10 5CCRE NT1 03 Segunda Lista de Exercícios

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Faculdade Boa Viagem, FBV DeVry 
 
 
C I N É T I C A E C Á L C U L O D E 
R E AT O R E S 
 
Professor Julierme Gomes Correia de Oliveira, DSc. 
joliveira20@fbv.edu.br 
Faculdade Boa Viagem 
 
SEGUNDA LISTA DE EXERCÍCIOS 
Cálculo de conversão e dimensionamento de reatores 
 
Parte 1: Reatores em batelada 
P2.1: Seja uma reação 𝐴 → 𝐵 em um reator batelada. Calcule o tempo necessário para converter 80% do reagente 
A nas seguintes condições: a) reação de ordem zero (−𝑟𝐴 = 𝑘) com 𝑘 = 0,01 𝑚𝑜𝑙/(𝐿 ∙ ℎ); b) reação de 
primeira ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴) com 𝑘 = 0,1 ℎ
−1; c) reação de segunda ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴
2) com 𝑘 =
1 𝐿/(𝑚𝑜𝑙 ∙ ℎ). Considere CA0 = 0,1 mol/L. 
 
P2.2: Considere uma reação de oxidação de um composto orgânico A, em fase líquida. A reação é de primeira 
ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴, 𝑘 = 0,2 𝑚𝑖𝑛
−1) e acontece em um reator batelada a volume constante. Calcule o tempo 
necessário para uma conversão de: a) 5%, b) 10%, c) 20 %; d) 40%; e) 60%; f) 80%; g) 90%; h) 95%; h) 
99%; i) Faça um esboço da conversão versos tempo com os dados calculados nesta questão. 
 
Parte 2: Reatores CSTR 
P2.3: Considere que a reação P2.1 acontece em um reator CSTR. Se vazão de alimentação é constante 
(FA0=10 𝑚𝑜𝑙𝑠/ℎ, Q =100𝐿/h), calcule o volume necessário para que o reator seja capaz de converter 80% 
do reagente A nas seguintes condições: a) reação de ordem zero (−𝑟𝐴 = 𝑘) com 𝑘 = 0,01 𝑚𝑜𝑙/(𝐿 ∙ ℎ); b) 
reação de primeira ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴) com 𝑘 = 0,1 ℎ
−1; c) reação de segunda ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴
2) com 
𝑘 = 1 𝐿/(𝑚𝑜𝑙 ∙ ℎ). 
 
P2.4: Considere que a reação de oxidação apresentada na questão P2.2 acontece em um reator CSTR nas mesmas 
condições cinéticas (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴, 𝑘 = 0,20 𝑚𝑖𝑛
−1). Supondo que a vazão é constante (Q = 10 𝐿/𝑚𝑖𝑛), 
calcule o volume do CSTR necessário para uma conversão de: a) 5%, b) 10%, c) 20 %; d) 40%; e) 60%; f) 
80%; g) 90%; h) 95%; h) 99%; i) Faça um esboço da conversão versos tempo com os dados calculados 
nesta questão. 
 
P2.5: Um gás puro A (8,2 atm e 227°C) entra em um reator CSTR com vazão volumétrica de 2 L/s. Medidas 
experimentais da velocidade de reação e da conversão deste gás estão apresentadas na tabela abaixo: 
Conversão, XA 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,7 0,8 
Velocidade de reação, −rA (mol/m³s) 0,45 0,37 0,30 0,195 0,113 0,079 0,05 
Determine: a) Concentração de entrada de A (CA0); b) Vazão molar de entrada (FA0); c) Construa um gráfico de 
(
𝐹𝐴0
−𝑟𝐴
) em função da conversão (XA); d) Utilizando o gráfico (letra c), calcule o volume do CSTR necessário para 
atingir uma conversão de 80%; e) Sombreie a área do gráfico (letra c) que corresponde ao volume calculado (letra 
d). Considere 1 atm = 101325 Pa, R = 8,314 J/mol∙K. 
 
P2.6: Uma reação endotérmica 𝐴 → 𝐵 + 𝐶 foi executada adiabaticamente de acordo com a tabela: 
Conversão, XA 0 0,2 0,4 0,45 0,5 0,6 0,8 0,9 
Velocidade de reação, −rA (mol/dm³∙min) 1 1,67 5 5 5 5 1,25 0,91 
Para uma vazão molar de entrada de 300 mols/min, determine o volume necessário para um CSTR atingir 40% de 
conversão; 
 
 
Cinética e Cálculo de Reatores 
Prof. Julierme Oliveira, DSc. 
 
