Buscar

exercicios da prova 1

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 3, do total de 11 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 6, do total de 11 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Você viu 9, do total de 11 páginas

Faça como milhares de estudantes: teste grátis o Passei Direto

Esse e outros conteúdos desbloqueados

16 milhões de materiais de várias disciplinas

Impressão de materiais

Agora você pode testar o

Passei Direto grátis

Prévia do material em texto

EXERCÍCIOS PROVA 1
Exercícios do Capítulo 1 ao 6.
Um reator em batelada de volume constante de 200 dm3 é pressurizado à 20 atm com uma mistura de 75% de A e 25% de inerte. A reação em fase gasosa ocorre isotermicamente a 227 ºC.
Assumindo que a lei do gás ideal é válida, quantos mols de A contém no reator inicialmente? Qual é a concentração inicial de A? (Resp.: Na0=73,2 mol; Ca0=0,37 mol/dm3)
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
(Resp.: t=46,1 min)
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.Ca2 ( com k=0,7 dm3/mol.min
(Resp.: t=15,5 min; P=25,62 atm)
Um reator estranho é usado em processos de operação especial, é o reator de espuma (líquido + gás). Assumindo que a reação ocorre somente em fase líquida, deduza a equação diferencial do balanço molar geral em termos de:
(Dica: Comece de um balanço molar diferencial)
A seguinte reação irreversível em fase líquida ocorre em um reator de fluxo.
A + B ( C
Dois reatores são disponibilizados para o processo, um PFR de 800 dm3 que só pode ser operado à 300 K, e um CSTR de 200 dm3 que só pode ser operado à 350 K. As duas alimentações do reator misturadas formam uma alimentação simples e em igualdade molar em A e B, com uma vazão volumétrica total de 10 dm3/min.
Dados: k=0,07dm3/mol.min à 300K; E=85000J/mol.K; Caob=Cbob=2mol/dm3; Vao=Vbo=5 dm3/min.
Qual dos dois reatores nos dará a maior conversão? (Resp.: XCSTR=0,93; XPFR=0,85)
É uma conversão razoável? (resolvendo a integral pela Hp a XPFR=0,75)
Seja a reação homogênea, de fase líquida, de segunda ordem e irreversível, que deverá ocorrer em um reator tubular.
A + B ( C + D (T=260 ºF)
O PFR tem volume de 5,33 ft3. Está sendo proposto aumentar a conversão instalando um CSTR, de capacidade de 100 gal, em série com o PFR. Calcule a nova conversão.
Dados: Fa0=Fb0=1,51 lbmol/h; Va0= 4,39 ft3/h; Vb0= 4,82 ft3/h; X1=0,5. (Resp.: X2=0,54)
Seja a reação irreversível e em fase gasosa:
A ( 2 B
A seguinte correlação foi determinada por dados experimentais do laboratório (a concentração inicial de A é 0,2 gmol/L.)
Para X ≤ 0,5: (10-8/-ra)= 3,0 m3.s/mol
Para X > 0,5: (10-8/-ra)= 3,0 + 10.(X – 0,5) m3.s/mol
A vazão volumétrica é 5 m3/s.
Sobre qual faixa de conversão os volumes do CSTR e do PFR serão idênticos? (Resp.: construído o gráfico (10-8/-ra) versus X vimos que até x=0,5 a taxa de reação independe da conversão)
Que conversão será alcançada com um CSTR de 90 L? (Resp.: X= 3x10-10)
Qual volume do PFR será necessário para que a reação alcance 70% de conversão? (Resp.: V=2,3x108 m3)
Qual volume é 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%? (Resp.: V=1,4x108 m3)
Se a reação ocorre à pressão constante em um reator em batelada, onde o reagente A puro é alimentado, qual extensão de tempo é necessário para alcançar 40% de conversão? (Resp.: t=2,02x107 s)
Construa um gráfico da taxa de reação e conversão como uma função do volume do PFR. (São dois gráficos diferentes: X versus VPFR e –ra versus VPFR)
Reagente A puro é alimentado em um reator com vazão volumétrica de 1000 ft3/h e à concentração de 0,005 lbmol/ft3 para o CSTR, que está conectado em série com um reator tubular. Se o volume do CSTR é 1200 ft3 e o volume do reator tubular é 600 ft3, quais são as conversões intermediárias e finais que podem ser alcançadas pelo sistema? O inverso da variação, está traçado no gráfico abaixo, como uma função da conversão para as condições de operação que a reação ocorre.
