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CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU Bacharelado em Engenharia Química Disciplina: Cinética e Cálculo de Reatores Homogêneos Prof. Isaías Soares Lista de Exercícios reatores homogêneos 1) A frequência de cintilação de vaga-lumes e a frequência de chirriadas de grilos, em função da temperatura, são dadas a seguir: Vaga-lumes T(°C) 21 25 30 Cintilações/min 9,00 12,16 16,20 Grilos T(°C) 14,2 20,3 27 Chirriadas/min 80 126 200 a) O que o vaga-lume e o grilo têm em comum? b) Quantas cintilações por hora um vaga-lume dará a 60°C? c) Quantas chirriadas por dia um grilo dará a 50°C? 2) A velocidade de corrida de formigas e do voo de abelhas como função da temperatura são dadas a seguir: Formigas T(°C) 10 20 38 V(cm/s) 0,7 1,9 6,3 Abelhas T(°C) 25 30 35 V(cm/s) 0,9 1,8 3,3 a) Qual a velocidade de uma abelha a 50°C (em m/min)? b) Qual a velocidade de uma formiga a 0°C (em m/min)? 3) A velocidade inicial da reação química elementar: 2A + B 4C Foi medida quando a concentração de A era de 2 mol/L e a de B 1,5 mol/L, gerando a seguinte tabela: -rA(mol/dm 3 .s) 0,002 0,046 0,72 8,33 T(K) 300 320 340 360 a) Qual a energia de ativação da reação? b) Qual o valor do fator de frequência (A)? c) Preveja a velocidade da reação (mantidas as concentrações de A e B constantes) quando a temperatura for de 400 K. 4) Grandes usinas termoelétricas, usando combustores de leito fluidizado, poderão ser construídas futuramente. Estas usinas seriam alimentadas por 320 toneladas de carvão por hora (com 90% de C), dos quais 45% queimariam no interior de uma série de leitos fluidizados principais e os outros 55% queimariam em qualquer outro ponto do sistema. Um projeto poderia usar uma bateria de 10 leitos fluidizados, cada qual com 25 m de comprimento, 4 m de largura e 0,8 m de profundidade. Baseado nessas informações, calcule a taxa de oxigênio consumido no interior dos leitos (em mol/m 3 .s). 5) Um cachorro de 5 anos de idade, da raça Poodle, de 8 kg, pode consumir 1 kg de ração por semana. Considerando que a ração possui cerca de 80% em glicose, determine: a) A energia (em glicose) consumida pelo cachorro durante uma semana; (Dado: massa molar da glicose: 180g/mol. ΔH de combustão da glicose: - 2816 kJ/mol). b) A equação química balanceada da combustão da glicose; c) A taxa de consumo de oxigênio do cachorro (em mol/m3.s), tendo em consideração que sua densidade é de 1000 kg/m 3 . 6) A pirólise do etano ocorre com uma energia de ativação de 300 kJ/mol. Quantas vezes a reação de pirólise é mais rápida a 500°C do que a 450°C? 7) Um determinado alimento, quando armazenado em geladeira (5°C), se estraga após 72 horas, mas quando armazenada à temperatura ambiente (25°C), se estraga após 12 horas. Determine a energia de ativação da reação de decomposição do alimento em kJ/mol. 8) À temperatura de 1100 K, o hidrocarboneto n-nonano sofre quebra (craqueamento térmico) 20 vezes mais rápida que a temperatura de 1000 K. Determine a energia de ativação da reação em kJ/mol. 9) Em dias típicos de verão, grilos do campo beliscam, pulam e cricrilam sem parar. Porém, ao anoitecer, quando um grande número deles se junta, o cricrilar se torna um problema sério e tende a ser uníssono. Em 1897, A.E. Dolbear (em artigo publicado na Am, Naturalist, 31, 970) reportou que a taxa desse cricrilar dependia da temperatura, sendo dada por: (Número de cricrilados em 15 segundos) + 40 = (temperatura em F°). Considerando ainda que a taxa de cricrilados é uma medida da taxa metabólica desses grilos, determine a energia de ativação do metabolismo deles em kJ/mol, na faixa de temperatura entre 60°F e 80°F. Quantas vezes os cricrilados a 75°F são mais rápidos que a 70°F? 10) Escreva a equação de velocidade para cada uma das reações elementares abaixo, indicando a ordem da reação. a) Cl* + O3 ClO* + O2 b) CH3N2CH3 2CH3* + N2 c) 2Cl* Cl2 d) NO2* + F2 NO2F + F* No item a), o que acontecerá com a velocidade da reação se a concentração do Cl* for dobrada? E se dobrarmos também a do O3? 