lista cinética 2 - cinética irreversível em BSTR

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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
CINÉTICA QUÍMICA - 2008 
Lista de exercícios 2 –reações irreversíveis em BSTR 
Prof. Murilo D.M. Innocentini 
 
(1) O líquido A se decompõe segundo uma cinética de primeira ordem e, num reator descontínuo, 
80% de A convertem-se em 200 segundos (a) Em quanto tempo a conversão será de 95%? (k1 = 
8,05x10-2 s-1; t = 372 s) (b) Qual a conversão após 100 segundos? (xA = 55,3%). 
 
(2) A reação em fase líquida: B → C , irreversível, ocorre segundo a expressão: (-rB) = k1,5 CB1,5. 
Sabendo-se que após 10 minutos a conversão em um reator descontínuo (batelada) atinge 65% e que 
CBo = 8 mol/litro, pergunta-se: 
(a) Qual é a constante de velocidade da reação (k1,5)? (k1,5 = 4,88x10-2 mol-1/2.L1/2.min-1) 
(b) Qual o tempo para que a concentração do reagente B caia pela metade? (t = 6 minutos). 
(c) Qual o tempo para que a conversão atinja 95%? (t = 50,3 minutos). 
 
(3) A reação homogênea em fase gasosa A ? 3B tem uma constante de velocidade k = 0,5 min-1. 
Obtenha uma expressão para a pressão total em um reator descontínuo de volume constante e com 
pressão inicial PAo do reagente A puro. Qual seria o efeito da presença de 50% de inertes no inicio da 
reação? 
 
(4) Uma reação irreversível em fase líquida 4A ? B ocorre em um reator BSTR segundo uma cinética 
de segunda ordem com k2 = 0,05 litro.mol-1.min-1. Se o reator, de volume 15 litros for totalmente 
preenchido com 30 moles do reagente A puro, pergunta-se: 
a) Qual a concentração do reagente A no reator após 10 min? 
b) Qual o tempo necessário para produzir 10 moles de B? 
c) Qual o grau de conversão de A (xA) após 5 minutos? 
 
(5) A decomposição de primeira ordem do peróxido de hidrogênio, 2 H2O2 ? 2 H2O + O2, possui uma 
constante de velocidade de 2,25x10-6 s-1 a uma certa temperatura. Se uma solução com concentração 
inicial de H2O2 de 0,800 M for colocada para reagir em tal temperatura em um reator batelada, 
pergunta-se: 
a) Qual será a concentração de H2O2 após 1,0 dia? (CA = 0,658 M) 
b) Quanto tempo levará para que a concentração de H2O2 caia para 0,750 M? (t = 7,97 horas) 
 
(6) 10 litros de uma solução líquida contendo 30 moles de ácido acético são colocados em um reator 
descontínuo de volume 10 litros para sofrer hidrólise, na temperatura de 25°C. Sabendo-se que a 
constante de velocidade para essa reação irreversível de primeira ordem é de 0,158 min-1, pergunta-se: 
(a) Qual a fração de ácido acético convertido no reator após 10 minutos? (XA = 79,40%) 
(b) Qual o tempo necessário para que a concentração de ácido acético caia para 0,5 M? (t = 11,34 min) 
(c) Quantos moles de ácido acético restarão no reator após 12 minutos? (NA = 4,50 moles) 
 
(7) A reação em fase gasosa: B → C, irreversível, ocorre segundo a expressão: (-rB) = k1,5 CB1,5. 
Sabendo-se que o reator é alimentado com o reagente B puro, em temperatura de 50°C e pressão de 
800 mmHg, pergunta-se: qual o valor da constante de velocidade (k1,5) sabendo-se que após 50 
minutos a pressão parcial de B no reator cai para 300 mmHg? Considere R = 62,36 mmHg.L.K-1mol-1. 
(R: k1,5 = 0,127 l 0,5/mol 0,5.min) 
 
(8) A reação gasosa 2A? 1B + 3C ocorre a 27°C segundo uma cinética irreversível de ordem 2. 
Quando um reator BSTR (V = 50 L) é alimentado com o reagente A puro em pressão inicial 
Po = 760 mmHg, observa-se que após 20 min a pressão total do reator sobe a P = 900 mmHg. Pede-se: 
a) A constante de velocidade k2 da reação? Considere R = 62,36 mmHg.litro.mol-1K-1. 
b) A pressão parcial de cada componente da reação após 30 min? 
c) A composição molar no reator após 40 min? 
 
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9) Dados de decomposição térmica do iodeto de hidrogênio: 2 HI ? H2 + I2 são reportados a seguir: 
 
T (°C) 508 427 393 356 283 
k (cm3.mol-1.s-1) 0,1059 0,00310 0,000588 80,9x10-6 0,924x10-6 
 
Se um reator descontínuo de volume constante for alimentado com uma mistura gasosa em pressão de 
8 atm e temperatura de 530°C, contendo 80% de iodeto de hidrogênio e 20% de inertes, em quanto 
tempo o grau de conversão atingirá 98%? Qual a composição molar no reator após 80 s? 
 