Um CSTR de 400 L e um PFR de 100 L estão disponíveis para processar 1L de alimentação por segundo. A alimentação contém 41% de A, 41% de B e 18% de inerte. A reação irreversível em fase gasosa ocorre à 10 atm e 227 ºC.
A + B ( C
A taxa de reação, é dada abaixo, em função da conversão está em gmol/L.min.
Qual é a conversão máxima que pode ser alcançada pelos dois reatores conectados em série? (Resp.; XC-P=0,445; XP-C=0,515)
Qual seria a conversão total se dois CSTR’s de 400 L fossem conectados em série, com as mesmas alimentações e condições de operação? (Resp.: Xt=0,595)
Qual seria a conversão total se dois CSTR’s de 400 L fossem conectados em paralelo com a metade da alimentação entrando em cada reator? (Resp.: Xt=0,52)
Qual é o volume de um reator tubular simples necessário para alcançar 60% de conversão se a taxa molar da alimentação é 2 gmol A/min? (Resp.: V=180 L)
Se a pressão total fosse reduzida por um fator de 10, a conversão deveria aumentar, diminuir ou permanecer a mesma?
Construa um gráfico da taxa de reação e conversão em função do volume do PFR.
Dados de um besouro de massa corporal de 3,3g mostra que ele pode empurrar uma bola de esterco de 35g à 6,5 cm/s à uma temperatura de 27 ºC, 13 cm/s à 37 ºC, e 18 cm/s à 40 ºC. À que velocidade ele pode empurrar o esterco à 41,5 ºC? (Resp.: k=19,7 cm/s)
Para o silicone ser utilizado na fabricação de dispositivos microeletrônicos, é necessário conter menos que 150 partes por trilhão de impurezas. Este silicone ultrapuro pode ser obtido pela reação do silicone metalúrgico (98% de pureza) com o HCl para formar triclorosilicone e outros produtos. Esta mistura é destilada e então o triclorosilano é reagido com hidrogênio à 1100 ºC para formar silicone policristalina, HCl e outros produtos silanos na seguinte reação:
SiHCl3 + H2 ( Si(s) + HCl + SixHyClz
Monte uma tabela estequiométrica para: x=1, y=2 e z=2.
A pressão total pode ser assumida por 2 atm e a alimentação é estequiométrica. Esquematize a concentração de cada espécie como uma função da conversão.
(Resp.: CT=0,0178 mol/dm3; CA=CT.[(1-X)/(2+0,5X)]; CB=CT.[(1-X)/(2+0,5X)]; CC=CT.[(0,5X)/(2+0,5X)]; CD=CT.[(2X)/(2+0,5X)]; CE=CT.[(0,5X)/(2+0,5X)].)
A reação elementar A(g) + B(l) ( C(g) está ocupando o espaço de um duto somente na fase gasosa. A alimentação do duto consiste de um fluxo de gás composto de A puro e um fluxo líquido de B puro. O líquido B cobre o fundo do duto e evapora para a fase gasosa, mantendo o equilíbrio da pressão de vapor por todo o sistema. A fase gasosa flui em fluxo contínuo. Ignore o volume ocupado por B.
Expresse a lei das taxas somente em função da conversão e calcule numericamente todas as incógnitas possíveis de serem calculadas.
Qual é a taxa de reação, -ra, quando a conversão é 50%? (Resp.: 0,174 lbmol/ft3.s)
Dados: Pressão total (considerada constante): 1 atm; k=106 ft3/lbmol.s; Temperatura no interior do reator (considerada constante): 540 ºF; Pressão de vapor de B: 0,25 atm à 540 ºF; Taxa de fluxo da entrada de A: 1,5 lbmol/s.
A seguinte reação elementar em fase gasosa ocupa um reservatório isotérmico à uma pressão constante (1 atm; 25 ºC):
CH4(g) + 2 Cl2(g) ( CH2Cl2(g,l) + 2 HCl(g)
Utilize o gás clore como base de cálculo.
Monte uma tabela estequiométrica, assumindo que a alimentação está em proporção estequiométrica composta apenas de reagentes.
Calcule ε.
