Lista_1_Reatores_A

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Cálculo de Reatores A Profª Mônica Bagnara 
Lista 1 
Exercícios básicos de estequiometria 
1. Para a reação de formação de sulfato de alumínio, são alimentados 10,8 g de Al. Determine 
a massa de ácido sulfúrico necessária, e de produtos formados. 
𝐴𝑙 + 𝐻%𝑆𝑂( → 𝐴𝑙%(𝑆𝑂(), + 𝐻% 
2. Determine o reagente limitante na reação abaixo, quando 18 g de Al e 462 g de Cl2 são 
alimentados ao reator. 
2𝐴𝑙 + 3𝐶𝑙% → 2𝐴𝑙𝐶𝑙, 
3. Determine a quantidade de reagente em excesso na reação 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻𝑁𝑂, → 𝑁𝑎𝑁𝑂, +
𝐻%𝑂 quando são alimentados 400 g de hidróxido de sódio e 504 g de ácido nítrico. 
 
Fogler 
P1-6 (exemplo 1.1) Calcule o volume de um CSTR nas condições usadas no exemplo 1.1 
Qual volume é maior, CSTR ou PFR? Sugira duas maneiras incorretas para resolver este 
problema. 
P1-7 Calcule o tempo para reduzir o número de mols de A para 1% do seu valor inicial em um 
reator batelada a volume constante para os dados da reação do exemplo 1.1. 
P1-8 Que considerações foram feitas na derivação das equações de projeto para 
a) Reator batelada 
b) CSTR 
c) PFR 
d) PBR 
e) Descreva o significado de –rA, –rA’, e rA’. –rA é uma quantidade extensiva? Explique 
P1.15 A reação A → B é conduzida exotermicamente em um reator contínuo. A vazão de 
entrada é de 10 dm³/h. Calcule os volumes dos reatores CSTR e PFR necessários para 
consumir 99% de A quando a vazão molar de entrada é 5 mol/h, assumindo que a taxa da 
reação é: 
a) –rA = K, onde K = 0,05 mol/h.dm³ 
b) –rA = KCA, onde K = 0,0001s-1 
c) –rA = KCA², onde K = 3 dm³/mol.h 
d) Repita (a), (b) e (c) para calcular o tempo necessário para consumir 99,9% da espécie 
A em um reator batelada com volume constante e CA0 = 0,5 mol/dm³. 
P2.5 Você tem dois CSTRs e dois PFRs cada um com um volume de 1,6 m³. Use a figura 2.2 
para calcular a conversão em cada uma das situações: 
a) Dois CSTRs em série. 
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b) Dois PFRs em série. 
c) Dois CSTRs em paralelo com a alimentação, FA0, dividida igualmente entre os dois 
reatores. 
d) Dois PFRs em paralelo, com a alimentação dividida igualmente entre os dois reatores. 
e) Um CSTR e um PFR em paralelo com o fluxo igualmente dividido. Calcule a 
conversão global. 
f) Um PFR seguido de um CSTR. 
 
P2-7 A reação exotérmica A → B + C foi conduzida adiabaticamente e os seguintes dados 
coletados: 
X 0 0,2 0,4 0,45 0,5 0,6 0,8 0,9 
-rA 
(mol/dm³.min) 
1,0 1,67 5,0 5,0 5,0 5,0 1,25 0,91 
A vazão de entrada foi de 300 mols/min. 
a) Quais são os volumes para CSTR e PFR necessários para atingir 40% de conversão? 
b) Dentro de que faixa de conversão os volumes dos reatores seriam idênticos? 
c) Qual é a conversão máxima que um CSTR de 10,5 dm³ pode atingir? 
d) Qual conversão pode ser atingida se um PFR de 72 dm³ for seguido por um CSTR de 
24 dm³ em série? 
e) Qual conversão pode ser atingida se um CSTR de 24 dm³ é seguido por um PFR de 72 
dm³ em série? 
P2-11 Não calcule nada. Apenas vá para casa e relaxe. 
P3-10 a) Escreva a lei da taxa para as seguintes reações, assumindo que cada uma possua uma 
lei da taxa elementar. 
 
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b) Escreva a lei da taxa para a reação 2A + B → C se a reação for de segunda ordem para 
B e terceira ordem global; ordem zero para A e primeira ordem para B; ordem zero para A 
e B; primeira ordem para A e zero ordem global. 
P3-11 Monte uma tabela estequiometrica para cada uma das seguintes reações e expresse a 
concentração de cada espécie na reação como função da conversão. Assuma que a reação seja 
elementar e escreva a taxa apenas como função da conversão. 
a) Para a reação em fase líquida, onde a concentração inicial de óxido de etileno e água 
são 1 lbmol/ft³ e 3,47 lbmol/ft³, respectivamente. Se k = 0,1 dm³/mol.s a 300 K com E 
= 12500 cal/mol, calcule o tempo espacial do CSTR para 90% de conversão a 300 K e 
350 K. 
 
 
b) Para a pirólise em fase gasosa, isobárica e isotérmica, etano puro entra no reator a 6 
atm e 1100 K. Como as equações para concentração e taxa da reação mudariam se a 
reação fosse conduzida em um reator batelada de volume constante? 
 
c) Para a oxidação gasosa catalítica, isotérmica e isobárica, a alimentação entra no PBR a 
6 atm e 260 ºC, sendo uma mistura estequiométrica de oxigênio e etileno. 
 
