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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA CINÉTICA QUÍMICA – 2008 Lista de exercícios 5 – Método do tempo de meia-vida Prof. Murilo D.M. Innocentini 1) Obtenha as expressões cinéticas para as reações irreversíveis em fase líquida A ? B, sabendo-se que os seguintes dados foram obtidos em laboratório em um reator BSTR em temperatura constante: (a) Tempo (min) 0.00 0.05 0.11 0.18 0.26 0.37 0.51 0.68 0.91 1.22 CA (M) 2 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 Tempo (min) 1.65 2.25 3.14 4.52 6.82 10.96 19.41 40.22 111.45 632.10 CA (M) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 (Resposta: n = 3,5; k3,5 = 0,20 litro2,5mol-2,5min-1). (b) Tempo (h) 0.000 0.080 0.164 0.251 0.343 0.439 0.540 0.648 0.762 0.885 CA (M) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 Tempo (h) 1.016 1.159 1.314 1.487 1.680 1.901 2.160 2.478 2.897 3.538 CA (M) 50.0 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 (Resposta: n = 0,8; k0,8 = 2,0 litro-0,2mol0,2hora-1). 2) Obtenha a expressão cinética para a reação irreversível em fase gasosa A ? 2B + C ocorrendo em um reator BSTR em temperatura de 27°C. Qual a pressão total no reator após 2 horas e 10 minutos? Considere R = 0.082 atm.litro/mol.K, e que o reator foi alimentado com o reagente A puro). 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Tempo (min) Pr es sã o do re ag en te n o re at or (a tm ) (Resposta: (a) n = 3; k3 = 1x10-5 litro2mol-2min-1, (b) CA = 19,24 M, PA = 0,7823 atm, P = 10,64 atm) 3) A reação em fase líquida 2A? 1B + 3C ocorre a 40°C segundo uma cinética irreversível de terceira ordem. Quando um reator BSTR é alimentado com 10 litros de uma solução contendo 100 moles do reagente A puro, observa-se que o tempo de meia-vida da reação é de 15 minutos. Pergunta-se: (a) Qual o valor da constante de velocidade da reação? (b) Qual a conversão do reagente A após 10 minutos de reação? (c) Qual o número de moles do produto C no reator após 1 hora de reação? UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA CINÉTICA QUÍMICA – 2008 Lista de exercícios 5 – Método do tempo de meia-vida Prof. Murilo D.M. Innocentini 4) A reação A ? B, irreversível de ordem 1,5, apresenta tempo de meia-vida de 3 horas quando é realizada em um reator BSTR isotérmico de volume 10 L carregado com 20 moles do reagente A puro. Qual será o tempo de meia-vida se esses quando o reator for carregado com o reagente A puro em concentração 6 M? 5) Os dados experimentais de concentração do reagente em função do tempo foram obtidos a 58°C em um ensaio de laboratório para a reação irreversível em fase líquida A ? B + 2 C: 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Tempo (s) C on ce nt ra çã o do r ea ge nt e A (M ) a) Obtenha a expressão de velocidade completa para essa reação. Use o método que julgar adequado e utilize ao menos 5 pontos do gráfico. b) Caso esta reação seja realizada em um reator BSTR isotérmico (T = 58°C) de volume constante, carregado com 5 litros do reagente A puro em concentração inicial de 1,5 mol/L, qual será a composição molar no reator (CA, CB, e CC) após meia hora? 6) Em temperaturas elevadas, o acetaldeído sofre decomposição em fase gasosa resultando em metano e monóxido de carbono: CH3CHO ? CH4 + CO. Para obter os dados cinéticos desta reação, um ensaio em laboratório foi realizado, em um reator descontínuo isotérmico e de volume constante, obtendo-se os seguintes dados: Cacetaldeído (M) 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 t (s) 0,00 0,61 1,36 2,34 3,64 5,45 8,18 12,73 21,82 49,09 a) Determine a ordem da reação e o valor da constante de velocidade. b) Qual o volume necessário para um reator BSTR industrial, em mesma temperatura do ensaio em laboratório, produzir 15,2 kg de metano em 5 minutos de reação, a partir de um carregamento de 44 kg de acetaldeído puro no reator. UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA CINÉTICA QUÍMICA – 2008 Lista de exercícios 5 – Método do tempo de meia-vida Prof. Murilo D.M. Innocentini 7) A reação irreversível em fase líquida A ? 2,5 B foi realizada em um reator BSTR isotérmico a 26°C. O reator foi alimentado com 300 mL de uma solução contendo 0,24 mol do reagente A puro, e os seguintes dados foram obtidos em função do tempo de reação: Tempo (min) 0,00 0,28 0,74 1,56 3,25 7,42 21,66 125,79 Concentração de produto, CB (M) 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 Determine, pelo método do tempo de meia-vida, a ordem da reação e o valor da constante de velocidade. Se o reator for alimentado com uma solução 1 M do reagente A, qual será o tempo necessário para atingir uma conversão de 75%? (R: n = 3,5; kn = 1,0 mol2,5.L-2,5.min-1, t = 12,4 min). 8) A reação irreversível em fase líquida A ? B foi realizada em um reator BSTR isotérmico a 43°C. O reator foi alimentado com 500 mL de uma solução contendo 3 moles do reagente A, e os seguintes dados foram obtidos em função do tempo de reação: Tempo (h) 0.000 0.070 0.142 0.219 0.300 0.386 0.478 0.579 0.690 0.816 0.966 Grau de conversão (%) 0.00 8.33 16.67 25.00 33.33 41.67 50.00 58.33 66.67 75.00 83.33 Determine, pelo método que você julgar adequado, a ordem da reação e o valor da constante de velocidade. Utilize pelo menos 5 pares de dados nos cálculos. (R: n = 0,5; kn = 0,5 mol0,5.L-0,5.min-1). 9) Os dados experimentais de concentração do reagente A em função do tempo foram obtidos a 76°C e pressão inicial de 800 mmHg em um ensaio de laboratório para a reação irreversível em fase líquida A ? B + C: t (s) 0,00 11,64 23,49 35,55 47,84 60,36 73,14 86,19 99,52 113,17 CA (M) 3,00 2,90 2,80 2,70 2,60 2,50 2,40 2,30 2,20 2,10 t (s) 127,13 141,46 156,16 171,28 186,86 202,92 219,53 236,75 254,64 273,30 CA (M) 2,00 1,90 1,80 1,70 1,60 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 t (s) 292,82 313,35 335,05 358,16 382,98 409,98 439,84 473,73 513,93 566,33 CA (M) 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 a) Obtenha a expressão de velocidade completa para essa reação. Use o método que julgar adequado e utilize ao menos 5 pares de pontos. b) Qual será o tempo de meia-vida desta reação caso ela seja realizada em um reator BSTR isotérmico (T = 76°C) de volume constante, carregado com 5 litros do reagente A puro em concentração inicial de 1,5 mol/L,?
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