Calcule -ra em termos de X, a conversão do cloro, a taxa de reação específica, e a concentração inicial de cloro.
Qual é a concentração de cloro à 60% de conversão?
Qual é a taxa de reação quando X=0,6?
Se o fator de freqüência é 2x1012 L2/mol2.s, calcule a energia de ativação.
Qual é a taxa de reação específica à 100 ºC? (Um dos produtos é um líquido com uma pressão de vapor de 400 mmHg=53 kPa à 25 ºC)
Dados: k=0,2 dm6/gmol2.s à 25 ºC (estimado); R=1,987 cal/gmol.K=0,082 dm3.atm/gmol.K.
Benzilamida é o produto obtido pela reação da amônia com o cloreto de benzil em fase líquida (ambos):
C6H5COCl + 2 NH3 ( C6H5CONH2 + NH4ClTendo como base de cálculo o cloreto de benzil, monte uma tabela estequiométrica para um sistema em batelada.
Se a mistura inicial consistiu somente de amônia à uma concentração de 6 gmol/L e cloreto de benzil à uma concentração de 2 gmol/L, calcule a concentração de amônia e benzilamida quando a conversão é 25%.
Tomando a amônia como base de cálculo, explique como seria sua tabela estequiométrica para um sistema de fluxo.
Um homem misterioso pediu a você que fizesse para ele uma porção de perclorato de metila. Você questionou seus motivos, pois o produto da reação entre perclorato de prata sólido e iodeto de metila explode violentamente quando atingida por algo. Ele respondeu a verdade: ele é dono de uma empresa removedora de troncos de árvore, e precisa de explosivos baratos. Ele tem a licença, mas sua empresa está com pouco dinheiro para realizar o trabalho.
Você não está muito confortável com a situação, mas como está em dificuldades e precisa do dinheiro e o que você não precisa é explodir seu laboratório. Portanto, você decidiu fazer o produto em um reator em batelada em uma solução de benzeno, e deu o produto ao homem misterioso ainda na solução de benzeno, e deixou que ele descobrisse como extrair o perclorato de metila da solução.
Você usou um recipiente contendo 30 dm3 de solução, inicialmente com 0,7M de CH3I e 0,5M de AgClO4 de concentração dos reagentes. Quanto tempo levará para converter 98% do perclorato de prata? (manuseie o AgClO4 com cuidado pois ele pode explodir durante uma perturbação).
CH3I + AgClO4 ( CH3ClO4 + AgI
rCH3I=-k.CCH3I.C3/2AgClO4 à 298 K em benzeno, k=0,00042 dm9/2/mol3/2.s (Resp.: t=162531 s=45,15 h)
Vários pesquisadores têm examinado a viabilidade de usar zonas úmidas (pantanal) para limpar grandes volumes de água poluída. O zona úmida experimental 3 (EW3) do site Des Moines Experimental Wetlands (zonas úmidas experimental dos monges) em Illinois tem um volume de 15.000.000 dm3 e um influxo de 70.000 dm3 de água por casa da planície de rios. O fluxo de saída eventualmente retorna para o rio. Durante o final da primavera, a água do rio normalmente contém 4,5 µg/dm3 do herbicida atrazina. Entretanto, o nível máximo de contaminação (MCL) permitido pela lei federal de água potável é 3,0 µg/dm3. Como uma primeira aproximação, trata o EW3 como um CSTR perfeitamente misturado e assume que a decomposição da atrazina é de primeira ordem com k=0,0025 h-1.
Primeiro considerar que EW3 contém água, mas não atrazina, no momento que o fluxo do rio é desviado. Trace um gráfico de CA como uma função de t para o caso onde o fluxo de saída é igual ao de entrada (influxo). Quanto tempo CA leva para atingir 99% do seu estado estacionário? Está abaixo do MCL?
Agora considere o caso quando EW3 inicialmente não contém atrazina e nem água. O escoamento (descarga) é mantido à 50.000 dm3/h por 750h, após ele passa a ser 70.000 dm3/h. Faça um gráfico da concentração em função do tempo e explique como ela difere do gráfico no item (a). Construa um gráfico com o número de mols de atrazina em EW3 versus tempo. Por que NA aumenta enquanto CA versus t diminui?
