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2ª Lista de Exercícios - Processos Químicos II 1. O dicloroetano pode ser obtido a partir da reação do etileno com o gás cloro conforme apresentado abaixo. Esta reação é classificada como simples e irreversível. Cl2 + C2H4 C2H4Cl2 Para este caso, pergunta-se: a) Qual é o valor de conversão que deverá ser especificado como meta? Justifique a sua resposta. b) Nos processos químicos, quando existe mais de um reagente na alimentação é aconselhável que um deles seja adicionado em excesso para que tentar aumentar a conversão. Que fatores você iria analisar para definir que reagente seria colocado em excesso? a) Como a reação é simples (não há reações laterais), a meta da conversão a ser projetada deverá ser a mais alta possível, sendo normalmente adotado como ponto de partida o valor de 95%. b) Os fatores normalmente avaliados são: custo da matéria-prima, facilidade de separação (efluente do reator), o que normalmente leva a um menor custo no projeto e operação, segurança, toxicidade, corrosão etc. 2. Considere as seguintes reações apresentadas abaixo: Quais as configurações de reator ideal que você escolheria para fazer o produto D? Qual é o reagente que deverá ser adicionado em excesso para aumentar a seletividade? Justifique a sua resposta. r1/r2 = CA* CB 1,5 Para aumentar a seletividade deve-se ter r1 > r2 e isto é favorecido trabalhando com concentrações altas de A e B. Assim, o reator ideal recomentado é o PFR ou batelada, dependendo do modo que a unidade irá operar. Além disso, para aumentar a seletividade deve colocar B em excesso, fazendo deste modo que a razão r1/r2 seja maior do que se o reagente A fosse adicionado em excesso. 3. Considere a seguinte reação de formação do clorometano: CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl No entanto existem reações secundárias que levam a produção de subprodutos: CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + HCl CHCl3 + Cl2 CCl4 + HCl A partir dos dados apresentados, pergunta-se: a) Como podem ser classificadas as reações apresentada acima? Múltiplas em série e paralelo b) Qual reagente deverá ser adicionado em excesso? Justifique a resposta. O metano, já que o cloro participa das reações laterais, favorecendo, portanto o aumento da seletividade. c) Cite uma operação que pode inserida no processo com o objetivo de aumentar a seletividade? Adição de metano em excesso e a remoção do clorometano. 4 Considere as seguintes reações múltiplas em paralelo, onde D é o produto desejado e I é o indesejado. A Figura 1 mostra a dependência das constantes de velocidade da reação (k1 e k2) com a temperatura, segundo a lei Arrhenius. Sabendo que o ponto de intersecção das duas retas ocorre na temperatura de 75 o C, pergunto qual seria a temperatura recomendada para conduzir a reação de modo a aumentar a seletividade? Justifique a sua resposta? Figura 1 Nota: equação de Arrhenius Sendo: k0 = fator de frequência, E = energia de ativação e R = constante universal dos gases. Para aumentar a seletividade deve-se escolher a Temperatura onde a constante cinética da reação de D seja maior do que a de I. Neste caso, isto ocorre para temperaturas acima de 75ºC. 5. Que condição de operação favorecerá a formação de R? A + B 2R A + B S + T Como E1 > E2, o aumento da temperatura favorece a obtenção de R. Colocar A em excesso para favorecer a obtenção de R, ou seja, B diluído em A. 6. Completar a tabela abaixo, indicando: a condição recomendada para alimentação e o tipo de reator ideal. Mecanismo Cinética da reação Tipo de reator Ideal processos contínuo e batelada Condições recomendáveis para a alimentação R1 + R2 P R1 + R2 B r1 = k1(CR1) 2 CR2 r2 = k2 CR1 (CR2) 0.5 PFR ou Batelada Adicionar R1 em excesso R1 + R2 P R1 + R2 B r1 = k1 CR1 (CR2) 0.5 r2 = k2 (CR1) 1.5 CR2 CSTR (continuo) Semibatelada (batelada) A concentração das duas alimentações deve ser minimizada por meio da adição progressiva ou por diluição prévia. R1 + R2 P R1 + R2 B r1 = k1(CR1) 1.5 CR2 r2 = k2 CR1 CR2 PFR ou Batelada Adicionar R1 em excesso R1 + R2 P R1 + R2 B r1 = k1(CR1) 1.5 CR2 0.5 r2 = k2 CR1 CR2 PFR/CSTR em serie Semibatelada a1>a2 e b1<b2 : a CR1 e CR2 => Diluir R2 em R1
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