Lista de exercicios Calculo de reatores

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Curso de Graduação em Engenharia Química 
Disciplina de Cálculo de Reatores 1 
 
Profa. Dra. Michele Di Domenico 2017/2 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS 4 
 
1. Escreva a lei de velocidade para a reação elementar em fase líquida, 3𝐴 + 2𝐵 → 4𝐶, unicamente em termos da 
conversão. A alimentação ao reator batelada é equimolar de A e B, com CA0=2 mol/dm3 e kA=0,01 (dm3/mol)4/s. 
Encontre também as concentrações de A e B. Resposta: CA=CA0(1-X); CB=CA0(1-2/3X); −rA=0,32(1-X)3(1-2/3X)2mol/dm3/s 
 
2. Calcule o grau de avanço (ε) para a reação em fase gasosa, 2𝐴 + 𝐵 → 𝐶, cuja alimentação é equimolar de A e B. Resposta: 
ε=-0,5 
 
3. Considere que uma dada reação em fase gasosa está ocorrendo em reator batelada, no qual ocorre variação de volume. 
Expresse o volume total da reação como uma função do volume total inicial, do número de mols, da pressão e da 
temperatura. Resposta: V=V0(NT/NT0) (P0/P)(T/T0) 
 
4. Calcule a conversão de equilíbrio, Xe, para a reação elementar em fase gasosa, 2𝐴 ↔ 𝐵, com Kc=20 dm3/mol e 
CA0=0,2 mol/dm3. Encontre Xe para ambos os reatores batelada e de fluxo contínuo. Resposta: Xe,fluxo=0,757 e Xe,batelada=0,70 
 
5. Benzamida é o produto obtido da reação em fase líquida da amônia e o cloreto de benzoíla: 
𝐶6𝐻5𝐶𝑂𝐶𝑙 + 2𝑁𝐻3 → 𝐶6𝐻5𝐶𝑂𝑁𝐻2 +𝑁𝐻4𝐶𝑙 
a) Considerando o cloreto de benzoíla como base de cálculo, construa a tabela estequiométrica para um sistema em 
batelada. Expresse a concentração de cada espécie da reação em função da conversão. 
b) Se a mistura inicial for constituída de amônia numa concentração de 6 mol/dm3 e cloreto de benzoíla numa 
concentração de 2 mol/dm3, calcule as concentrações de amônia e benzamida quando a conversão for de 25%. 
 
6. A reação elementar em fase gasosa, 2𝐴 + 𝐵 → 3𝐶, é realizada isotermicamente em um reator de fluxo contínuo sem 
queda de pressão. A alimentação é equimolar de A e B. 
a) Faça a tabela estequiométrica e expresse a concentração de cada espécie da reação em função da conversão. 
b) Escreva a lei de velocidade, –rA, somente em função da conversão (–rA =f(X)). Mostre os valores encontrados 
para δ, yA0 e ε. São dados: k = 2 dm6/mol2/s, CA0 = 2 mol/dm3. Resposta: −rA=16mol/dm3/s(1-X)2(1-1/2X), δ=0, 
yA0=0.5 e ε=0 
c) Calcule –rA para uma conversão de 40%. Resposta: −rA=4.61mol/dm3/s 
 
7. Considere a seguinte reação de produção do etilbenzeno, ocorrendo em um reator de fluxo contínuo: 
𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 + 2𝐸𝑡𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 → 𝐸𝑡𝑖𝑙𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛𝑜 + 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛𝑜 
 
A alimentação de gás consiste em 25% de tolueno e 75% de etileno. Assuma que a reação é elementar com k=250 
(dm6/mol2/s). A pressão de entrada é igual a 8,2 atm e a temperatura de entrada igual a 227 oC. A reação está ocorrendo 
isotermicamente e não há queda de pressão. 
a) Qual é a base de cálculo? Por quê? Resposta: Tolueno 
b) Faça a tabela estequiométrica e expresse a concentração de cada espécie da reação em função da conversão. 
c) Calcule as concentrações de entrada do tolueno e do etileno. Resposta: CA0=0.05mol/dm3, CB0=0.15mol/dm3 
d) Escreva a lei de velocidade apenas como uma função da conversão, ou seja, –rA =f(X). Resposta: 
−rA=0.03125mol/dm3/s(1-X)(3-2X)2/(1-0.25X)3 
 
*EXERCÍCIOS DO CAPÍTULO 4 (Pag. 106), livro Cálculo de Reatores do H. S. Fogler: 
P4-2 (a), (b) e (c); P4-4; P4-5; P4-6; P4-8; P4-9; P4-11. 
 
P4-2. Resposta: 
(b) CD não é alterado, CB,20%=2,33mol/dm3 e CB,90%=0mol/dm3. 
P4-4. Resposta: 
(a) CB0=CA0=0,1mol/dm3. 
(b) CA=0,086mol/dm3 e CC=0,0143mol/dm3. 
(c) CB=0,1mol/dm3. 
(d) CB=0,1mol/dm3. 
(e) rA=-4mol/dm3/min. 
P4-5. Resposta: 
(a) τ300K=2,186s e τ350K=0,109s; V300K=437,2L e V350K=21,8L. 
(b) −rA=kCA; para reator batelada de volume constante ε=0. 
(c) −rA=kCACB0,5. 
(d) −rA’=kPAPB2 e W=5,22x10-8 kgcat. 
P4-6. Resposta: 
(a) −rA=kCACB. 
(c) CA=NA/V e −rA=kNANB/V2. 
(d) −rA=k(1,8)2(1-X)(3,67-2X). 
(e) −rA,188oC=0,0202kmol/m3/min, −rA,25oC=2,41x10-5kmol/m3/min, −rA,288oC=0,1806kmol/m3/min. 
(f) −rA,188oC=0,00103kmol/m3/min, −rA,25oC=1,23x10-6kmol/m3/min, −rA,288oC=0,0092kmol/m3/min. 
(g) V25oC=162,60m3, V288oC=21,739m3. 
P4-8. Resposta: 
(b) δ=-2/3, ε=-1/3, CA0=0,2mol/dm3, CH2=0,1mol/dm3, CNH3=0,1mol/dm3. 
(c) (1) –rN2=1,6((1-X)/(1-X/3))3/2; (2) –rN2=1,6(1-X/3)1/2(1-X)3/2. 
P4-9. Resposta: 
(a) Xe=0,80, CA=0,4mol/dm3, CB=0,4mol/dm3, CC=1,6mol/dm3. 
(b) Xe=0,58, CA=0,059mol/dm3, CC=0,246mol/dm3. 
(c) Xe=0,39, CA=0,19mol/dm3, CC=0,36mol/dm3. 
(d) Xe=0,58, CA=0,059mol/dm3, CC=0,246mol/dm3.