Lista 3 Associacão de Reatores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
 CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
 
 
ENQ 320 – Cinética e Cálculo de Reatores I 
Professor: Wagner Luís da Silva Faria (Matrícula: 10088-9) 
Lista de Exercícios III – Associação e Comparação de Reatores 
 
 
Questão 1 [Prova 2010/2]: Éster é hidrolisado com excesso de soda cáustica. A solução 
de éster entra com uma vazão de 200 L/min e concentração de 0,02 mol/L, enquanto 
que a soda cáustica é adicionada com 50 L/min e 1 mol/L. A reação é de 2ª ordem e 
irreversível, cuja velocidade específica é de 2L/(mol.min). São utilizados três reatores 
CSTR em série, sendo o volume do primeiro desconhecido, do segundo 2200L e o 
terceiro com 800L. 
 
(a) Calcule o volume do primeiro reator e as conversões na saída de cada reator, 
sabendo que a conversão final é de 95%. 
(b) Suponha que só estivessem disponíveis reatores de 1000L, quantos deles em série 
seriam necessários para se obter a mesma conversão? Suponha as mesmas condições de 
entrada. 
 
 
Questão 2: Temos 90% de conversão de uma alimentação líquida (n=1; CA0= 10 mol/L) 
em nosso reator pistonado com reciclo de produto (R=2). Se fecharmos a corrente de 
reciclo, de quanto diminuirá a taxa de processamento de nossa alimentação para a 
mesma conversão de 90%? 
 
 
Questão 3: 100 L/h de um fluido radioativo, tendo meia-vida de 20 horas, devem ser 
tratados em dois tanques agitados ideais em série com 40.000 L cada. Ao passar por este 
sistema, de quanto deve decair a atividade do fluido? 
 
 
Questão 4: O reagente (A→R; CA0=26 mols/m3) escoa continuamente através de quatro 
reatores em série, com igual capacidade (τtotal= 2 min). Quando o regime estacionário 
for atingido, a concentração de A será de 11, 5, 2 e 1 mol/m3 na saída das quatro 
unidades. Para esta reação, qual deve ser τpistonado de modo a reduzir CA, de CA0= 26 para 
CAf = 1 mol/m3? 
 
 
Questão 5: Nós desejamos tratar 10 L/min de uma alimentação líquida contendo 1 mol 
de A/L, de modo a obter 99% de conversão de A. A estequiometria e a cinética da 
reação são dadas por: 
 
A → R 





min.2,0 L
mol
C
Cr
A
A
A 
Sugira um bom arranjo utilizando dois reatores de mistura perfeita e encontre a 
capacidade necessária das duas unidades. Esquematize o projeto final escolhido. 
 
 
Questão 6: A reação irreversível, homogênea e em fase líquida A + B → X + Y está 
sendo realizada no sistema mostrado a seguir: 
 
 
 
Sabendo que o reator opera isotermicamente e a reação é elementar (k=0,60 L/(mol.h)), 
responda as seguintes questões: 
 
(a) Qual é a maior conversão de A possível na corrente de produto? 
(b) Qual é a menor conversão de A possível na corrente de produto? 
(c) Se R=2, qual conversão de A será obtida? 
 
 
Questão 7: A reação homogênea, reversível, exotérmica e em fase líquida A = R está 
sendo realizada em um sistema de reatores constituído por um PFR ideal seguido de um 
CSTR ideal. O volume do PFR é 75.000 L e o volume do CSTR é de 150.000 L. O PFR 
opera a 150°C e o CSTR opera a 125°C. A vazão volumétrica entrando no PFR é igual a 
55.000 L/h, a concentração de A nesta corrente é de 6,5 gmol/L e a concentração de R é 
zero. A reação é de primeira ordem em ambos os sentidos. A velocidade específica para 
a reação direta a 150°C é igual a 1,28 h-1 e a constante de equilíbrio baseada na 
concentração, a 150°C, é igual a 2,3. A velocidade específica direta a 125°C é igual a 
0,28 h-1 e a constante de equilíbrio igual a 3,51. 
 
(a) Qual é a vazão molar de R deixando o CSTR (gmol/h)? 
(b) A vazão entrando no PFR é aumentada de modo que a conversão de A é igual a 0,50 
no efluente do CSTR. Todos os outros parâmetros permanecem inalterados. Qual é a 
nova vazão molar de R na saída do CSTR? 
 
 
Questão 8: Anidrido acético é hidrolisado em três CSTR’s operando em série. A 
alimentação do primeiro reator (V=1L) ocorre a uma taxa de 400 cm3/min. O segundo e 
terceiro reatores possuem volumes de 2 e 1,5 L, respectivamente. Nas condições do 
experimento, a reação pode ser considerada irreversível e de primeira ordem (k=0,158 
min-1). Use o método gráfico para calcular a fração hidrolisada do efluente final. 
 
 
Questão 9: Suponha que no problema anterior os reatores operam isotermicamente em 
diferentes temperaturas. As temperaturas dos reatores são iguais a 15, 40 e 25°C e as 
velocidades específicas são 0,0567 min-1 (15°C) e 0,380 min-1 (40°C). Use o método 
gráfico para calcular a fração hidrolisada do efluente final.