10) A reação em fase líquida 3A ? B + 2C ocorre segundo uma cinética irreversível de ordem 0,5 em 
um reator descontínuo de volume 30 L. Em um experimento à temperatura de 63°C e pressão de 710 
mmHg, alimenta-se o reator com 15 moles do reagente A puro. Observa-se que a conversão do 
reagente A é de 75% após 10 min do início da reação. Qual é o tempo necessário para que todo o 
reagente seja consumido? Qual o número de moles de produto C após 6 minutos? Quanto tempo 
levará para produzir 4 moles de B no reator? 
 
11) A reação elementar em fase gasosa C2H4 + C4H6 ? C6H10 deve ser realizada em um reator 
batelada de volume constante e isotérmico. A constante cinética para a reação é representada em 
função da temperatura por: k [L.mol-1.s-1] = 3,0×107exp(-115000/RT). O reator é alimentado com uma 
mistura gasosa em pressão de 3 atm, com composição molar de 55% de C2H4 e 45% de C4H6. Nessas 
condições, pergunta-se: 
a) Se a reação ocorrer a 300°C, qual será o tempo para que o grau de conversão de C2H4 atinja 80%? 
(R: t = 400023,8 s). 
b) Qual a temperatura adequada do sistema para que o mesmo grau de conversão seja obtido em 4 min 
no reator? (R: T = 454°C). 
 
12) A reação de decomposição: NOCl ? NO + ½Cl2 ocorre em um reator descontínuo de volume 7,5 
L e temperatura de 473 K. A reação é de segunda ordem em relação ao NOCl, com constante de 
velocidade de 0,078 L.mol-1.min-1. Nessas condições, pergunta-se: 
a) Se inicialmente 0,387 mol de NOCl é colocado no reator a uma pressão de 2 atm, determine o 
tempo necessário para a conversão de 30% de NOCl. (R: t = 106,7 min). 
b) Qual a pressão parcial do Cl2 após 4 horas? (R: PCl2 = 0,49 atm). 
 
13) Uma etapa chave na produção de anidrido acético é o craqueamento em fase vapor da acetona: 
CH3COCH3 ? CH2CO + CH4 
Essa reação é de primeira ordem em relação à acetona e a constante de velocidade tem valor 0,270 s-1 
para a temperatura de 960 K. Um reator descontínuo de 100 L é carregado com uma mistura gasosa 
contendo 85% de acetona e 15% de inertes em temperatura de 960 K e pressão total inicial de 16 atm. 
Determine a pressão total no reator após 4 s. (R: PA = 4,62 atm; P = 24,98 atm). 
14) A reação da trimetilamina com brometo de n-propila resulta em um sal quaternário de amônio: 
 
N(CH3)3 + C3H7Br ? (CH3)3(CH7)NBr 
 
Suponha que experimentos em fase líquida a 110°C usando tolueno como solvente mostrem que a 
reação é elementar de segunda ordem, com constante de velocidade k = 5,6x10-4 L/mol.s. Com base 
 
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nessas informações, qual será o tempo necessário em um reator batelada para converter 99% de 
trimetilamina em produto? Considere que o reator é alimentado com uma mistura 0,10 mol/L de 
trimetilamina e 0,15 mol/L de brometo de n-propila. (R: t = 125941 s). 
 
15) A reação química em fase líquida A + B ? C + D tem cinética irreversível com ordem 2,5 em 
relação ao reagente A e ordem zero em relação ao componente B. Em um experimento em laboratório 
na temperatura de 30°C e pressão atmosférica, observou-se que quando um reator descontínuo de 
mistura perfeita (BSTR) era carregado com meio litro contendo 2 moles de A e 2 moles de B, o grau 
de conversão do reagente A após 30 minutos atingia 75%. No entanto, quando o reator era carregado 
com as mesmas quantidades de A e B, porém com temperatura de reação de 60°C, o grau de 
conversão de A era de 95% após 10 minutos. Com base nessas informações, deseja-seprojetar um 
reator em escala semi-industrial, com o carregamento de 100 L de solução contendo concentração 0,2 
molar de A e 0,2 molar de B. A reação deverá ser realizada em temperatura de 80°C. Qual o tempo de 
reação para produzir 18 moles de C no reator? (R: k30°C = 1,944x10-2; k60°C = 0,737; ko = 4,49x1015; EA = 
100732,4; k80°C = 5,572; t80°C = 40,96 min). 
 
16) A reação elementar em fase líquida A + B ? C + D é realizada em um frasco de Erlenmeyer de 
volume 250 mL. A partir de um experimento realizado a 25°C e 1 atm, observou-se que quando o 
frasco era carregado com 0,5 mol de A e 0,5 mol de B, a velocidade inicial da reação era de 48 mol.L-
1.h-1. A partir dessas informações, determine o tempo necessário a partir do início da reação para que o 
grau de conversão do reagente A no reator atinja 80%.