Exercício 3, 4 e 5 (resposta)

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Exercícios 
3. Responda as seguintes perguntas para cada item abaixo. Justifique a sua resposta 
i) Classifique as reações. 
ii) Especifique a conversão. 
iii)Especifique o(s) modelo(s) de reator ideal. 
iv) Especifique o modo preferencial de alimentação dos reagentes. 
 
Item a) 
Mecanismo Cinética da reação 
R1 + R2  P 
R1 + R2  B 
r1 = k1(CR1)
1.5
 CR2 
r2 = k2 CR1 (CR2)
0.5
 
 
i) Reação múltipla em paralelo 
ii) r2/r1 = k’ /( CR1
0.5
 CR2
0.5
), esta expressão mostra que a medida que as concentrações 
de R1 e R2 forem diminuindo com o tempo, a razão r2/r1 irá , logo a Seletividade . 
Isto implica em dizer que à medida que a conversão aumenta, a seletividade diminui; 
logo especificar a Conversão em 50%. 
iii) r2/r1 = k’ /(CR1
0.5
 CR2
0.5
) esta expressão mostra que a seletividade é favorecida com 
concentrações altas de R1 e R2. Como, comparativamente, a Concentração do CSTR é 
menor do que as do PFR e Batelada, os reatores recomendáveis são estes dois últimos. 
iv) r1/r2 = k” (CR1
0.5
 CR2
0.5
). Não existe diferença em adicionar em excesso R1 ou R2 
(mesmo expoente) com relação ao aumento da seletividade. Neste caso deve ser 
avaliado os demais critérios (custo, segurança, separação mais fácil) 
 
Item b) 
R1 + R2  P 
R1 + R2  B 
r1 = k1 CR1
 
(CR2)
0.5
 
r2 = k2 (CR1)
1.5
 CR2 
 
i) Reação múltipla em paralelo 
 
 
ii) r2/r1 = k’( CR1
0.5
 CR2
0.5
), esta expressão mostra que a medida que as concentrações 
de R1 e R2 forem diminuindo, a razão r2/r1 também diminui, logo a Seletividade 
aumenta. Especificar a Conversão em 95%. 
iii) r2/r1 = k’( CR1
0.5
 CR2
0.5
), esta expressão mostra que a seletividade é favorecida com 
concentrações baixas de R1 e R2. Como, comparativamente, a Concentração do CSTR é 
menor do que as do PFR e Batelada, o reator recomendável é o CSTR. No entanto, se o 
processo for batelada, deve-se utilizar o reator batelada diluindo a alimentação em um 
solvente por exemplo. 
iv) r1/r2 = k”/( CR1
0.5
 CR2
0.5
). Não existe diferença em adicionar R1 ou R2 em excesso 
com relação ao aumento da seletividade. Neste caso deve ser avaliado os demais 
critérios (custo, segurança, separação mais fácil). 
 
Item c) 
R1 + R2  P 
2R1  B 
r1 = k1CR1CR2 
r2 = k2 CR1
.2 
 
i) Reação múltipla em paralelo 
ii) r2/r1 = k’CR1/CR2, esta expressão sugere que as concentrações não afetam a 
Seletividade, logo especificar a Conversão em 95% . 
iii) r2/r1 = k’CR1/CR2, esta expressão mostra que a seletividade é favorecida com 
concentrações baixa de R1 e alta de R2, logo especificar o reator batelada ou PFR 
(CSTR em série), com o modo de operação semibatelada, sendo R1 diluído em R2. 
iv) Modo de adição semibatelada, sendo R1 diluído em R2. 
 
Item d) 
R1 + R2  P 
P + R2  B 
r1 = k1CR1CR2 
r2 = k2 CP
1,5
 CR2 
i) Reação múltipla em série /paralelo 
ii) r2/r1 = (k2 CP
1,5
 CR2) / (k1CR1CR2) = k’ (CP
1,5
) / (CR1). Esta expressão sugere que à 
medida que P é formado ou R1 consumido, a seletividade diminui. Especificar a 
Conversão em 50%. 
 
 
iii) No caso de reações em série o parâmetro mais importante é o tempo de residência. 
Como, comparativamente, é possível ter maior controle do tempo de residência nos 
reatores PFR e Batelada do que no CSTR (existe uma distribuição de tempo de 
residência), os dois primeiros são os escolhidos (PFR/Batelada). 
iv) Opções: Adicionar R1 em excesso; manter a concentração de R2 baixa (operação 
semibatelada, diluindo R2 em R1). Retirada do produto. 
 
4. Considere a seguinte reação de formação do produto D: 
 
CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl 
 
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 acima? 
Múltiplas, em paralelo para o cloro e em série para o CH3Cl, CH2Cl2 e CHCl3 
 
b) Qual reagente deverá ser adicionado em excesso? Justifique a resposta. 
O CH4 de modo a tentar levar a conversão completa do cloro e assim tentar inibir as 
reações paralelas. 
 
5. Considere as seguintes, onde D é o produto desejado e I é o indesejado. 
 
A Figura 1 apresenta 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 
Para aumentar a seletividade r1 deve ser maior que r2, sendo que isto ocorre quando a 
temperatura é maior do que 75ºC. Deve-se ter em mente que a escolha da temperatura 
deve também considerar os limites de segurança, custo de construção do equipamento e 
as utilidades disponíveis.