10 5CCRE NT1 06 Quinta 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. 
julierme.oliveira@fbv.edu.br 
Faculdade Boa Viagem 
 
QUINTA LISTA DE EXERCÍCIOS 
Estequiometria em reatores de escoamento contínuo e Lei de Arrhenius 
 
Parte 1: Estequiometria em reatores de escoamento contínuo 
P5.1: Orto-nitroanilina (C) é obtida a partir da reação o orto-nitroclorobenzeno, ONCB (A) com solução aquosa de 
amônia (B): 
 
Se a reação é conduzida em um reator de escoamento contínuo com vazão de alimentação de 1 m³/h: a) construa 
uma tabela estequiométrica genérica em função da conversão de ONCB; b) Se a reação ocorre em fase líquida com 
concentrações iniciais CA,0= 1 kmol/m³ e CB,0= 5 kmol/m³, reescreva a tabela com os dados da reação. 
 
P5.2: Seja a reação de produção de etileno glicol em fase líquida conduzida em um reator em escoamento 
contínuo: 
 
As taxas molares de óxido de etileno e água são, respectivamente, 100 mol/min e 100 mol/min. A reação é 
catalisada na presença de ácido sulfúrico, que é introduzido no reator a uma taxa molar de 50 mol/min. Sabendo 
que o volume do reator é 100 L e que a velocidade específica é de 0,5 min
-1
, obtenha: a) Vazão de alimentação do 
reator; b) O tempo de residência médio; c) O valor de δ; d) Uma tabela estequiométrica em função da conversão de 
água; e) A composição molar da descarga do reator sabendo que a conversão do óxido de etileno é de 80%. 
Assuma: óxido de etileno (A), água (B), etieno glicol (C) e ácido sulfúrico (I). 
 
P5.3: Uma reação em fase líquida: A + 3B  2C é conduzida de forma isotérmica em um reator de escoamento 
contínuo com volume constante de 20 L. A alimentação é composta, em base molar, por 10% de A, 40% de B e 
50% de um solvente inerte. Considere que a alimentação é realizada com escoamento perfeito e contínuo (Q = 40 
L/min) e que a taxa molar do inerte é FI0 = 100 mol/min. a) Calcule o tempo de residência no reator; b) Calcule a 
velocidade espacial no reator; c) Calcule δ; d) Construa a tabela da estequiometria da reação em função da 
conversão de A; e) Qual será a composição molar na saída do reator para uma conversão de 80%? 
 
P5.4: Uma reação em fase líquida: 3A + B  2C é conduzida de forma isotérmica em uma série de dois reatores 
de escoamento contínuo com taxa molar global de F0 = 100 mol/s e com composição molar inicial yA0 = 0,6 e yB0 
= 0,4. O primeiro reator apresenta 𝑥A1 = 40%, enquanto que o segundo reator apresenta 𝑥A2 = 80%. a) Construa a 
tabela da estequiometria genérica para o primeiro reator em função de 𝑥A1, yA0, yB0, yC0, FA0, FB0, FC0, F0, θB0, θC0, 
a, b, c e δ; b) Construa a tabela da estequiometria para o primeiro reator em função apenas 𝑥A1; c) Calcule a 
composição molar na saída do primeiro reator; d) Construa a tabela da estequiometria genérica para o segundo 
reator em função de 𝑥A2, yA0, yB0, yC0, FA0, FB0, FC0, F0, θB0, θC0, a, b, c e δ; e) Construa a tabela da estequiometria 
para o segundo reator em função apenas de 𝑥A2. f) calcule a composição molar na saída do segundo reator. 
 
P5.5: Uma reação em fase líquida: aA + bB  cC + dD é conduzida de forma isotérmica em uma série de dois 
reatores de escoamento contínuo com taxa molar FA0, FB0, FC0 e FD0. Um solvente inerte é utilizado para facilitar o 
escoamento dos reagentes com uma taxa molar FI0. A conversão global da série de reatores é 𝑥A2, enquanto que a 
conversão do primeiro reator é 𝑥A1. a) Construa a tabela da estequiometria genérica para o primeiro reator em 
função de 𝑥A1, FA0, FB0, FC0, FD0, FI0, F0, θB0, θC0, θC0, θD0, a, b, c, d e δ; b) Construa a tabela da estequiometria 
genérica para o segundo reator em função de 𝑥A1, 𝑥A2, FA1, FB1, FC1, FD1, FI1, F1, θB1, θC1, θD1, a, b, c e δ. 
 