EW3 está operando inicialmente às condições do item (a) em estado estacionário. Suponha que semanalmente trovoadas aumentam periodicamente a quantidade de atrazina lixiviada na planície de rios, assim aumentando a concentração no influxo para EW3. Concentração em função do tempo é dado pela equação:
CAo=4,5 + 2,0.cos(π.t/84).
Onde o argumento trigonométrico está em radianos. Faça um gráfico de CAo e CA versus t no mesmo gráfico. A descarga (escoamento) excede o MCL em algum instante t? CAo e CA alcançam seus máximos e mínimos no mesmo instante t? CA sempre excede CAo? Como isto ocorre?
EW3 está operando inicialmente às mesmas condições do item (a) em estado estacionário. Suponha que existe uma seca permanente por 1.000h de duração, a qual o fluxo de evaporação de água do EW3 é 10.000 dm3/h. O balanço de água global é tal forma que o volume de água no pântano (pantanal) continua constante, contudo, atrazina não é evaporada e nem carreada na evaporação (não sai na evaporação). Como fica o perfil de concentração? Como isto pode ser explicado?
As células em seu corpo necessita obter nutrientes, hormônios, fatores de crescimento, e outras moléculas presentes à concentrações muito baixas em fluidos ao redor das células. Para evitar envolvimento em grande quantidade com este fluido e então separação intracelular útil de moléculas inúteis, as células possuem o que são conhecidas como receptores em sua superfície. Tais receptores são capazes de vincular moléculas interessantes ou ligantes com alta afinidade, deste modo capturando moléculas para uso celular.
Você está desenvolvendo em cultura 106 células por mL em um frasco de vidro em T contendo em média 10 mL. Cada célula possui 105 receptores em sua superfície. A taxa constante de associação kf da vinculação de ligantes à receptores é 106 M-1.min-1. Calcule o tempo para que 50% dos receptores se vinculem à ligantes, se você adicionar ligantes à uma concentração de 10-7 M. Assuma vinculação irreversível e mistura perfeita.
Mostre que a concentração de ligantes no item (a) é suficientemente excessiva e então a vinculação poderia ser considerada pseudoprimeira ordem.
A vinculação de ligante ao receptor é uma reação reversível. Para a vinculação de ligante ao receptor, a taxa da constante de dissociação Kr é 0,1 min-1. Usando a aproximação justificada no item (b) e assumindo mistura perfeita, calcule a porcentagem de receptores no limite de até 5 min depois de você adicionar ligantes até a metade (meio).
(Bromação do éter p-clorofenil isopropila em batelada) Você está a cargo da produção de especialidades químicas para sua organização e chega-lhe um pedido de 3 lb de éter p-clorofenil isopropila bromado. Você decide usar uma técnica relatada por Bradfield, que realizou a reação em 75% de ácido acético à 68 °F. Você tem um reator batelada que detém 5 gal (0,670 ft3) de uma mistura reagente que pode ser utilizada. Começando com uma mistura que contém 0,002 lbmol (0,34 lb) de éter p-clorofenil isopropila. Este procedimento nos dará o desejado de 3lb. Quanto tempo vai levar cada lote?
Dados: Cinética de Bradfield
Reação: 2 A + B ( 2 C
Onde A é éter p-clorofenil isopropila, B é bromo e C é o produto monobromado.
Taxa de Reação: rA=-(k1.CA.CB + k2.CACB2)
Taxa de reação específica à 68 °F: k1=1,98 ft3/ lbmol.min; k2=9,2x103 (ft3/lbmol)2.min-1.
Uma substância líquida orgânica, A, contém 0,1% molar de impureza, B, que pode ser hidrogenada a A:
B + H2 ( A
	O material é purificado pela hidrogenação líquida em um reator contínuo de mistura perfeita à 100 °C. A vazão de alimentação do líquido é constante à 730 lb/h. O reator detém 50 gal de líquido, à 500 psig, e a quantidade de B em nível fora do produto é 0,001% molar. Qual será a concentração de B no produto se a pressão de hidrogênio for mantida à 300 psig? Assumindo que a reação se comporta como uma reação de primeira ordem em relação a B e H2, em batelada:
-dB/dt=k.B.H2
Onde: B=concentração de B, H2=concentração de H2, t=tempo e k=constante. Assumindo a lei de gás ideal e a lei de Henry. Assuma também as seguintes propriedades:
	
	A
	B
	Pressão de Vapor à 100 °C (mmHg)
	10
	10
	Peso molecular
	196
	194
	Densidade (peso específico) à 100 °C
	0,980
	0,960
	Solubilidade de H2 líquido à 500 psig e 100 °C (g/L)
	5,0
	3,5
A reação em fase gasosa A + 2B ( 2D ocorre em um PFR isotérmico à 5 atm. As frações molares das vazões de alimentação são: A=0,20; B=0,50; inertes=0,30.
