Lista 4 Reacões Complexas

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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 – Reações Complexas 
 
Questão 1: As reações irreversíveis 
 
DA
SRA
k
kk
⎯→⎯
⎯→⎯⎯→⎯
3
21
 
 
estão ocorrendo em um PFR ideal e isotérmico. Na temperatura do reator, k1=k2=1,0s-1 
e k3=2s-1. A concentração de A na alimentação do reator é de 2,0 mol/L. Não há R, S ou 
D na alimentação. 
 
(a) Qual é a composição da corrente deixando o reator quando a concentração de A 
nesta corrente é de 0,40 mol/L? 
(b) Qual tempo espacial é necessário para se atingir esta composição do efluente? 
 
Questão 2: As reações em fase gasosa, homogêneas 
 
EDB
CBA
k
k
+⎯→⎯
+⎯→⎯
2
1
 
 
estão ocorrendo em um reator de mistura em tanque ideal (k1=4,0 min-1 e k2=2,0 min-1) . 
A temperatura é de 400K e a pressão total igual a 0,20 MPa. A alimentação do reator é 
uma mistura 4/1 molar de N2 e A, e a vazão de alimentação é de 360 L/min nas 
condições da alimentação. As leis do gás ideal são válidas. 
 
(a) Qual volume do reator é necessário para produzir uma conversão de A igual a 0,75? 
(b) Qual será a vazão molar de B no efluente (mol/min) quando o volume do reator for 
igual ao calculado na parte 1? 
 
Questão 3: As reações em fase líquida SRA kk ⎯→⎯⎯→⎯ 21 estão ocorrendo em estado 
estacionário em um sistema de reatores constituído por um reator de mistura em tanque 
ideal seguido por um reator de escoamento pistonado ideal. As duas reações são 
irreversíveis com k1=k2=0,50 min-1. O componente R é o produto desejado. A 
alimentação do CSTR contém A com uma concentração de 2,0 mol/L. Não há R ou S na 
alimentação do CSTR. O CSTR tem volume de 200L e o PFR também tem um volume 
de 200L. A vazão molar de A na alimentação de CSTR é de 200 mol/min. 
 
(a) Quais são as concentrações de A, R e S na corrente que deixa o reator de escoamento 
pistonado? 
(b) A taxa de produção de R pode ser aumentada com o uso dos mesmos reatores, com 
o PFR antes do CSTR? Como esta mudança influenciaria a concentração de A no 
efluente do último reator? 
 
Questão 4: A reação na fase líquida, homogênea e de primeira ordem A→ Produtos, 
ocorre em um PFR ideal, isotérmico e com reciclo. A razão de reciclo é 1,0. A constante 
da taxa é k=0,15 min-1. A concentração de A na carga fresca é igual a 1,5 mol/L e a 
vazão molar de A é 100 mol/min. Qual volume do reator é requerido para atingir uma 
conversão final de 0,90? 
 
Questão 5: Considere a seguinte seqüência de reações: 
 
DA
CBA
k
k
⎯→⎯
+⎯→⎯
2
1
 
 
(a) Calcule o volume do PFR necessário para atingir uma conversão de 85% de A e 
plote a seletividade de D como uma função do tempo espacial do reator. Uma mistura 
de 75% de A e 25% de inertes é adicionada a um reator com fluxo volumétrico de 200 
dm3/s e uma concentração de 0,05 mol/dm3. 
(b) Suponha que E1=20000 cal/mol e E2=10000 cal/mol, qual temperatura você 
recomenda para maximizar a formação de A em um CSTR de 2000 dm3? 
 
Dados: k1=0,22s-1 k2=0,71s-1 (T=673°C) 
 
Questão 6: Seja a transformação do isopropilbenzeno (A) na presença de ácido 
clorídrico em isopropil-sec-butilbenzeno (R) e em isopropil di-sec-butilbenzeno (S) 
(A→ R → S). A partir dos seguintes dados de laboratório, determine as velocidades 
específicas: 
 
t(min) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,23 2,5 3,0 
CA (mol/L) 0,60 0,37 0,22 0,14 0,107 0,08 0,05 
CR (mol/L) 0,38 0,58 0,68 0,71 0,715 0,71 0,69 
CS (mol/L) 0,02 0,05 0,10 0,15 0,178 0,21 0,26 
 
 
Questão 7 [Prova 2010/2]: Uma reação em fase gás ocorre conforme o esquema 
abaixo: 
 
SA
RA
k
k
⎯→⎯
⎯→⎯
2
1
 
 
As taxas são de primeira ordem e irreversíveis. O produto R é o desejado, sendo a 
conversão de A igual a 70% em um PFR com um tempo espacial de 1 min. Determine 
as velocidades específicas de reação, sabendo que o rendimento global (R/A) é de 80%. 
 
 
Questão 8: A substância A, contida em um líquido, produz R e S pelas seguintes 
reações: 
 
RA k⎯→⎯ 1 21 AR Ckr = 
SA k⎯→⎯ 2 AS Ckr 1= 
 
A alimentação (CA0=1 mol/L, CR0=0 e CS0=0,3 mol/L) entra no primeiro de dois 
reatores de mistura em série (τ1=2,5 min e τ2=10 min). Conhecendo a composição de 
saída do primeiro reator (CA1=0,4 mol/L, CR1=0,2 mol/L e CS1=0,7 mol/L), encontre a 
composição da corrente de saída no segundo reator. 
 
 
Questão 9: Quando A e B aquosos (CA0=CB0= 30 mols/m3) são colocados juntos, eles 
reagem de duas formas possíveis: 
 
TRBA k +⎯→⎯+ 1 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
hm
molCr AR .
50 3 
USBA k +⎯→⎯+ 2 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
hm
molCr BS .
100 3 
 
Encontre a capacidade necessária de um reator pistonado e a razão R/S produzida para 
uma conversão de 90% de uma alimentação equimolar de FA0=FB0=300 mol/h. 
 
 
Questão 10: Um modelo simplificado para a dinâmica de um processo quando um 
determinado medicamento é administrado pode ser representado por: 
 
)(lim urinabexigaCorpoEstômago inaçãoeabsorção ⎯⎯⎯ →⎯⎯⎯⎯ →⎯ 
 
Após a administração da droga, ocorre uma absorção no corpo. Posteriormente, a droga 
é convertida em metabólitos e/ou fisicamente eliminada. Como resultado desse 
processo, a quantidade de droga no corpo em um instante de tempo é uma resposta 
transiente entre a entrada e saída do processo. Encontre o nível máximo (concentração) 
de álcool e o tempo em que ocorre após a ingestão de um copo de cerveja contendo 400 
mL (5% em massa de álcool) em um indivíduo de volume V. 
 
Dados: kabsorção=keliminação=5 keliminação= 0,008 min-1