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P2.7: Em biorreatores, o crescimento de células é autocatalítico, ou seja, quanto mais células, maior a velocidade 
de crescimento. Esta velocidade de crescimento (rc) e a velocidade de consumo de nutrientes (rS) são diretamente 
proporcionais à concentração de células. Um gráfico de Levenspiel para uma reação biológica é apresentada a 
seguir: 
 
Para um CSTR com vazão de alimentação de 1 kg/h: a) Qual o volume do reator para atingir 40% de conversão?; 
b) Qual o volume do reator para atingir 80% de conversão?; 
 
P2.8: A reação exotérmica, em fase gasosa: 2𝐴 + 𝐵 → 2𝐶, ocorre em um reator CSTR adiabático com 
escoamento contínuo tendo alimentação equimolar de A e B. Um gráfico de Levenspiel para esta reação é 
mostrado na figura: 
 
 
Determine o volume necessário para atingir uma conversão de 50%; 
 
Parte 2: Reatores PFR 
P2.9: Considere que a reação P2.5 acontece em um reator PFR. Se vazão de alimentação é constante 
(FA0=10 𝑚𝑜𝑙𝑠/ℎ, Q =100𝐿/h), calcule o volume necessário para que o reator seja capaz de converter 80% 
do reagente A nas seguintes condições: a) reação de ordem zero (−𝑟𝐴 = 𝑘) com 𝑘 = 0,01 𝑚𝑜𝑙/(𝐿 ∙ ℎ); b) 
reação de primeira ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴) com 𝑘 = 0,1 ℎ
−1; c) reação de segunda ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴
2) com 
𝑘 = 1 𝐿/(𝑚𝑜𝑙 ∙ ℎ). 
 
P2.10: Considere que a reação de oxidação apresentada na questão P2.2 acontece em um reator PFR nas mesmas 
condições cinéticas (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴, 𝑘 = 0,20 𝑚𝑖𝑛
−1). Supondo que a vazão é constante (Q = 10 𝐿/𝑚𝑖𝑛), 
calcule o volume do PFR necessário para uma conversão de: a) 5%, b) 10%, c) 20 %; d) 40%; e) 60%; f) 
80%; g) 90%; h) 95%; h) 99%; i) Faça um esboço da conversão versos tempo com os dados calculados 
nesta questão. 
 
Cinética e Cálculo de Reatores 
Prof. Julierme Oliveira, DSc. 
 
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P2.11: Considere agora que a reação da questão P2.5 é conduzida em um reator PFR nas mesmas condições 
cinéticas e de operação do CSTR: a) Construa um gráfico de (
𝐹𝐴0
−𝑟𝐴
) em função da conversão (XA); b) Utilizando o 
gráfico (letra a), calcule o volume do PFR necessário para atingir uma conversão de 80%; c) Sombreie a área do 
gráfico (letra a) que corresponde ao volume calculado (letra b); d) Construa um gráfico da conversão em função do 
volume do reator; e) Construa um gráfico da velocidade de reação em função do volume do reator; 
 
P2.12: Considere agora que a reação da questão P2.6 é conduzida em um reator PFR com vazão molar de entrada 
de 300 mols/min. Determine o volume necessário para o reator atingir 40% de conversão. 
 
P2.13: Considere que o processo biológico descrito na questão P2.8 acontece em um reator PFR. Para uma vazão 
de alimentação de 1 kg/h: a) Qual o volume do reator para atingir 40% de conversão?; b) Qual o volume do reator 
para atingir 80% de conversão?; 
 
P2.14: Considere agora que a reação da questão P2.8 é conduzida em um reator PFR. Considerando o gráfico 
apresentado na questão P2.4., determine: o volume necessário para atingir 50% de conversão; 
 
 
 
 
REPOSTAS 
 
P2.1: a) 8h; b) 16h; c) 50 h; 
P2.2: a) 15s; b) 32s; c) 67s; d) 153s; e) 275s; f) 483s; g) 691s; h) 899s; i) 1382s; 
P2.3: a) 800 L; b) 4000 L; c) 20000 L; 
P2.4: a) 2,6 L; b) 5,6 L; c) 12,5 L; d) 33,3 L; e) 75 L; f) 200 L; g) 450 L; h) 950 L; i) 4950 L; 
P2.5: a) CA0 = 200 mol/m³; b) FA0 = 0,4 mol/s; d) V = 6,4 m³; 
P2.6: V = 24 dm³; 
P2.7: a) V = 60 dm³; V = 640 dm³; 
P2.8: V = 50000 m³; 
P2.9: a) 800 L; b) 1610 L; c) 5000 L; 
P2.10: a) 2,6 L; b) 5,3 L; c) 11,2 L; d) 25,5 L; e) 45,8 L; f) 80,5 L; g) 115,1 L; h) 149,8 L; i) 230,3 L; 
P2.11: b) V = 2,2 m³; 
P2.12: V=72 dm³;