Cinética e Cálculo de Reatores 
Prof. Julierme Oliveira, DSc. 
 
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Faculdade Boa Viagem, FBV DeVry 
 
Parte 2: Lei de Arrhenius 
P5.6: O estudo cinético de uma reação foi realizado em um reator batelada, onde foram obtidas as seguintes 
observações experimentais: 
T (°C) 100 200 300 
k (s
-1
) 0,004 0,108 0,996 
Estime: a) A energia de ativação da reação; b) O fator pré-exponencial da equação de Arrhenius; c) A constante de 
velocidades da reação a 150°C utilizando a energia de ativação e o fator pré-exponencial calculadas; d) A 
constante de velocidades da reação a 250°C utilizando o valor mais próximo da tabela e compare o resultado com 
o anterior. 
 
P5.7: Uma reação do tipo A  B é realizada em um reator batelada, onde foram obtidas as seguintes informações: 
T (°C) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 
k (min
-1
) 0,296 0,339 0,388 0,445 0,51 0,574 0,658 0,739 0,831 
Estime: a) A energia de ativação da reação; b) O fator pré-exponencial da equação de Arrhenius; c) A constante de 
velocidades da reação a 60°C utilizando a energia de ativação e o fator pré-exponencial calculadas; d) A constante 
de velocidades da reação a 60°C utilizando o valor mais próximo da tabela e compare o resultado com o anterior. 
 
 
 
 
 
REPOSTAS 
 
P5.1: a) FA0 = CA0Q, FB0 = CB0Q, FC0 = CC0Q, FD0 = CD0Q, F0 = FA0 + FB0 + FC0 + FD0, θ𝐵 = 𝐹𝐵0/𝐹𝐴0, θ𝐶 = 𝐹𝐶0/𝐹𝐴0, 
θ𝐷 = 𝐹𝐷0/𝐹𝐴0, δ = −1 −
𝑏
𝑎
+
𝑐
𝑎
+
𝑑
𝑎
, FA = FA0 (1−𝑥A), FB = FA0 (θB−
𝑏
𝑎
𝑥A) , FC = FA0 (θC+
𝑐
𝑎
𝑥A), 
FD = FA0 (θD+
𝑑
𝑎
𝑥A), F = F0 + δFA0 𝑥A; b) FA0 = 1000 mol/h, FB0 = 5000 mol/h, FC0 = 0, FD0 = 0, F0 = 6000 
mol/h, FA = 1000(1−𝑥A), FB = 1000(5−2𝑥A) , FC = 1000 𝑥A, FD = 1000 𝑥A , F = 1000(6 −𝑥A). 
 
P5.2: a) Q = 50 L/min; b) τ = 2 min; c) δ = −1; d) FA0 = 100 mol/min, FB0 = 100 mol/min, FI0 = 50 mol/min, F0 = 
250 mol/min, θ𝐴=1, θ𝐶 = 0, θ𝐼 = 1/2, a = 1, b = 1, c = 1, FA = FB0 (θ𝐴 −
𝑎
𝑏
𝑥B), FB = FB0 (1−𝑥B), FC = FC0 
(θ𝐴 +
𝑐
𝑏
𝑥B), FI = FB0 θ𝐼 , F = F0 + δFB0 𝑥B; e) yA = 0,1176, yB = 0,1176, yC = 0,4706, yI = 0,2942. 
 
P5.3: a) τ = 0,5 min; b) 𝑣 = 2 min-1; c) δ = −2; d) FA0 = 20 mol/min, FB0 = 80 mol/min, FC0 = 0 mol/min, FI0 = 100 
mol/min, F0 = 200 mol/min, θ𝐵= 4, θ𝐶 = 0, θ𝐼 = 5, a = 1, b = 3, c = 2, FA = 20(1 − 𝑥A), FB = 20(4−3𝑥A), 
FC = 40𝑥A, FI = 100 mol/min, F = 20(10 − 2𝑥A); e) yA = 0,0238, yB = 0,1905, yC = 0,1905, yI = 0,5952. 
 
