Lista - Cinética química e reatores isotérmicos

Prévia do material em texto

GNE333 – Cinética Química e Reatores 
Profa. Zuy Maria Magriotis 
Lista de Exercícios – REO-3 
 
1. A reação 
A → B 
deve ser conduzida isotermicamente em um reator de escoamento contínuo. Calcule os volumes de 
ambos os reatores CSTR e PFR necessários para consumir 99,0% de A quando a vazão molar de entrada 
for 5,0 mol h-1 e a vazão volumétrica de entrada for 10,0 L h-1, assumindo que a velocidade de reação é 
de: 
A) -rA = k com k = 0,05 mol L-1 h-1 
B) -rA = kCA com k = 0,0001s-1 
C) -rA = kCA2 com k = 3,0 L mol-1 h-1 
 
2. A reação em fase gasosa 
A → B + C 
é conduzida isotermicamente em um reator batelada de volume constante de 20,0 L. 20,0 mol de A puro 
são colocados inicialmente no reator. O reator é bem misturado. 
A) Se a reação for de primeira ordem: -rA = kCA com k = 0,865 min-1 
Calcule o tempo necessário para reduzir o número de mol de A no reator para 0,2 mol. 
B) Se a reação for de segunda ordem: -rA = kCA2 com k = 2,0 L mol-1 h-1 
Calcule o tempo necessário para consumir 19,0 mol de A. 
C) Se a temperatura for de 127,0oC, qual é a pressão total inicial? 
 
3. A reação exotérmica 
A → B + C 
foi conduzida isotérmica e isobaricamente, com uma vazão molar de entrada de A de300,0 mol min-1, 
obtendo-se os seguintes resultados: 
X 0 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 
-rA (mol L-1 min-1) 10,0 16,7 50,0 50,0 50,0 12,5 9,09 
 
A) Quais são os volumes necessários de um PFR e um CSTR para atingir a conversão de 40,0%? 
B) Qual é a conversão máxima que pode ser alcançada num CSTR de 10,5 L? 
C) Qual a conversão que pode ser alcançada se um PFR de 7,2 L for seguido, em série, por um CSTR 
de 2,4 L? 
D) Qual a conversão que pode ser alcançada se um CSTR de 2,4 L for seguido, em série, por um PFR 
de 7,2 L? 
 
4. A reação irreversível, não elementar, em fase gasosa 
A + 2B → C 
Deve ser conduzida isotérmica e isobaricamente em um reator batelada. A alimentação está à 
temperatura de 227,0oC, pressão de 1013 kPa, e sua composição consiste de 33,3% de A e 66,7% de B. 
Dados de laboratório obtidos nas mesmas condições deram os seguintes resultados: 
 
X 0 0,2 0,4 0,6 
-rA (mol L-1 min-1) 0,010 x 103 0,0050 x 103 0,0020 x 103 0,0010 x 103 
 
A) Estime o volume requerido para que um PFR alcance 30,0% de conversão de A para uma vazão 
volumétrica de 2,0 m3 min-1. 
B) Estime o volume requerido para que um CSTR processe o efluente do PFR e alcance uma conversão 
total de A (baseada na alimentação da espécie A no PFR) de 50,0%. 
C) Qual o volume total dos dois reatores? 
D) Qual o volume necessário para que um único PFR atinja 60,0% de conversão? E para 80,0%? 
E) Estime o volume requerido para que um único CSTR alcance 50,0% de conversão. 
F) Qual é o volume de um segundo CSTR para que a conversão seja elevada de 50,0 a 60,0%?