Lista de Cinética N2.docx

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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO 
Componente Curricular: Cinética Química 
Professora: Mércia Barbosa Cavalcante Fernandes 
Curso: Engenharia Química 
 
Período: Matricula: Data: / / NOTA: 
Aluno: 
 
“Seu futuro depende de muitas coisas, mas principalmente de 
você!” – Frank Tyger 
 
Lista de Exercícios para N2: 
01 As reações elementares em série e em fase líquida 
 
são conduzidas em um reator batelada de 500 dm3. A concentração inicial de A é 1,6 
mol/dm3. O produto desejado é B e a separação do produto indesejado C é muito difícil 
e dispendiosa. Como a reação é conduzida a uma temperatura relativamente alta, a 
reação é facilmente resfriada de forma rápida. 
(a)Plote e analise as concentrações de A, B e C em função do tempo, admitindo que 
cada reação é reversível, com k1 = 0,4 h−1 e k2 = 0,01 h−1. 
(b)Plote e analise as concentrações de A, B e C em função do tempo, para o caso em 
que a primeira reação é reversível com k−1 = 0,3 h−1. 
(c)Plote e analise as concentrações de A, B e C em função do tempo, para o caso em 
que ambas as reações são reversíveis, e k−2 = 0,005 h−1. 
(d)Compare (a), (b) e (c) e descreva o que você observa. 
(e)Varie k1, k2, k−1 e k−2. Explique a consequência de k1 > 100 e k2 < 0,1 
com k−1 = k−2 = 0, e para os casos k−2 = 1, k−1 = 0, e k−2 = 0,25. 
 
02) Ácido tereftálico (TPA) é extensivamente usado na manufatura de fibras sintéticas 
(por exemplo, Dacron) e como intermediário em filmes de poliéster (por exemplo, Mylar). 
A formação do tereftalato de potássio a partir do benzoato de potássio foi estudada 
usando-se um reator tubular [Ind. Eng. Chem. Res., 26, 1691 (1987)]. Descobriu-se que os 
intermediários (essencialmente K-ftalatos) eram formados pela dissociação do K-benzoato sobre 
um catalisador à base de CdCl2 e reagiam com o K-tereftalato em uma reação autocatalítica, de 
acordo com as etapas 
 
 
em que A = K-benzoato, R = intermediários agrupados (K-ftalatos, K-isoftalatos e 
K-benzenocarboxilatos) e S = K-tereftalato. A puro é carregado no reator a uma pressão 
de 110 kPa. As velocidades de reação específicas a 410 °C são k1 = 1,08 × 
10−3 s−1 com E1 = 42,6 kcal/mol, k2 = 1,19 × 10−3 s−1com E2 = 48,6 kcal/mol, k3 = 1,59 × 
10−3 dm3/(mol·s) com E3 = 32 kcal/mol. 
(a)Plote e analise as concentrações de A, R e S em função do tempo para um reator 
batelada a 410 °C, e anote quando ocorre o máximo em R. 
(b)Repita (a) para as temperaturas de 430°C e 390°C. 
(c)Quais seriam as concentrações de saída em um CSTR operado a 410°C com um 
tempo espacial de 1200 s? 
03)Considere a seguinte situação que, como engenheiro(a) químico(a), trabalhando em 
uma empresa multinacional, você tem plena capacidade de interpretação. A produção 
enviou para você, diretor de pesquisa e desenvolvimento, um problema que está se 
repetindo na produção e que os engenheiros responsáveis (não foram formados da USF, 
é claro!!) não estão conseguindo resolver. 
O sorbitol, cuja produção global é de 650000 toneladas/ano, é o produto mais importante 
obtido por hidrogenação catalítica da glicose, que é uma matéria prima obtida a partir de 
fontes renováveis. Embora o sorbitol tenha uma apreciável produção global, sua maior 
aplicação industrial é encontrada na indústria de alimentos, como adoçante e 
intermediário na produção de ácido ascórbico. Na indústria farmacêutica a principal 
aplicação do sorbitol é na produção de dinitrato de isossorbida que é um composto 
vasodilatador coronariano utilizado nos tratamentos de hipertensão. A grande questão é 
que o catalisador ativo neste tipo de reação, apresentou o desempenho apresentado na 
figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
Observando a baixa atividade catalítica, os engenheiros realizaram algumas análises e 
obtiveram os seguintes resultados: 
a) Análise 1: 
0 1 2 3 4 5 6
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
 20% Ni/C
 10% Ni/C
C
on
ce
nt
ra
çã
o 
 s
or
bi
to
l (
m
ol
/l)
Tempo
Reação 1 
Reação 2 
0 20 40 60 80 100
20% Ni 96h
20% Ni 72 h
10% Ni 72h
(220) 

