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Curso: Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Reatores (CRTP01) 
Período: 2017/2 
Professor: Rodrigo Brackmann 
Aluno: 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
1º LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
(1) Use o balanço molar para deduzir uma equação para o leito fluidizado contendo 
partículas de catalisador (Figura abaixo) em termos da massa de catalisador (W) e de 
outros termos apropriados. 
 
 
 
 
(2) A reação 
A → B 
 
deve acontecer isotermicamente em um reator de escoamento contínuo. Calcule os 
volumes dos reatores CSTR e PFR necessários para consumir 99% de A quando a vazão 
molar na entrada for de 5 mol/h, considerando a velocidade de reação -rA como: 
 
(a) -rA = k, com k = 0,05 mol/h.dm
3
 
(b) -rA = k.CA, com k = 0,0001 s
-1
 
(c) -rA = k.CA
2
, com k = 3 dm
3
/mol.h 
Considere que a vazão volumétrica é constante e igual a 10 dm
3
/h. 
partículas de catalisador 
fluidizadas 
(3) Um reator em batelada de 200 litros (volume constante) é pressurizado a 20 atm com 
uma mistura de 75% de A e 25% de inerte. A reação em fase gasosa ocorre 
isotermicamente a 227 ºC. 
 
 
(a) Assumindo que a lei dos gases ideais é válida, quantos mols de A contém no reator 
inicialmente? Qual é a concentração inicial de A? 
 
(b) Se a reação é de primeira ordem , calcule o tempo necessário para consumir 99% de 
A. 
-rA=k.CA com k= 0,1 min
-1
 
(c) Se a reação for de segunda ordem, calcule o tempo necessário para consumir 80% de 
A. Calcule também a pressão do reator para uma temperatura de 127 ºC neste mesmo 
tempo do reator. 
 
-rA=k.CA
2
 com k=0,7 L/mol.min 
 
(4) Considere a seguinte reação irreversível e em fase gasosa: 
 
A → 2B 
 
A seguinte correlação foi determinada através de dados experimentais obtidos em 
laboratório (a concentração inicial de A é de 0,2 mol/L): 
 
Para XA ≤ 0,5: (10
-8
/-rA) = 3 m
3
.s/mol 
Para XA > 0,5: (10
-8
/-rA) = 3 + 10.(XA - 0,5) m
3
.s/mol 
 
A vazão volumétrica é de 5 m
3
/s 
 
(a) Sobre qual faixa de conversões os volumes do CSTR e do PFR serão idênticos? 
 
(b) Que conversão será alcançada com um CSTR de 90 L? 
 
(c) Qual é o volume do PFR necessário para que a reação alcance 70% de conversão? 
 
(d) Qual é o volume requerido de um CSTR se parte do efluente que sai do PFR na letra 
(c) é alimentado para um CSTR com o objetivo de aumentar a conversão para 90%? 
 
(e) Se a reação ocorre à pressão constante em um reator em batelada, onde o reagente A 
puro é alimentado, qual extensão de tempo é necessária para alcançar 40% de 
conversão? 
 
(f) Construa um gráfico da taxa de reação e também da conversão como função do 
volume do PFR. 
 
(5) A reação exotérmica 
 
A → B + C 
 
foi conduzida adiabaticamente e o seguintes dados foram registrados: 
X 0,0 0,2 0,4 0,45 0,5 0,6 0,8 0,9 
-rA (mol/dm
3
.min) 1,0 1,67 5,0 5,0 5,0 5,0 1,25 0,91 
 
A vazão molar de A na entrada foi de 300 mol/min. 
 
(a) Quais são os volumes do PFR e do CSTR necessários para atingir uma conversão de 
40%? 
(b) Sobre que faixas de conversões, os volumes dos reatores CSTR e PFR serão 
idênticos? 
(c) Qual é a conversão máxima que pode ser atingida em um CSTR de 105 dm
3
? 
(d) Que conversão pode ser atingida se um PFR de 72 dm
3
 for colocado em série com 
um CSTR de 24 dm
3
? 
(e) Que conversão pode ser atingida se um CSTR de 24 dm
3
 for colocado em série com 
um PFR de 72 dm
3
? 
(f) Faça um gráfico da conversão e da velocidade de reação em função do volume de um 
reator PFR até um volume de 100 dm
3
. 
 