P5.4: a) FA0 = yA0F0, FB0 = yB0F0, FC0 = yC0F0, θ𝐵0 = 𝐹𝐵0/𝐹𝐴0, θ𝐶0 = 𝐹𝐶0/𝐹𝐴0, δ = −1 −
𝑏
𝑎
+
𝑐
𝑎
, FA1 = FA0 (1−𝑥A1), 
FB1=FA0 (θB0−
𝑏
𝑎
𝑥A1) , FC1 = FA0 (θC1+
𝑐
𝑎
𝑥A1), F1 = F0 + δFA0 𝑥A1; b) FA0 = 60 mol/s, FB0 = 40 mol/s, FC0 = 0, 
F0 = 100 mol/s, θ𝐵0 = 2/3, θ𝐶0 = 0, δ = −2/3, FA1 = 60(1−𝑥A1), FB1=20(2−𝑥A1), FC1=40𝑥A1, F1 = 20(5−2𝑥A1); 
c) yA1 = 0,429, yB1 = 0,381, yC1 = 0,190; d) FA0 = yA0F0, FB0 = yB0F0, FC0 =yC0F0, θ𝐵0 = 𝐹𝐵0/𝐹𝐴0, θ𝐶0 = 𝐹𝐶0/𝐹𝐴0, 
δ = −1 −
𝑏
𝑎
+
𝑐
𝑎
, FA2 = FA0 (1−𝑥A2), FB2 = FA0 (θB0−
𝑏
𝑎
𝑥A2), FC2 = FA0 (θC0+
𝑐
𝑎
𝑥A2), F2 = F0 + δFA0 𝑥A2; 
d) FA0 = 60 mol/s, FB0 = 40 mol/s, FC0 = 0, F0 = 100 mol/s, θ𝐵0 = 2/3, θ𝐶0 = 0, δ = −2/3, FA2 = 60(1−𝑥A2), 
FB2=20(2−𝑥A2), FC2=40𝑥A2, F2 = 20(5−2𝑥A2); c) yA2 = 0,176, yB2 = 0,353, yC2 = 0,471; 
 
P5.5: a) F0 = FA0+FB0+FC0+FD0+FI0, θ𝐵0 = 𝐹𝐵0/𝐹𝐴0, θ𝐶0 = 𝐹𝐶0/𝐹𝐴0, θ𝐷0 = 𝐹𝐷0/𝐹𝐴0, θ𝐼0 = 𝐹𝐼0/𝐹𝐴0, δ = −1 −
𝑏
𝑎
+
𝑐
𝑎
+
𝑑
𝑎
, 
FA1 = FA0(1−𝑥A1), FB1=FA0(θB0−
𝑏
𝑎
𝑥A1), FC1 = FA0(θC0+
𝑐
𝑎
𝑥A1), FD1=FA0(θD0+
𝑐
𝑎
𝑥A1), FI1=FA0θI0, F1 = F0 + 
δFA0 𝑥A1; b) θ𝐵1 = 𝐹𝐵1/𝐹𝐴1, θ𝐶1 = 𝐹𝐶1/𝐹𝐴1, θ𝐷1 = 𝐹𝐷1/𝐹𝐴1, θ𝐼1 = 𝐹𝐼1/𝐹𝐴1, δ=−1 −
𝑏
𝑎
+
𝑐
𝑎
+
𝑑
𝑎
, FA2=FA1(
1−𝑥A2
1−𝑥A1
), 
FB2=FA1[θ𝐵1 −
𝑏
𝑎
(
𝑥A2−𝑥A1
1−𝑥A1
)], FC2=FA1[θ𝐶1 +
𝑐
𝑎
(
𝑥A2−𝑥A1
1−𝑥A1)], FD2=FA1[θ𝐷1 +
𝑑
𝑎
(
𝑥A2−𝑥A1
1−𝑥A1
)], FI1=FA1θI1, 
F2 = F1 + FA1[
𝛿(𝑥A2−𝑥A1)−𝑥A1
1−𝑥A1
]. 
 
P5.6: a) E ≈ 50 kJ; b) A≈ 35000 s-1; c) k ≈ 0,0234 min-1; d) k ≈ 0,3549 min-1; 
 
P5.7: a) E ≈ 19,5 kJ; b) A≈ 1155 min-1; c) k ≈ 1,01 min-1; d) k ≈1,03 min-1;