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EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de energia com reação química 1 
 
Universidade Estadual de Campinas 
Faculdade de Engenharia Química 
Departamento de Tecnologia de Polímeros 
 
EQ481A – INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA 
 
Balanços de energia com reação química 
 
1- (9-2) A entalpia de ração padrão para a combustão do n-nonano líquido formando dióxido de 
carbono e água líquida é D ˆ orH = -6124 kJ/mol, e para o n-nonano gasoso, nas mesmas 
condições, é = 6171 kJ/mol. 
a- Se 3 moles/s de n-nonano líquido são consumidos e o reagentes e produtos estão a 25 0C, 
calcule a taxa de calor em kW. Indique se ele é retirado ou fornecido ao sistema. –18370 kW 
b- Qual o significado físico da diferença de 47 kJ/mol entre os valores de D orH ? 
 
2- (9-11) n-Heptano reage cataliticamente para formar tolueno: 
C7H16 ® C6H5CH3 + 4 H2 
A reação ocorre em um reator isotérmico a 400 0C e 1 atm. Heptano puro é alimentado no 
reator e a conversão alcançada é de 35%. 
a- Calcule o calor da reação a 400 0C, utilizando entalpias de formação padrão dos reagentes 
e produtos. A capacidade calorífica do heptano é Cp (J/mol 0C) = 150 + 0,6 T (0C). 237,5 
kJ/mol 
b- Estime a taxa de transferência de calor a ser fornecida ou removida do reator para uma 
produção de 200 kg/h de tolueno. 5,15 105 kJ/h 
 
3- (9-14) Dióxido sulfúrico é oxidado para trióxido sulfúrico em um reator. SO2 e 100% de ar em 
excesso são alimentados no reator a 450 0C. A reação tem uma conversão de 65% de SO2 e 
os produtos saem do reator a uma temperatura de 550 0C. A taxa de produção do SO3 é de 
100 kg/h. O reator é resfriado com auxílio de uma camisa onde água é alimentada a 25 0C. 
Calcule a mínima vazão de água de resfriamento se a diferença de temperatura da água não 
pode ultrapassar 15 0C. 1293 kg/h 
 
4- (9-18) Etanol pode ser produzido comercialmente pela hidratação do etileno: 
C2H4 (g) + H2O (g) « C2H5OH (g) 
Etanol produzido também é consumido para produzir éter dietílico: 
C2H5OH (g) « (C2H5)2O (g) + H2O (g) 
A alimentação do reator contém 53,7 mol% de C2H4, 36,7 de H2O e o restante em inertes, 
estando a 310 0C. O reator opera isotermicamente a 310 0C. Uma conversão em etileno é de 
5% e o rendimento do etanol (moles de etanol produzido / moles de etileno consumido) é de 
0,9. 
Dados do éter dietílico: 
D ˆ ofH = -272,8 kJ/mol para o líquido D ˆvH = 26,05 kJ/mol (assuma independente de T) 
Cp (J/mol 0C) = 89,45 + 0,4033 T (0C) – 2,244 10-4 T2. 
a- Calcule o calor a ser fornecido ou retirado do reator, em kJ/mol alimentado. –1,3 kJ/mol 
b- O que poderia ser feito para melhorar a baixa conversão do etileno? 
EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de energia com reação química 2 
 
 
5- (9-22) Etileno é convertido em estireno em um reator catalítico: 
C8H10 (g)® C8H8 (g) + H2 D ˆ orH (600 0C)= 124,5 kJ/mol 
 
Um fluxograma simplificado é apresentado a seguir: 
 
 
 
Etilbenzeno fresco e reciclado é misturado e aquecido de 25 a 500 0C (A) e esta corrente é 
misturada adiabaticamente com uma corrente de vapor a 700 0C (B) para produzir a corrente 
de alimentação do reator a 600 0C. (O vapor evita reações paralelas e remove carvão 
depositado na superfície do catalisador). A conversão no reator é de 35% (C) e os produtos 
saem a 560 0C. A corrente de produtos é resfriada a 25 0C, condensando toda a água, 
etilbenzeno e estireno. O hidrogênio, na forma de vapor, é retirado do processo. A água e os 
hidrocarbonetos são imiscíveis e são separados em um decantador (E). A água é vaporizada e 
aquecida (F) e reciclada para a mistura com o etilbenzeno. A corrente de hidrocarbonetos é 
alimentada em uma coluna de destilação (G), onde são separados em duas correntes puras a 
25 0C. 
a- Calcule, para uma base de 100 kg/h de estireno produzido, a vazão de alimentação do 
etilbenzeno, do etilbenzeno reciclado e a água recirculada em mol/h (assuma P=1 atm). 960, 
1780 e 19400 mol/h 
b- Calcule as taxas de aquecimento ou resfriamento em (A), (F) e (C). 3,67 105, 1,34 106 e 5,65 
104 kJ/h 
 
Dados: 
Etilbenzeno: Cp (líquido) = 182 J/mol 0C Cp (vapor)= 118 + 0,3 T (0C) J/mol 0C 
D ˆvH = 36 kJ/mol a 136 0C 
EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de energia com reação química 3 
 
Estireno: Cp (líquido) = 209 J/mol 0C Cp (vapor)= 115 + 0,27 T (0C) J/mol 0C 
D ˆvH = 37,1 kJ/mol a 145 0C 
 
 
6- (9-56) Monóxido de carbono é queimado com excesso de ar a 1 atm. Os reagentes são 
alimentados a 25 0C e a temperatura adiabática de chama é 1500 0C. 
a- Calcule o excesso de ar. 99% 
b- Se aumentarmos a porcentagem de excesso de ar, o que aconteceria com a temperatura 
adiabática de chama? Diminuiria 
 
7- (9-57) Propano é queimado completamente em um reator com uma quantidade 
estequiométrica de oxigênio. Calcule a temperatura adiabática de chama, assumindo que a 
capacidade calorífica dos produtos gasosos é 1 kJ/kg 0C e os gases são alimentados a 25 0C. 
Calcule também quando a alimentação é feita com ar ao invés de oxigênio. Explique a 
diferença. 10040 0C e 2822 0C