Qual será a vazão volumétrica no estado estacionário em qualquer ponto do reator se a queda de pressão devido ao atrito do fluido pode ser ignorada? (Resp.: υ=υ0.(1-0,2.X))
Quais serão as expressões das concentrações de A, B e D em função da conversão em qualquer ponto ao longo do reator?
Qual é a concentração de alimentação (mol/dm3) de Ase a temperatura de alimentação for 55 °C?
Determine que largura o PFR deve ter para alcançar a conversão (baseado em A) de 0,70 se a temperatura no reator for uniforme à 55 °C, a vazão volumétrica é 50 dm3/min e a taxa de reação a 55 °C é: -r=2,5.CA1/2.CB kmol/m3.min (Resp.: V=50,21 dm3)
Plote as concentrações, vazão volumétrica e conversão em função do comprimento do reator. O diâmetro do reator é 7,6 cm.
Que tamanho um CSTR deveria ter para que o efluente do PFR no item (d) alcance uma conversão de 0,85 (baseada na alimentação de A no PFR) se a temperatura do CSTR for 55 °C?
Quantos tubos de 1 in (polegada) de diâmetro e 20 ft de comprimento, coberto com catalisador, são necessários para alcançar 95% de conversão de A começando com o fluxo original? Plote a pressão e a conversão em função do comprimento do reator. As partículas são 0,5 mm em diâmetro e a porosidade do leito é 45%.
Calcule o tamanho do PFR para alcançar 70% da conversão de equilíbrio e o tamanho do CSTR necessário para aumentar a conversão do efluente do PFR para 85% da conversão de equilíbrio se suas temperaturas forem uniformes à 100 °C. A energia de ativação para a reação é 30 kJ/mol, e a reação é reversível com uma constante de equilíbrio à 100 °C de 10 (m3/kmol)1/2. (Resp.: VPFR=8,56 dm3; VCSTR=6,45 dm3)
O projeto para um sistema de reator que realizará a reação em fase líquida com densidade constante: A ( B + C, onde a taxa de reação é:
(rA)
Qual sistema de reatores de fluxo (tipo e disposição), um reator ou reatores em série, você recomendaria para um processo contínuo de alimentação de A puro para que minimizasse o volume total do reator (ou do sistema)? (é desejada uma conversão de 90% de A)
Que tamanho de reator deveria ser usado?
Plote as conversões e concentrações de A e B em função do volume do reator PFR.
Dados: k1=10 lbmol0,5/ft3/2.h-1; k2=6,0 ft3/lbmol; alimentação=100 lbmol/h de A puro; CAo=0,25 lbmol/ft3; pressão total=2000 kPa.
A remoção de nitrogênio de compostos orgânicos (hidrodenitrogenação) é uma importante reação industrial. Nós consideramos a primeira etapa da reação deste processo em fase líquida na qual 5,6-benzoquinolina (espécie A) é reagida à 100 °C em uma solução saturada com hidrogênio à 2500 psig (H2 em excesso). Os dados seguintes foram obtidos à 100 °C de um reator em batelada usando sulfato como catalisador a uma concentração de 20 g/dm3:
A taxa à 100 °C é aproximadamente 4 vezes a taxa à 80 °C. Verifique que a reação é de pseudoprimeira ordem em 5,6-benzoquinolina e determine a taxa de reação específica. Sabe-se que a taxa de reação específica é diretamente proporcional à concentração de catalisador (primeira ordem). Sugerimos dobrar a concentração de catalisador e abaixar a temperatura para 90 °C. Plote a conversão esperada sob estas condições em função do tempo e compare com os dados acima.
A reação em fase líquida 2A + B ( C + D ocorre em um reator semibatelada. O volume do reator é 1,2 m3. Inicialmente o reator contém 5 mol de B a uma concentração de 0,015 kmol/m3. A em uma concentração aquosa de 0,03 kmol/m3 é alimentado no reator a uma taxa de 4 dm3/min. A reação é de primeira ordem em A e de meia ordem em B com uma taxa de reação específica de k=6 m3/2/kmol1/2.min. A energia de ativação 35 kJ/mol. A taxa de alimentação do reator é descontínua quando o reator contém 0,53 m3 de fluido.
