Lista_de_exerc_cios_reatores_hom_1a_unidade.pdf

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CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU 
Graduação em Engenharia Química 
Disciplina: Reatores e Cinética Homogênea 
Prof. Isaías Soares 
 
Lista de Exercícios reatores homogêneos 
 
1) A frequência de cintilação de vaga-lumes e a frequência de chirriadas de grilos, 
em função da temperatura, são dadas a seguir: 
 
 Vaga-lumes 
T(°C) 21 25 30 
Cintilações/min 9,00 12,16 16,20 
 
 Grilos 
T(°C) 14,2 20,3 27 
Chirriadas/min 80 126 200 
 
a) O que o vaga-lume e o grilo têm em comum? 
b) Quantas cintilações por hora um vaga-lume dará a 50°C? 
c) Quantas chirriadas por dia um grilo dará a 40°C? 
 
2) A velocidade de corrida de formigas e do voo de abelhas como função da 
temperatura são dadas a seguir: 
 
 Formigas 
T(°C) 10 20 38 
V(cm/s) 0,7 1,9 6,3 
 
 Abelhas 
T(°C) 25 30 35 
V(cm/s) 0,9 1,8 3,3 
 
a) Qual a velocidade de uma abelha a 40°C (em m/min)? 
b) Qual a velocidade de uma formiga a -5°C (em m/min)? 
 
3) A velocidade inicial da reação química elementar: 
 
2A + B  4C 
 
Foi medida quando a concentração de A era de 2 mol/L e a de B 1,5 mol/L, 
gerando a seguinte tabela: 
-rA(mol/dm
3
.s) 0,002 0,046 0,72 8,33 
T(K) 300 320 340 360 
 
a) Qual a energia de ativação da reação? 
b) Qual o valor do fator de frequência (A)? 
c) Preveja a velocidade da reação (mantidas as concentrações de A e B 
constantes) quando a temperatura for de 400 K. 
 
4) Grandes usinas termoelétricas, usando combustores de leito fluidizado, poderão 
ser construídas futuramente. Estas usinas seriam alimentadas por 320 toneladas de 
carvão por hora (com 90% de C), dos quais 45% queimariam no interior de uma 
série de leitos fluidizados principais e os outros 55% queimariam em qualquer outro 
ponto do sistema. Um projeto poderia usar uma bateria de 10 leitos fluidizados, 
cada qual com 25 m de comprimento, 4 m de largura e 0,8 m de profundidade. 
Baseado nessas informações, calcule a taxa de oxigênio consumido no interior dos 
leitos (em mol/m
3
.s). 
 
5) Um cachorro de 5 anos de idade, da raça Poodle, de 8 kg, pode consumir 1 kg 
de ração por semana. Considerando que a ração possui cerca de 80% em glicose, 
determine: 
 
a) A energia (em glicose) consumida pelo cachorro durante uma semana; 
(Dado: massa molar da glicose: 180g/mol. ΔH de combustão da glicose: -
2816 kJ/mol). 
b) A equação química balanceada da combustão da glicose; 
c) A taxa de consumo de oxigênio do cachorro (em mol/m3.s), tendo em 
consideração que sua densidade é de 1000 kg/m
3
. 
 
6) A pirólise do etano ocorre com uma energia de ativação de 300 kJ/mol. Quantas 
vezes a reação de pirólise é mais rápida a 500°C do que a 450°C? 
 
 
7) Um determinado alimento, quando armazenado em geladeira (5°C), se estraga 
após 72 horas, mas quando armazenada à temperatura ambiente (25°C), se 
estraga após 12 horas. Determine a energia de ativação da reação de 
decomposição do alimento em kJ/mol. 
 
8) À temperatura de 1100 K, o hidrocarboneto n-nonano sofre quebra (craqueamento 
térmico) 20 vezes mais rápida que a temperatura de 1000 K. Determine a energia 
de ativação da reação em kJ/mol. 
 
9) Em dias típicos de verão, grilos do campo beliscam, pulam e cricrilam sem 
parar. Porém, ao anoitecer, quando um grande número deles se junta, o cricrilar 
se torna um problema sério e tende a ser uníssono. Em 1897, A.E. Dolbear (em 
artigo publicado na Am, Naturalist, 31, 970) reportou que a taxa desse cricrilar 
dependia da temperatura, sendo dada por: 
 
(Número de cricrilados em 15 segundos) + 40 = (temperatura em F°). 
 
Considerando ainda que a taxa de cricrilados é uma medida da taxa metabólica 
desses grilos, determine a energia de ativação do metabolismo deles em kJ/mol, 
na faixa de temperatura entre 60°F e 80°F. Quantas vezes os cricrilados a 75°F 
são mais rápidos que a 70°F? 
 
