Exercícios de Cinética de reatores com respostas

Prévia do material em texto

Banco de Questões – Cinética e Reatores Químicos 
 
1) A reação de segunda ordem em fase gasosa A  2B é realizada em um 
reator batelada de paredes móveis a 25 atm e 946°C. Nestas condições, a 
equação de Clapeyron não é válida para esta reação. Sabendo-se que após 10 
min de reação a conversão é de 40%, determinar: 
a) a conversão e a concentração de B após 30 min de reação 
b) o valor da constante de velocidade para P=25 atm e T= 1000°C sabendo-se 
que, nestas condições o tempo de meia-vida é 8 min. 
DADO: Equação de estado: 
𝑃𝑉
𝑁𝑅𝑇
= 1 +
𝑁
𝑉
 
 
Respostas: a) XA= 0,635; CB= 0,389 mol/L. b) k= 0,8185 L/(mol.min) 
 
2) Um CSTR de 432,43L processa a reação em fase líquida A + B  C. Sabe-
se que este reator é alimentado com 200 mol/h de A e 400 mol/h de B e produz 
150 mol/h de C. Qual deverá ser o volume de um PFR para se obter esta 
mesma produção considerando-se a mesma alimentação? 
Dado: 𝑘 = 0,222 
𝐿
𝑚𝑜𝑙.ℎ
; 𝑣0 = 40
𝐿
ℎ
 
 
Resposta: V= 108,11 L 
 
3) A reação não-elementar em fase líquida reversível A  B possui, para a 
reação inversa, 𝑘𝐼 = 8,31 𝑚𝑖𝑛
−1. Quando esta reação é conduzida em um 
CSTR de 250 L e com alimentação FA0= 10 mol/min e CA0= 0,5 mol/L, a 
conversão obtida é XA= 0,45. Já num CSTR de 480 L, com FB0= 10 mol/min e 
CB0= 0,5 mol/L, a conversão é XB= 0,25. Determine a equação de velocidade 
desta reação. 
 
Resposta: (−𝑟𝐴) =
0,833 
𝐶𝐴
0,63 − 8,31𝐶𝐵 
 
4) A reação em fase gasosa A  B + C deverá ser conduzida em um reator de 
paredes móveis para produzir 5 toneladas/mês de C. Sabendo-se que a reação 
é realizada à pressão de 1 atm e temperatura de 150°C, qual será o volume do 
reator necessário, considerando uma conversão de 75%? 
Dados: Tempo morto= 50 min, 𝑘 = 0,031 
𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛
, Massas molares: A= 80 g/mol, 
B=C= 40 g/mol, 1 dia = 16h de trabalho. 
 
Resposta: V= 84,2 m³ 
 
 
 
5) Um CSTR de 5m de diâmetro e 8m de altura, aberto para a atmosfera, 
processa a reação elementar em fase líquida A  P numa vazão FA0= 12 
mol/min, com CA0= 0,17 mol/L. O reator opera com uma altura de líquido de 
6m, porém, em dias de chuva, o nível aumenta numa taxa média de 20 cm/h. A 
conversão na saída é XA= 0,92. Qual será a nova conversão após 10h de 
chuva? 
 
Resposta: XA= 0,476 
 
6) A reação A  B + C ocorre em fase gasosa a 75°C e pressão constante em 
um reator de paredes moveis. Após 4 min de reação, metade da mistura é 
condensada e a mesma composição é mantida nas fases líquida e gasosa. A 
reação continua por mais 15 min e o conteúdo do reator é descarregado. 
Determine a conversão final. 
Dados: Temperatura de condensação da mistura= 50°C; CA0= 0,1 mol/L; 
Densidade molar da mistura no estado líquido= 2 mol/L. 
k= 1000exp(-2000/T) L.mol-1min-1 (válida para as fases líquida e gasosa) 
Resposta: XA= 0,877 
 
7) Duas reações distintas ocorrem em fase gasosa no sistema de pistão móvel 
representado a seguir. Calcule a conversão de cada reação após 3h, sabendo-
se que neste instante o volume no reator 2 é o dobro do volume no reator 1. Os 
volumes e as temperaturas iniciais são iguais nos dois tanques. Considerar 
reações isotérmicas e pistões de áreas iguais. 
 