(6) Um CSTR de 400 L e um PFR de 100 L estão disponíveis para processar 1 L de 
alimentação por segundo. A alimentação contém 41% de A, 41% de B e 18% de inerte. 
A reação irreversível em fase gasosa ocorre a 10 atm e 227 ºC. 
 
A + B → C 
 
A taxa de reação é dada abaixo em função da conversão. 
X 0,0 0,1 0,4 0,7 0,9 
-rA (mol/L.min) 0,2 0,0167 0,00488 0,00286 0,00204 
 
(a) Qual é a conversão máxima que pode ser alcançada pelos dois reatores conectados 
em série? 
(b) Qual seria a conversão total se dois CSTRs de 400 L fossem conectados em série 
com as mesmas alimentações e condições de operação? 
(c) Qual seria a conversão total se dois CSTRs de 400 L fossem conectados em paralelo 
com a metade da alimentação entrando em cada reator? 
(d) Qual é o volume de um reator tubular simples necessário para alcançar 60% de 
conversão se a taxa molar de alimentação for de 2 mol A/min? 
(e) Se a pressão total fosse reduzida por um fator de 10, a conversão deveria aumentar, 
diminuir ou permanecer igual? 
(f) Construa um gráfico da taxa de reação e também da conversão em função do volume 
do PFR. 
 
(7) Considere uma reação que se processa em fase líquida em dada temperatura. Abaixo 
está representado o inverso da taxa de reação do reagente A em função de sua 
conversão. Se 30 mol/s do reagente A são alimentados a uma concentração de 3 mol/L, 
em um CSTR, desejando-se atingir uma concentração de 0,9 mol/L de reagente na 
saída, qual deverá ser o volume do reator, em litros? 
 
 
 
(8) O estudo experimental da reação entre o NaHSO3 e o KIO3 gerou os seguintes 
dados: 
T (ºC) 2 10 20 25 35 40 
K (s
-1
) 0,0126 0,017 0,020 0,027 0,028 0,038 
 
Determine a energia de ativação e o fator de frequência desta reação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(9) A figura abaixo representa um experimento de cinética química com duas reações, X 
e Y. 
 
Segundo a Lei de Arrhenius, tem-se que a(s) 
(A) energia de ativação da reação Y é maior do que a energia de ativação da reação X. 
(B) energia de ativação da reação X é maior do que a energia de ativação da reação Y. 
(C) velocidade da reação Y é maior do que a velocidade da reação X. 
(D) velocidades das reações são iguais. 
(E) velocidades não dependem da energia de ativação. 
 
(10) Um reator químico de mistura completa opera continuamente, em estado 
estacionário, com uma vazão de trabalho (F) igual a 60.000 L/h. O reator tem geometria 
cilíndrica com altura (h) e área da seção reta (A) iguais a 6 m e 20 m
2
 , respectivamente. 
A alimentação do reator é isenta de produto e, no meio reacional, a concentração de 
produto (P) é igual a 360 g/L. 
A velocidade espacial do meio reacional é 
(A) 0,05 h
1
 
(B) 0,3 h
1
 
(C) 0,5 h
1
 
(D) 3 m/h 
(E) 5 h
1
 
 
 
 
Nas condições operacionais do sistema, a velocidade da reação, em termos de formação 
de produto, é 
(A) 12 kg/m
3
.min 
(B) 18 kg/m
3
.h 
(C) 30 kg/m
3
.h 
(D) 60 kg/m
3
.min 
(E) 180 kg/m
3
.h 
 
(11) A reação em fase gasosa 
 
1/2N2 + 3/2H2 → NH3 
 
é conduzida de forma isotérmica. A alimentação é composta por 50% de H2 e 50% de 
N2 em base molar, a uma pressão de 16,4 atm e 227 ºC. 
(a) Construa uma tabela estequiométrica completa dessa reação. 
(b) Quais os valores de CA0, δ e ε? Calcule a concentração de amônia e de hidrogênio 
quando a conversão de H2 é de 60%. 
(c) Suponha como hipótese que a reação é elementar com kN2 = 40 L/mol.s. Escreva a 
equação da velocidade de reação em função apenas da conversão (1) para um sistema 
com escoamento contínuo e (2) para um sistema em batelada a volume constante. 
 
(12) Orto-nitroanilina (um intermediário importante em corantes chamados de corantes 
alaranjados) é obtida a partir da reação do orto-nitroclorobenzeno (ONCB) com solução 
aquosa de amônia. 
 