Plote a conversão, volume e concentração em função do tempo.
Calcule o tempo necessário para alcançar:
97% de conversão de A.
59% de conversão de B.
A temperatura de reação aumentou de 25 °C para 70 °C e a reação ocorre isotermicamente. A esta temperatura a reação é reversível com uma constante de equilíbrio de 10 m3/2/kmol1/2. Plote a conversão de A e B e a conversão de equilíbrio de A em função do tempo.
Repita o item (d) para o caso em que ocorra uma destilação reativa. Estude o efeito da taxa de evaporação na conversão.
A reação de isomerização catalisada por ácido na fase líquida e irreversível ocorre isotermicamente em um reator semibatelada. Uma solução a 2 M de H2SO4 é alimentado a uma taxa constante de 5 dm3/min para um reator que inicialmente não contém ácido sulfúrico. O volume inicial da solução de A puro no reator é 100 dm3. A concentração de A puro é 10 mol/dm3. A reação é de primeira ordem em A e na concentração do catalisador, e a taxa de reação específica é 0,05 dm3/mol.min. O catalisador não é consumido durante a reação.
Determine os números de mols de A, H e de H2SO4 no reator e a concentração de A e H2SO4 em função do tempo.
Obtenha uma solução analítica do numero de mols de A, NA, e a concentração de A, CA, em função do tempo. Quais serão as concentrações de A e de H2SO4 após 30 min?
Se a reação for reversível com kC=2,0, plote a concentração de A e C em função do tempo.
Como suas respostas seriam mudadas se a solução de 2 M de A fosse alimentada com uma solução de 2 M de H2SO4 que tinha uma volume inicial de 100 dm3?
Refaça este problema onde A é alimentado a uma concentração de 2 M e 5 dm3/min à 200 dm3 de 2 M de H2SO4. Se a reação for de primeira ordem em A e ordem zero em H2O e a taxa de reação específica for 0,05 min-1, qual será a concentração de A após 30 min? Se a reação for reversível com kC=2,0, plote a conversão de equilíbrio e as concentrações de A e C em função do tempo.
(Dica: tente usar a expressão do balanço molar em termos de NA)
Em vários processos industriais onde a conversão por passo pelo reator é baixa, pode ser vantajoso usar um reator com reciclo. Aqui uma significativa porção do fluxo de saída é reciclado direto à entrada do reator. Calcule a conversão
que pode ser alcançada em um PFR de 2 m3, quando a reação irreversível e isotérmica de primeira ordem em fase gasosa
ocorrer a 500 °C e 5 m3 de alimentação de gás é reciclada para cada metro cúbico de corrente.
Dados: k=0,05 s-1; P0=1013 kPa (10atm).
A reação elementar de isomerização em fase gasosa A ( B ocorre em um reator de leito de recheio com reciclo. A razão do reciclo é 5 mols reciclados por moles retirados no fluxo de saída. Para uma vazão volumétrica de 10 dm3/s pelo reator, o gradiente de pressão correspondente (assumido constante) no reator é 0,0025 atm/m. O fluxo no reator é turbulento. Que conversão pode ser alcançada no reator que é 10 m em comprimento e 0,02 m2 em área da seção transversal?
Dados: CAo=0,01 mol/dm3 (Po=2 atm). A vazão volumétrica da corrente de reagente é υ0=10 dm3/s. A taxa de reação específica é k=0,25 s-1.
Considere o sistema de reatores com reciclo abaixo, onde a reação elementar irreversível em fase gasosa A + B ( C ocorre isotermicamente a 570 °C e 1 atm. Uma parte do condensador é aquecido à temperatura do reator e reciclado à entrada do reator. A queda de pressão na condução pelos tubos pode ser desprezada. Estime o volume do reator para uma conversão de 50% da alimentação FAo.
Dados: FAo=FBo=1 kmol/h; k=100 m3/kmol.h; R=4; Temperatura de saída do condensador=45 °C; Pressão de Vapor de C à 45 °C=0,2 atm.