 
Resposta: XA = 0,414; XC= 0,914 
 
 
 
8) Um reator batelada a volume constante opera a reação A + B  2C em 
fase líquida, cuja constante de velocidade é 0,1 L mol-1min-1. A alimentação 
consiste de 1 mol de A e 2 mol de B, constituindo uma mistura reacional de 1L. 
Sabendo-se que A é líquido e B é um sólido com solubilidade de 1,5 mol por 
litro de mistura reacional, determine o tempo de reação para se obter 90% de 
conversão. 
Resposta: t= 17,62 min 
 
9) 2 L min-1 de “A” puro são alimentados em um reator CSTR, onde ocorre a 
reação de primeira ordem em fase líquida A  2B + C. A vazão de saída 
também é de 2 L/min. Considerando que são processados 50L de mistura 
reacional dentro do reator e que a constante de velocidade da reação é k= 2 h-
1, determine: 
a) A conversão na saída do reator para regime permanente 
b) Se, durante a operação, a alimentação fosse interrompida (0 L/min) e a 
vazão de saída fosse mantida constante em 2 L/min, qual seria a fração molar 
de “B” na saída do reator 7 minutos após esta mudança? 
Resposta: a) XA = 0,455; b) yB= 0,58 
 
10) A reação elementar em fase liquida A + B  C é processada num PFR 
com as condições dadas a seguir. 
 
 
 
Dado k= 0,35 L/(mol.min), determine a vazão molar de C na saída do reator. 
Resposta: FC = 7,2 mol/min 
 
 
 
11) Considere reações em fase gasosa ocorrendo no sistema de CSTRs em 
série abaixo: 
 
 
Sabendo-se que a reação A  2B ocorre somente a 25°C e que a reação 2B  C 
ocorre somente a 120°C, determine a vazão molar de saída de C do sistema. 
 
Resposta: Fc= 8,41 mol/min 
 
12) Um reator tubular produz 10 kg do composto B por mês. A reação A  B + 
2C é processada em fase gasosa a 59°C neste reator tubular, sendo que o 
produto C é sólido e adere completamente às paredes do reator. Após 30 dias 
de operação, a conversão na saída atinge 50% e é feita a limpeza do reator, 
determine: 
a) O volume do reator 
b) A conversão quando o reator está limpo. 
DADOS: CA0= 1 mol/L, FA0= 10 mol/min, k= 0,1 min-1, Massas molares: A=250, 
B=50, C= 100 g/mol, densidade de C= 1100 g/L. 
Resposta: a) V= 105,66 L; b) XA= 0,65 
 
13) Considere o sistema a seguir: 
 
 
 
 
A reação reversível A  B acontece em fase líquida nos reatores CSTR e PFR 
com k= 4 min-1 e Kc= 2. Determine a conversão global de A na saída do 
sistema. Esta conversão é maior do que a conversão de equilíbrio? Explique. 
 
Resposta: XA= 0,93 
 
 
14) Um PFR de 68 L opera uma reação não elementar em fase líquida, cujo 
mecanismo está mostrado a seguir: 
 
𝐴
𝑘1
→𝐵 (+𝑟𝐵)1 = 𝑘1𝐶𝐴; 𝑘1 = 5 𝑚𝑖𝑛
−1 
𝐵
𝑘2
→𝐴 (−𝑟𝐵)2 = 𝑘2𝐶𝐵; 𝑘2 = 1 𝑚𝑖𝑛
−1 
𝐴 + 𝐵
𝑘3
→ 𝐶 + 𝐷 (−𝑟𝐵)3 = 𝑘3𝐶𝐴𝐶𝐵; 𝑘3 = 2 
𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛
 
 
Sabendo-se que B é um intermediário ativo, a alimentação do PFR contem 
CA0= 0,55 mol/L e FA0= 55 mol/min, determine: 
a) A conversão de A na saída do reator 
b) A vazão molar de C na saída 
Respostas: a) XA= 0,9; b) FC= 24,75 mol/min 
15) Uma reação química possui um único reagente (A) e um único produto (B). 
Esta reação foi estudada em dois reatores distintos. Num CSTR de volume V1 
atingiu-se a conversão XA= 0,5 e num CSTR de volume V2 a conversão foi de 
0,85. Sabendo-se que V2 = 7V1 e que a reação é de primeira ordem e ocorre 
em fase gasosa com alimentação de ‘A’ puro, determine a conversão num PFR 
de volume V1. 
Resposta: XA= 0,981. 
 
