10 5CCRE NT1 04 Terceira 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 ATO R E S 
 
Professor Julierme Gomes Correia de Oliveira, DSc. 
joliveira20@fbv.edu.br 
Faculdade Boa Viagem 
 
TERCEIRA LISTA DE EXERCÍCIOS 
Reatores em série 
 
P3.1: Seja uma reação 𝐴 → 𝐵 de ordem zero (−𝑟𝐴 = 𝑘, 𝑘 = 0,2 𝑚𝑜𝑙/𝐿 ∙ ℎ). Se vazão de alimentação é constante 
(FA0=100 𝑚𝑜𝑙𝑠/ℎ, Q =500 𝐿/h)., calcule o volume global capaz de converter 90% de “A” para os casos: a) 
Único CSTR; b) Único PFR; c) Dois CSTR’s (XA1=45%); d) Dois PRF’s (XA1=45%); e) CSTR+PRF 
(XA1=45%); f) PRF+CSTR (XA1=45%); g) Faça um esboço do gráfico de Levenspiel (
𝐹𝐴0
−𝑟𝐴
 𝑣𝑠 𝑋𝐴) para a 
reação, analise e compare os resultados. 
 
P3.2: Seja uma reação 𝐴 → 𝐵 de primeira ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴, 𝑘 = 0,5 ℎ
−1). A vazão de alimentação é constante 
(FA0=10 𝑚𝑜𝑙𝑠/ℎ, Q =200 𝐿/h). Calcule o volume global capaz de converter 80% de “A” para os casos: a) 
Único CSTR; b) Único PFR; c) Dois CSTR’s (XA1=50%); d) Dois PRF’s (XA1=50%); e) CSTR+PRF 
(XA1=50%); f) PRF+CSTR (XA1=50%); g) Faça um esboço do gráfico de Levenspiel para a reação, analise e 
compare os resultados; h) Qual seria a sua proposta para minimizar o volume global do processo? 
 
P3.3: Considere a reação de degradação de um composto orgânico em fase líquida. A reação é de primeira ordem 
(−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴, 𝑘 = 0,02 𝑚𝑖𝑛
−1) e acontece em uma série de reatores CSTR (FA0 = 10 mol/min, Q = 12,5 
L/min) com conversão global de 90%. Calcule o volume global do processo para: a) Dois CSTR’s 
(XA1=45%); b) Quatro CSTR’s (XA1=20%, XA2=40% e XA3=70%); c) Oito CSTR’s (XA1=5%, XA2=10%, 
XA3=20%, XA4=30%), XA5=40%), XA6=60%) e XA7=80%); d) É possível minimizar o volume global 
utilizando apenas reatores CSTR? Compare com o volume de um reator PFR. 
 
P3.4: Seja uma reação 𝐴 → 𝐵 de segunda ordem (−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴
2, 𝑘 = 2 𝐿/𝑚𝑜𝑙 ∙ ℎ). A vazão de alimentação é 
constante (FA0=50 𝑚𝑜𝑙𝑠/ℎ, Q = 100 𝐿/h). Calcule o volume global capaz de converter 70% de “A” para os 
casos: a) Único CSTR; b) Único PFR; c) Dois CSTR’s (XA1=30%); d) Dois PRF’s (XA1=30%); e) CSTR+ 
PRF (XA1=30%); f) PRF+CSTR (XA1=30%); g) Faça um esboço do gráfico de Levenspiel para a reação, 
analise e compare os resultados; h) Qual seria a sua proposta para minimizar o volume global do processo? i) 
Calcule o volume mínimo global. 
 
 
Cinética e Cálculo de Reatores 
Prof. Julierme Oliveira, DSc. 
 
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P3.5: Um gás puro A (2 atm e 127°C) entra em um reator CSTR com vazão volumétrica de 1 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 o volume global de dois reatores em série com conversão global XA2=80% para os casos: a) Dois 
CSTR’s (XA1=40%); b) Dois CSTR’s (XA1=60%); c) CSTR+PFR (XA1=40%); d) CSTR+PFR (XA1=60%); e) 
PFR+CSTR (XA1=40%); f) PFR+CSTR (XA1=60%); g) Faça um esboço do gráfico de Levenspiel para a 
reação, analise e compare os resultados; h) Qual seria a sua proposta para minimizar o volume global do 
processo? i) Calcule o volume mínimo global. Considere 1 atm = 101325 Pa, R = 8,314 J/mol∙K. 
 
P3.6: Uma reação endotérmica foi executada adiabaticamente com alimentação molar de entrada de 200 mols/min, 
segundo os dados da tabela: 
Conversão, XA 0 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 
Velocidade de reação, −rA (mol/Lmin) 1 1,7 5 5 5 1,3 0,9 
Determine o volume global para três reatores em série com conversão global XA3= 90% (XA1=40% e 
XA2=60%) para os casos: a) Três CSTR’s b) CSTR+PFR+CSTR; c) PFR+CSTR+PFR; d) Faça um esboço do 
gráfico de Levenspiel para a reação, analise e compare os resultados; e) Qual seria a sua proposta para 
minimizar o volume global do processo? f) Calcule o volume mínimo global. 
 