P3-13 A formação de nitroanalyina ocorre pela reação de orto-nitroclorobenzeno e amônia 
aquosa. A reação em fase líquida é de primeira ordem para ambos os reagentes e k = 0,0017 
m³/kmol.min a 188 ºC e E = 11273 cal/mol. As concentrações iniciais de entrada são de 1,8 
kmol/m³ de orto-nitroclorobenzeno e 6,6 kmol/m³ de amônia. 
a) Escreva a lei da taxa para o desaparecimento de orto-nitroclorobenzeno em função da 
concentração. 
b) Monte uma tabela estequiométrica para está reação em um sistema com escoamento. 
c) Escreva –rA como uma função da conversão, apenas. 
d) Qual é a taxa inicial da reação (X=0) nas temperaturas de 25, 188 e 288 ºC? 
e) Qual é a taxa da reação quando X = 90 nas temperaturas de 25, 188 e 288 ºC? 
 
P3-15 A reação em fase gasosa 2
%
𝑁% +
,
%
𝐻% → 𝑁𝐻, é conduzida isotermicamente. A 
alimentação é 50% 𝐻% e 50% 𝑁% (molar), a uma pressão de 16,4 atm e 227 ºC. 
a) Construa uma tabela estequiométrica completa. 
b) Determine 𝐶34, δ e ε. Qual a concentração de amônia e hidrogênio quando a conversão 
de 𝐻% é 60%? 
c) Suponha, por acaso, que a reação seja elementar com 𝑘67 = 40 dm³/ mol.s. Escreva a 
taxa da reação apenas como função da conversão para um sistema com escoamento e 
para um sistema batelada. 
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P3-16 Calcule a conversão de equilíbrio e concentrações para cada uma das seguintes reações: 
a) Reação em fase líquida 𝐴 + 𝐵 ⇌ 𝐶 com 𝐶34 = 𝐶;4 = 2	𝑚𝑜𝑙/𝑑𝑚³ e 𝐾C =
10	𝑑𝑚³/𝑚𝑜𝑙. 
b) Reação gasosa 𝐴 ⇌ 3𝐶 conduzida em um reator sem queda de pressão. O composto A 
puro entra a 400 K e 10 atm. Para esta temperatura, 𝐾C = 10	(𝑑𝑚³/𝑚𝑜𝑙)% 
Outros 
i) Determinada reação de decomposição térmica é realizada em fase líquida em um 
reator batelada. A reação é de segunda ordem e sua constante de velocidade é 𝑘 =
1,75 × 10%J𝑒L
MNOPOO
Q R LSTUV.X
YTZ
R
[2
. Sabendo que a concentração inicial de reagente é de 0,90 
gmol/L e que a reação é processada na temperatura de 540 K, determine o tempo necessário 
para realizar a reação em um sistema batelada onde a conversão desejada é de 85%. Comente 
sobre a viabilidade para a realização desta reação nas condições acima. A reação é do tipo A 
à B + 2C 
 
ii) Uma indústria farmacêutica fabrica um produto R usando um CSTR de volume V1 = 2 
L e pretende expandir a produção com um segundo CSTR de 6 L. O novo sistema será 
formado colocando-se os reatores em paralelo, alimentando uma vazão volumétrica total v0 = 
4 L/h, com um reagente A puro (CA0 = 20 gmol/L). Sabe-se que o reagente se transforma 
segundo uma reação irreversível de primeira ordem no único produto R. Na temperatura de 
trabalho, a constante cinética é k = 0,5 h-1. Calcule a produção a produção máxima de R (em 
gmol/h) possível de se obter no sistema, dividindo-se a alimentação de forma adequada entre 
os dois reatores. 
 
iii) Uma reação de isomerização é realizada conforme: A à R à S 
Dois reatores CSTR em série, de 2 L cada e operando a mesma temperatura, constituem o 
sistema reacional. O reagente A é alimentado no primeiro reator na vazão de 1 L/min, 
solubilizado em um solvente na concentração CA0 = 2 mols/L. Nas condições de operação kAR 
= 0,5 min-1 e kRS = 0,25 min-1. Qual é a composição do efluente na saída do primeiro reator? 
Qual a composição do efluente na saída do segundo reator?