(111) 
(200) 
20% 72 hNi/C
 
 
a) Análise 2: 
Tabela 1 – Área Superficial Específica e Volume poroso (Vp) nos catalisadores Ni/C 
Sólido Área Superficial específica (m2/g) VP (cm3/g) 
Carvão 564,30 0,35 
20%Ni/C 543,05 0,31 
10%Ni/C 524,01 0,29 
 
Como você interpreta este problema? Que tipo de situação você tem que resolver? Quais 
os tipos de análises foram realizadas para resolver este problema? Estas análises ajudaram 
na interpretação do problema? Sugira uma solução para este caso sabendo que, se a planta 
parar, a empresa terá uma perda elevada de produtividade e parte dos funcionários podem 
perder o emprego. Sugira um processo (reator /sistema catalítico) para obtenção de maior 
eficiência nestes resultados. Que tipo de reação você acredita que estes resultados 
representam? Desenvolva o tema com base nos assuntos abordados na disciplina. Toda a 
fundamentação teórica deve ser escrita e detalhada. 
04) a) Defina catálise. 
 b) Descreva as etapas de uma reação catalítica 
 c) O que é um suporte catalítico? Mostre exemplos. 
d) Quase toda indústria química moderna depende do desenvolvimento, escolha e 
aplicações de catalisadores. Escreva exemplos de três reações químicas industriais e 
quais os catalisadores por ela empregada. 
05) Selecione entre as opções abaixo a afirmativa incorreta sobre a teoria da adsorção, 
justifique sua resposta: 
a) A superfície do catalisador sólido possui alguns centros ativos isolados que 
apresentam afinidade residual 
b) Devido a presença de centros ativos na superfície do catalisador, as moléculas 
gasosas do reagente são adsorvidas em uma monocamada 
c) O reagente adsorvido são ativados e em seguida reagem 
d) A energia requerida para a ativação é maior que a requerida para um processo não 
catalítico. 
06)O que significa o termo sinterização de um catalisador? ( justifique sua resposta) 
a) Aumento na atividade catalítica. 
b) Aumento na energia do catalisador. 
c) Perda da atividade catalítica. 
d) Diminuição da energia de ativação. 
07) Diferencie Adsorção física de Adsorção química. A figura a seguir apresenta os 5 
principais tipos de adsorção. Descreva detalhadamente os perfis dos principais tipos de 
isotermas de adsorção. 
08). Descreva o modelo de Langmuir para adsorção simples. 
09) Para reações competitivas abaixo determine: 
a) As leis de velocidade de formação de produtos desejados e indesejados 
b) A velocidade de reação resultante para o desaparecimento de A 
 
 
 
10) Álcool t-butílico (TBA) é usado para aumentar o número de octanas da gasolina no lugar de 
aditivos à base de chumbo [Ind. Eng. Chem. Res. 27, 2224 (1988)]. TBA foi produzido pela 
hidratação em fase líquida (W) de isobuteno (I) sobre um catalisador Amberlyst-15. O sistema é, 
I II III 
IV V 
P/P
0
 
P/P
0
 P/P0 
P/P
0
 P/P0 
v v 
v v 
v 
em geral, uma mistura multifásica de hidrocarbonetos, água, e catalisador sólido. No entanto, o 
uso de cossolventes ou excesso de TBA resulta em uma miscibilidade razoável. Acredita-se que 
o mecanismo de reação é 
 
Obtenha a lei de velocidade assumindo: 
(a)A reação na superfície é limitante da velocidade de reação. 
(b)A adsorção de isobuteno é limitante da velocidade de reação. 
(c)A reação acontece segundo a cinética do tipo Eley-Rideal e a reação na superfície é 
limitante. 
 
(d)Isobuteno (I) e água (W) são adsorvidos em sítios diferentes. 
 
(e) Que generalização você pode fazer ao comparar as leis de velocidade obtidas nas partes (a) a 
(d)? 
Bons estudos!