Reatores de fluxo radial podem ser usados vantajosamente para reações exotérmicas com alto calor de reação. A alta velocidade radial na entrada do reator é útil na redução da formação de nódoas (manchas ou incrustações) dentro do reator. Conforme o fluido se movimenta dentro do reator, a velocidade, U, varia inversamente com r:
Onde Uo é a velocidade (m/s) na entrada do raio, irreversível em R, reação em fase gasosa em Ro. Considere a reação elementar, irreversível e em fase gasosa A + B ( C ocorre em um reator de fluxo radial similar com o da figura abaixo. Deduza uma equação para a conversão em função do raio, onde a reação ocorre em um reator de fluxo radial conforme o mostrado na figura abaixo.
Deduza uma equação para a conversão em função do raio para operação isotérmica desprezando a queda de pressão.
Faça um gráfico de X em função de r, quando a queda de pressão for significante com uma molalidade de0,07 kg-1. (5 kPa)
Varie os parâmetros da reação e do reator e descreva um parágrafo com suas conclusões. Que parâmetros mais afetam seus resultados?
Valores de parâmetros sugeridos: k=0,6 dm6/gcat.mol.s; FAo=10 mol/min; CAo=0,1 mol/dm3; h=0,4 dm; Ro=0,1 dm; R1=10 dm; densidade volúmica de catalisador=2000 g/dm3.
A cultura de uma bactéria, B, ocorre em excesso de nutriente:
NUTRIENTE + CÉLULAS ( MAIS CÉLULAS + PRODUTO
NUTRIENTE + B ( 2B
A taxa de cultura para esta bactéria é mais bem descrita por um modelo de cultura logística:
Onde CB é a concentração (g/dm3) e μm e CBmax são parâmetros constantes da taxa de reação.
Plote a concentração da célula em função do tempo em um reator batelada de 10 dm3.
Se a reação ocorre em um CSTR de 10 dm3, qual será a concentração de saída da célula para uma vazão volumétrica de 0,5 dm3/h. Varie a vazão volumétrica para chegar a um gráfico da concentração da saída da célula em função do espaço de tempo. No mesmo gráfico, plote o numero total de células existentes no reator em função do espaço de tempo.
Dados: concentração inicial da célula na alimentação=10-6 g/dm3; μm=0,5 h-1; CBmax=5x10-3 g/dm3.
Uma reação bimolecular (elementar) de segunda ordem A + B ( C + D ocorre em um sistema líquido homogêneo. Reagentes e produtos são mutuamente solúveis e a variação de volume como conseqüência da reação é desprezível. A alimentação do PFR que opera isotermicamente a 260 °F consiste em 210 lb/h de A e 260 lb/h de B. O volume total do reator é 5,33 ft3, e com esta taxa de alimentação, 50% do componente A na alimentação é convertido. Foi proposto aumentar a conversão, um reator de mistura com capacidade de 100 gal serão instalados em série, e imediatamente a sua montante, com um reator tubular. Se o reator de mistura operar à mesma temperatura, estime a conversão de A que pode ser esperada na correção do sistema; despreze a reação reversível. Outros dados avaliados nos fornece: (Resp.: X=0,68)
	
	A
	B
	Densidade a 260 °F (lb/ft3)
	47,8
	54,0
	Peso molecular
	139
	172
	Capacidade calorífica (Btu/lb.°F)
	0,55
	0,52
	Viscosidade (cP)
	0,32
	0,45
	Ponto de ebulição (°F)
	390
	415
A reação de isomerização catalisada por ácido na fase líquida e irreversível ocorre isotermicamente em um reator semibatelada contendo H2SO4. A é alimentado a uma taxa constante de 10 mol/min. A vazão volumétrica de líquido entrando no reator semibatelada é 5 dm3/min. O volume inicial de uma solução de H2SO4 catalisador a 3 M no reator é 100 dm3 (não há presença de A inicialmente). A reação é de primeira ordem em A e de ordem zero na concentração do catalisador, e a taxa de reação específica é 0,05 min-1.
Use o matlab para determinar o número de mols de A no tanque e a concentração de A e de H2SO4 em função do tempo.
Obtenha uma solução analítica do numero de mols de A, NA, e a concentração de A, CA, em função do tempo. Qual será a concentração de A após 30 min? Quantos moles de A restará no tanque após um longo tempo (t(∞)? (Resp.: NA=200 mols) Explique porque o número de mols permanece praticamente constante após longas horas de operação.