10) Escreva a equação de velocidade para cada uma das reações elementares 
abaixo, indicando a ordem da reação. 
 
a) Cl* + O3  ClO* + O2 
b) CH3N2CH3  2CH3* + N2 
c) 2Cl*  Cl2 
d) NO2* + F2  NO2F + F* 
 
No item a), o que acontecerá com a velocidade da reação se a concentração 
do Cl* for dobrada? E se dobrarmos também a do O3? 
 
11) Dada a seguinte reação paralela: 
 
H* + O2  OH* + O (com constante igual a k1) 
H* + O2  HO2* (com constante igual a k2) 
 
Mostre que, em condições de excesso de O2, a taxa de consumo do radical H* 
segue uma reação de 1ª ordem. 
 
 
 
12) Uma amostra do gás incolor NO fica marrom rapidamente quando 
exposta ao ar, devido à formação de NO2. O mecanismo proposto para a reação, 
é: 
 
2𝑁𝑂 ↔ 𝑁2𝑂2 
𝑁2𝑂2 + 𝑂2 → 2𝑁𝑂2 
 
Onde o intermediário N2O2 tem uma vida curta. Experimentalmente, verificou-se 
que a taxa de formação do NO2 seguia uma cinética de 1ª ordem em relação ao 
O2 e de 2ª ordem em relação ao NO. Mostre que o mecanismo proposto é 
compatível com a cinética observada, considerando a 2ª etapa como sendo a 
determinante da velocidade (etapa lenta). 
 
13) Um líquido se decompõe através de uma reação de 1ª ordem num reator batelada. 
Se 50% do líquido são convertidos em produtos num intervalo de 5 minutos, em 
quanto haveria a conversão de 75% do líquido? 
 
 
14) Em uma polimerização homogênea e isotérmica em fase líquida, 30% do 
monômero desaparecem em 32 minutos, quando a concentração inicial é de 0,02 
mol/L e também quando ela é de 0,04 mol/L. Determine a constante de velocidade de 
polimerização e a equação da taxa que representa o consumo do monômero. 
 
15) Biro-Biro é um homem minucioso. Nos finais de tarde de sexta, gasta uma parte 
de seu salário semanal em jogos eletrônicos. Recebe R$ 360,00 por semana, e joga 
por duas horas, sempre voltando pra casa com R$ 270,00. Ele sempre joga o mesmo 
tipo de jogo, gastando nele uma quantia proporcional ao que recebe. Na última 
semana, Biro-Biro teve um aumento no seu salário semanal, e, como de costume, foi 
jogar. Dessa vez, jogou por três horas, e, coincidentemente, voltou para casa com os 
mesmos R$ 270,00 de costume. De quanto foi o aumento semanal de Biro-Biro? 
 
 
 
16) A reação AB deve ser conduzida num reator de escoamento contínuo, com a 
vazão volumétrica de entrada de 10 L/h. Sendo a vazão molar de entrada de 5mol/h, 
determine os volumes do CSTR e do PFR para consumir 99% do reagente A, 
considerando: 
 
a) Reação de ordem zero com k = 0,05 mol/L.h 
b) Reação de 1ª ordem com k = 0,0001 s-1 
c) Reação de 2ª ordem com k = 0,02 L/mol.h 
 
17) Repita a), b) e c) para calcular o tempo necessário para consumir 99,9% 
do reagente A num reator batelada de volume constante igual a 500 dm
3
 em que 
CA0 = 0,5 mol/dm
3
. 
 
18) Uma reação química de 1ª ordem deve ser conduzida num PFR, onde a vazão 
volumétrica de trabalho é de 20L/min, com uma vazão molar de entrada de 
reagente de 5 mol/h. Sendo o comprimento permitido de instalação do reator 
igual a 10m, calcule o diâmetro do reator para uma conversão de 75% do 
reagente. Dado k = 0,06 min
-1
. 
 
 
 
 
19) Para uma dada reação química foram coletados os seguintes dados: 
 
X 0 0,2 0,4 0,45 0,5 0,6 0,8 0,9 
-rA(mol/L.min) 1,0 1,67 5,0 5,0 5,0 5,0 1,25 0,91 
 
Se a vazão molar é de 600 mol/min, determine: 
 
a) Os volumes do CSTR e do PFR para 60% de conversão; 
b) Qual a máxima conversão num CSTR de 210 L? 
 
 
20) O componente A em fase gasosa e à concentração de 1 mol/L, é colocado 
num reator batelada, onde reage para formar o produtoR, conforme a reação: 
 
AR 
 
A concentração no reator é monitorada em diferentes intervalos de tempo, tal 
como tabelado abaixo. 
 
t(min) 0 100 200 300 400 
CA(mol/m
3
) 1000 500 333 250 200 
 
Numa situação em que CA0 = 500 mol/m
3
, qual a conversão do reagente após 5 
horas?