora com uma concentração inicial de 1,5M.
e) o volume de um reator de mistura para uma conversão de 40% de A em uma
alimentação total de 500 moles/hora e 250 litros/hora, contendo 40% molar de
inertes.
R: a) t= 1,53 s b) V= 0,142 L c) V= 0,076 L d) V= 0,0478 L e) V= 0,079 L
197) Considere o mecanismo de reações complexas abaixo:
A B + C (+rC)1= k1CA
B + D E + C (-rB)2= k2CBCD
2C + E F + D (+rF)3= k3CC2CE
A + 2F G (-rA)4= k4CACF2
Sendo que k1= 0,2 min-1; k2= 0,4 L.mol-1min-1; k3= 200 L².mol-2min-1; k4= 400
L².mol-2min-1
Num dado instante da reação em fase líquida têm-se as seguintes
concentrações:
CA= 0,02M; CB= 0,01M; CC= 0,004M; CD= 0,005M; CE= 0,005M; CF= 7,1x10-4
M; CG= 0,004M.
a) Identifique os intermediários ativos b) Determine a equação de taxa de produção de G c) Calcule a conversão de A no instante supracitado
R: a) D e E b) (+𝑟𝐺) = 𝑘4𝐶𝐴𝐶𝐹2 c) XA= 0,58
198) A constante de velocidade da reação entre íons H+ e PhG- (glicinato
fenil) em moléculas de HPhG é k = 1 L/(mol.s) a uma temperatura T.
Considerando que a estequiometria desta reação seja 1:1, calcule o tempo
necessário para que ocorra 90% desta reação na temperatura T, partindo-se
das seguintes condições experimentais:
a) Concentrações iguais para ambos os reagentes (0,25 M)
b) Concentração de 0,25 M para H+ e 1,0 M para PhG-
c) Calcule o tempo de meia-vida desta reação para cada uma das
condições experimentais propostas acima. Por que eles são diferentes?
R: a) t= 36 s b) t= 2,73 s c) t1/2= 4 s; t1/2= 0,746 s
199) A reação de esterificação do etanol pelo ácido acético é de primeira
ordem e a concentração inicial de ácido acético de 0,07 mol/L. Calcular a
concentração de ácido que reagiu até atingir o equilíbrio químico, sabendo–se
que a reação se processa com excesso de álcool.
Dados: Reação Química: C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 +
H2O
Constantes de Velocidades: k1 = 0,00185 min-1; k2 = 0,00126 min-1
R: CAcons= 0,042 mol L-1
200) A reação fotoquímica entre hidrogênio e cloro para formar cloreto de
hidrogênio ocorre de acordo com o seguinte mecanismo:
Cl2 2Cl* k1
Cl* + H2 HCl + H* k2
H* + Cl2 HCl + Cl* k3
Cl* ½ Cl2 k4
Deduzir a equação de velocidade de formação do cloreto de hidrogênio
R: (+𝑟𝐻𝐶𝑙) = 2𝑘1𝑘2
𝑘4𝐶𝐻2𝐶𝐶𝑙2