Refaça o item (a) assumindo que a reação é de segunda ordem em H2SO4 com k=0,02 dm3/mol.min.
(Dica: tente não usar conversão na solução deste problema)
Penicilina G reage com hidroxilamina (NO2OH) para formar ácido hidroxiâmico, que produz um complexo colorido com o ferro III. Para determinar a ordem da reação, iguale as concentrações de penicilina e NO2OH que serão misturadas juntas em um frasco de vidro de 250 mL. Amostras são retiradas a cada 10 min e adicionadas a uma solução contendo cloreto de ferro III. Com a adição de um colorímetro, a concentração do complexo colorido, e conseqüentemente a concentração de ácido hidroxâmico, foi obtida em função do tempo. A tabela abaixo mostra que a absorbância é diretamente proporcional à concentração de ácido hidroxâmico.
Use o método dos mínimos quadrados não linear (regressão) e uma outra técnica para determinar a ordem de reação, α, e a taxa de reação específica, k.
Que condições experimentais você sugere se você fosse obter mais dados?
Quando o sangue arterial entra em um tecido capilar, ele troca oxigênio e dióxido de carbono com o meio (ambiente). A cinética da desoxigenação da hemoglobina no sangue foi estudada com a adição de um reator tubular por Nakamura e Staub.
Embora a reação seja reversível, medições foram feitas na fase inicial da decomposição, então o fato da reação ser reversível pode ser desprezado. Considere um sistema similar ao utilizado por Nakamura e Staub: a solução entra em um reator tubular (0,158 cm em diâmetro) que possui eletrodos de oxigênio posicionados a cada 5 cm de intervalos dentro do tubo. A taxa de fluxo da solução dentro do reator é 19,6 cm3/s.
Triaminoguanidina (TAGN) é um importante ingrediente propelente que é usado como oxidante. Pode ser produzido a partir da guanidina (GN) e hidrazina em solução aquosa. A reação é:
Os dados seguintes nos dão a amônia cumulativa envolvida em função do tempo. A concentração inicial de GN e hidrazina são 0,5 e 2,575 M, respectivamente, em um reator batelada de 200 mL. Despreze qualquer variação volumétrica do líquido com a reação para esta reação aquosa.
À 371 K:
	Tempo (min)
	0
	5
	10
	20
	30
	40
	50
	60
	80
	100
	150
	NH3 (mmols)
	0
	38
	69
	95
	116
	151
	177
	213
	237
	264
	279
À 351 K:
	Tempo (min)
	0
	5
	10
	20
	30
	40
	50
	60
	80
	100
	150
	NH3 (mmols)
	0
	30
	55
	97
	130
	154
	174
	190
	216
	234
	263
Determine quantos parâmetros de taxa de reação são possíveis.
Óxido de nitrogênio é um dos poluentes na descarga automobilística e pode reagir com o oxigênio para formar dióxido de nitrogênio de acordo com a reação:
A 298 K a taxa de reação específica é k=1,4x10-9 ppm-2/min.
Qual é a meia vida de 3000 ppm NO (um típico pré-controle do valor de auto escape) no ar?
Qual é ameia vida de 1 ppm NO (um típico valor de atmosfera poluída)?
Para a dissociação irreversível em fase gasosa do dímero A2 ( 2A , determine o volume do CSTR necessário para alcançar 80% de conversão e produzir 1000 gmol de A por hora. A corrente de alimentação consiste de 60% de A2 e 40% de inertes à uma pressão de 10 atm e uma temperatura de 40 °C. Os dados seguintes foram obtidos em um laboratório de um reator batelada de mistura perfeita à pressão constante, que tem uma carga inicial consistente em 85% de A2 e 15% de inertes. Processe seus dados em termos das variáveis medidas (volume e tempo).
T=40 °C
P=303,39 kPa
	Tempo (s)
	Volume (dm3)
	0
	0,200
	30
	0,251
	60
	0,276
	120
	0,302
	240
	0,322
A isomerização em fase gasosa ocorre isotermicamente em um CSTR fluidizado para um numero de diferentes catalisadores. Determine qual dos catalisadores podem produzir múltiplos estados estacionários.
Se qualquer um exibir estado estacionário múltiplo, mapeie as regiões.

Outros materiais