11) Um líquido se decompõe através de uma reação de 1ª ordem num reator batelada. Se 50% do líquido são convertidos em produtos num intervalo de 5 minutos, em quanto haveria a conversão de 75% do líquido? 12) Em uma polimerização homogênea e isotérmica em fase líquida, 30% do monômero desaparecem em 32 minutos, quando a concentração inicial é de 0,02 mol/L e também quando ela é de 0,04 mol/L. Determine a constante de velocidade de polimerização e a equação da taxa que representa o consumo do monômero. 13) Biro-Biro é um homem minucioso. Nos finais de tarde de sexta, gasta uma parte de seu salário semanal em jogos eletrônicos. Recebe R$ 360,00 por semana, e joga por duas horas, sempre voltando pra casa com R$ 270,00. Ele sempre joga o mesmo tipo de jogo, gastando nele uma quantia proporcional ao que recebe. Na última semana, Biro-Biro teve um aumento no seu salário semanal, e, como de costume, foi jogar. Dessa vez, jogou por três horas, e, coincidentemente, voltou para casa com os mesmos R$ 270,00 de costume. De quanto foi o aumento semanal de Biro-Biro? 14) A reação AB deve ser conduzida num reator de escoamento contínuo, com a vazão volumétrica de entrada de 10 L/h. Sendo a vazão molar de entrada de 5mol/h, determine os volumes do CSTR e do PFR para consumir 99% do reagente A, considerando: a) Reação de ordem zero com k = 0,05 mol/L.h b) Reação de 1ª ordem com k = 0,0001 s-1 c) Reação de 2ª ordem com k = 0,02 L/mol.h 15) Repita a), b) e c) para calcular o tempo necessário para consumir 99,9% do reagente A num reator batelada de volume constante igual a 500 dm 3 em que CA0 = 0,5 mol/dm 3 . 16) O gráfico abaixo mostra o inverso da taxa de reação em função da conversão para um reator CSTR, em que se conduz uma reação em fase líquida. Se a vazão molar de entrada é de 30 mol/s e a concentração inicial é de 3 mol/L. Determine o volume do reator, se a concentração final é de 0,9 mol/L. Figura 1: Problema 16 17) Uma reação química de 1ª ordem deve ser conduzida num PFR, onde a vazão volumétrica de trabalho é de 20L/min, com uma vazão molar de entrada de reagente de 5 mol/h. Sendo o comprimento permitido de instalação do reator igual a 10m, calcule o diâmetro do reator para uma conversão de 75% do reagente. Dado k = 0,06 min -1 . 18) Um reator PFR é usado para processar 150 kmol/h de n-butano para produzir i-butano, segundo a reação: n-C4H10 i-C4H10 O n-butano entra no reator com uma concentração de 9,3 kmol/m 3 . O gráfico abaixo representa a vazão de saída do n-butano em função do volume do reator para duas diferentes temperaturas. Figura 2: Problema 18 A razão Ea/R pode ser calculada como: KK R Ea 330 1 310 1 ln Nessas condições, o valor de β está no intervalo: a) 0,1 ≤ β ≤ 0,2 b) 1,5 ≤ β ≤ 2,5 c) 4,0 ≤ β ≤ 5,0 d) 9,0 ≤ β ≤ 10,0 e) 19,0 ≤ β ≤ 20,0 19) Para uma dada reação química foram coletados os seguintes dados: X 0 0,2 0,4 0,45 0,5 0,6 0,8 0,9 -rA(mol/L.min) 1,0 1,67 5,0 5,0 5,0 5,0 1,25 0,91 Se a vazão molar é de 600 mol/min, determine: a) Os volumes do CSTR e do PFR para 60% de conversão; b) Qual a máxima conversão num CSTR de 210 L? 20) O componente A em fase gasosa e à concentração de 1 mol/L, é colocado num reator batelada, onde reage para formar o produto R, conforme a reação: AR A concentração no reator é monitorada em diferentes intervalos de tempo, tal como tabelado abaixo. t(min) 0 100 200 300 400 CA(mol/m 3 ) 1000 500 333 250 200Numa situação em que CA0 = 500 mol/m 3 , qual a conversão do reagente após 5 horas?
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