P3.7: Um processo biológico acontece em uma série de reatores em série, onde o gráfico de Levenspiel para a 
reação é apresentada na figura: 
 
Se vazão de alimentação de é de 10 kg/h, calcule o volume global de quatro reatores CSTR em série com 
conversão global XS4= 80% para os casos: a) XS1= 20%, XS2= 40% e XS3= 60%; b) XS1= 25%, XS2= 45% e 
XS3= 65%; c) XS1= 30%, XS2= 50% e XS3= 70%; d) Qual seria a sua proposta para minimizar o volume 
global do processo? e) Calcule o volume mínimo global. Admita que no início da reação (XS0 = 0), a 
velocidade da reação é –rS0 = 0,82 g/dm³h. 
 
 
Cinética e Cálculo de Reatores 
Prof. Julierme Oliveira, DSc. 
 
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P3.8: A reação exotérmica, em fase gasosa ocorre em uma série de reatores adiabáticos com escoamento contínuo. 
A cinética da reação está representada pelo gráfico de Levenspiel: 
 
 
Calcule o volume global para dois reatores em série com conversão global XA2=80% (XA1 = 50%) para os 
casos: a) Dois CSTR’s; b) Dois PFR’s; c) PFR+CSTR; d) CSTR+PFR; e) Analise e compare os resultados. 
 
 
 
 
 
 
REPOSTAS 
 
P3.1: a) V = 450 L; b) V = 450 L; c) V1 = 225 L e V2 = 225 L; d) V1 = 225 L e V2 = 225 L; e) V1 = 225 L e V2 = 225 L; 
f) V1 = 225 L e V2 = 225 L; 
P3.2: a) V = 1600 L; b) V = 644 L; c) Vtotal = 1000 L ( V1 = 400 L e V2 = 600 L); d) Vtotal = 644 L ( V1 = 277 L e V2 = 
367 L); e) Vtotal = 767 L ( V1 = 400 L e V2 = 767 L); f) Vtotal = 877 L ( V1 = 277 L e V2 = 600 L); 
P3.3: a) Vtotal = 3,32 m³; b) Vtotal = 2,24 m³; c) Vtotal = 1,9 m³; d) VPFR = 1,44 m³; 
P3.4: a) V = 778 L; b) V = 333 L; c) Vtotal = 506 L (V1 = 61 L e V2 = 445 L) d) Vtotal = 333 L (V1 = 143 L e V2 = 190 L); 
e) Vtotal = 251 L (V1 = 61 L e V2 = 190 L); f) Vtotal = 648 L (V1 = 143 L e V2 = 505 L); 
P3.5: a) Vtotal = 613 L (V1 = 125 L e V2 = 488 L); b) Vtotal = 568 L (V1 = 324 L e V2 = 244 L); c) Vtotal = 375 L (V1 = 125 
L e V2 = 250 L); d) Vtotal = 489 L (V1 = 324 L e V2 = 165 L); e) Vtotal = 572 L (V1 = 85 L e V2 = 487 L); f) Vtotal = 
414 L (V1 = 170 L e V2 = 244 L); i) V = 335 L; 
P3.6: a) Vtotal = 91 L (V1 = 16 L, V2 = 8 L e V3 = 67 L); b) Vtotal = 91 L (V1 = 16 L, V2 = 8 L e V3 = 67 L); c) Vtotal = 94 L 
(V1 = 48 L, V2 = 8 L e V3 = 38 L); e) CSTR (XA1 = 60%)+PFR (XA2 = 90%); f) Vtotal = 62 L (V1 = 24 L e V2 = 38 
L); 
P3.7: a) Vtotal = 3350 L (V1 = 950 L, V2 = 300 L, V3 = 500 L e V4 = 1600 L); b) Vtotal = 3000 L (V1 = 875 L, V2 = 225 L, 
V3 = 700 L e V4 = 1200 L); c) Vtotal = 2800 L (V1 = 750 L, V2 = 300 L, V3 = 950 L e V4 = 800 L); d) CSTR (XA1 = 
45%)+PFR (XA2 = 80%); f) Vtotal = 1830 L (V1 = 585 L e V2 = 1245 L); 
P3.8: a) Vtotal = 200 m³ (V1 = 50 m³ e V2 = 150 m³); b) Vtotal = 240 m³ (V1 = 150 m³ e V2 = 90 m³); c) Vtotal = 300 m³ (V1 
= 150 m³ e V2 = 150 m³); d) Vtotal = 140 m³ (V1 = 50 m³ e V2 = 90 m³).