 
2NH3 → 
 
NH4Cl 
 
A reação ocorre em fase líquida e é de primeira ordem em relação ao ONCB em relação 
à amônia com k = 0,0017 m
3
/kmol.min a 188 ºC e E = 11273 cal/mol. As concentrações 
de alimentação de ONCB e de amônia são, respectivamente, iguais a 1,8 kmol/m
3
 e 
6,6 kmol/m
3
. 
(a) Escreva a equação da velocidade da reação de consumo do ONCB em termos de 
concentração. 
(b) Construa uma tabela estequiométrica dessa reação para um sistema com escoamentocontínuo. 
(c) Explique como se modificariam os itens (a) e (b) se a reação fosse conduzida em um 
reator em batelada. 
(d) Escreva -rA em função apenas da conversão. 
(e) Qual é a velocidade inicial de reação (X = 0) a 188ºC, a 25 ºC e a 288 ºC? 
(f) Qual é a velocidade da reação quando X = 0,9 a 188ºC, a 25 ºC e a 288 ºC? 
(g) Qual seria o volume correspondente de um reator CSTR para se obter uma 
conversão de 90% a 25 ºC e a 288 ºC para uma vazão de 2 L/min? 
 
(13) Calcule a conversão de equilíbrio e as concentrações para cada uma das reações 
seguintes. 
(a) A reação em fase líquida 
A + B ⥦ C 
 
com CA0 = CB0 = 2 mol/L e Kc = 10 L/mol. 
 
(b) A reação em fase gasosa 
A ⥦ 3C 
conduzida em um reator com escoamento contínuo sem perda de carga. O reagente A 
puro entra no reator a 400 K e 10 atm. Nessa temperatura, Kc = 0,25 (mol/L)
2
. 
 
(c) A reação em fase gasosa do item (b) é conduzida em um reator em batelada a 
volume constante. 
(d) A reação em fase gasosa do item (b) é conduzida em um reator à pressão constante. 
 
(14) Construa uma tabela estequiométrica para cada uma das reações seguintes e 
expresse a concentração de cada uma das espécies em função da conversão, calculando 
todas as constantes envolvidas (ε, θ, δ,...). Em seguida, considere a reação como 
elementar e expresse a velocidade de reação em função apenas da conversão, isto é, -rA 
= f(X). 
 
(a) Para a reação em condições isotérmica e isobárica, da pirólise em fase gasosa 
 
C2H6 → C2H4 + H2 
 
etano puro alimenta o reator com escoamento contínuo a 6 atm e 1100 K. Como as suas 
expressões da concentração e da velocidade de reação mudariam se a reação fosse 
conduzida em um reator em batelada a volume constante? 
 
(b) Para a reação catalítica da oxidação em fase gasosa, ocorrendo isotérmica e 
isobaricamente 
C2H4 + 1/2O2 → 
 
 
a alimentação, composta de uma mistura apenas de oxigênio e etileno em proporções 
estequiométricas, entra em um PBR a 6 atm e 260 ºC. 
 
(c) Para a reação catalítica em fase gasosa, em condições isotérmica e isobárica, 
conduzida em um leito fluidizado de mistura perfeita 
 
+ 2H2 → 
 
 
a alimentação em proporções estequiométricas dos reagentes entra a 6 atm e 170 ºC e é 
uma mistura. Qual a massa de catalisador necessária para que seja atingida uma 
conversão de 80% no leito fluidizado de mistura perfeita a 170 ºC e a 270 ºC? A 
constante de velocidade é definida em relação ao benzeno e v0 = 50 L/min. 
 
kB = 53 mol/(kgcat.min.atm
3
) a 300 K com E = 80 kJ/mol 
 
(15) A reação 
H2 + Cl2 → 2 HCl 
 
é realizada em fase gasosa a 5 atm em um reator de paredes móveis com concentrações 
iniciais dos gases hidrogênio e cloro iguais a 3 mol/L e 4 mol/L respectivamente. 
Determine: 
(a) O reagente limitante 
(b) A pressão parcial de HCl após 70% de conversão 
(c) Se 73 g/L de HCl estiverem presentes no início da reação, qual será a conversão 
quando a sua concentração atingir 146 g/L? 
 
(16) Considere a reação 
A → 2B 
 
isotérmica em fase gasosa com NA0 = 20 mol. Construa duas curvas de CA versus XA: 
uma para a reação em um reator de paredes rígidas e outra para um reator de parede 
móvel, ambos com volume inicial de 10 L.