16) O sistema a seguir opera a reação elementar A + B  C em fase gasosa, 
cuja constante de velocidade é dada por 𝑘 = 347𝑒𝑥𝑝 (
−2000
𝑇
) L mol-1 min-1. 
Sabe-se que, na entrada do reator, as concentrações dos reagentes são CA0= 
 
 
0,01 mol L-1 e CB0= 0,01 mol L-1 e a concentração de inerte é CI0= 0,02 mol L-1. 
O reator é um PFR isotérmico, possui 207 L de capacidade e converte 98% dos 
reagentes em produto. O separador opera na mesma temperatura do reator e 
divide a corrente de entrada em duas partes iguais (v5 e v6). Vinte por cento do 
B não reagido sai pela corrente de topo (v5) e o reagente A juntamente com o 
produto C e o restante de B saem pela corrente de fundo (v6). Três correntes 
gasosas contendo compostos puros são misturadas para formar a corrente de 
alimentação do reator conforme o esquema mostrado a seguir. 
 
 
Considerando que todas as correntes possuem a mesma pressão, determine: 
a) A concentração de B na corrente de topo do separador 
b) A vazão volumétrica de alimentação do reator (v0) 
c) A temperatura de alimentação do reator (T0) 
d) As vazões volumétricas das três correntes de entrada (v1, v2 e v3) 
R: a) CB5= 2,65x10-4 mol L-1 b) v0= 5,33x10-3 c) T0= 521,5 K d) v1= 7,61x10-4 L 
min-1; v2= 5,41x10-6 L min-1; v3= 1,96x10-3 L min-1 
 
17) A regra de Van’tHoff estabelece que uma elevação de 10°C na 
temperatura da reação química faz com que sua velocidade duplique. Com 
base nesta regra, determine a energia de ativação de uma dada reação 
considerando a temperatura de 0°C 
R: E= 10640,75 cal/mol 
 
18) A reação não-elementar A + 2B  C + D possui a seguinte equação de 
taxa: (+𝑟𝐶) = 𝑘𝐶𝐴𝐶𝐵. Proponha um mecanismo para esta reação. 
 
 
R: A + B  AB 
 AB + B  C + D 
 
 
19) A decomposição do acetaldeído tem a seguinte equação química global: 
𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 → 𝐶𝐻4 + 𝐶𝑂 
Considerando-se as etapas a seguir e a hipótese de estado pseudo-
estacionário para os radicais livres, determine a equação da taxa de produção 
de 𝐶𝐻4. 
1) CH3CHO → CH3* + CHO* 
2) CH3* + CH3CHO → CH3CO* + CH4 
 3) CH3CO* → CH3* + CO 
 4) CH3* + CH3* → C2H6 
R: (+𝑟𝐶𝐻4) = 𝑘𝐶𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂
1,5
 
 
20) A dissociação do dímero de ciclopentadieno possui fator de frequência de 
1,13x1013 s-1 e energia de ativação de 35000 cal/mol. 
a) Calcule a velocidade específica da reação a 200°C 
b) Determine o valor da velocidade da reação a 250°C e 1,5 atm. 
R: a) k= 7,585x10-4 s-1; b) (+𝑟𝐶𝐻4) = 9,34x10
−4 mol
L s
 
 
21) A dimerização do butadieno 2A
k
→C apresenta a seguinte expressão de 
Arrhenius para a velocidade global de consumo de A: k =
9,2x109exp (
−12058
T
) 
L
mol.s
. Considerando o seguinte mecanismo: 
 I) 2A
k1
→
k2
←
B∗ (+rB∗) = k1CA
2 − k2CB∗ ; II) B
∗
k3
→C (+rC) = k3CB∗ 
 
 
e sabendo-se que, em um dado instante da reação, a concentração de A é 10-3 
M e a concentração do intermediário ativo B* é 10-7 M, determine o valor de k3 
para T= 600K. 
R: 𝑘3 = 86,05𝑠
−1 
 
22) A reação 𝐴 + 𝐵
→
←
𝐶 + 𝐷 possui velocidade específica de 10,4 
L
mol.min
 a 
230°C e 45,4 
L
mol.min
 a 260°C. Sabendo-se que a entalpia de reação é ∆HR =
69838 
J
mol
, determine a energia de ativação da reação inversa. 
R: 𝐸𝐼 = 39657 J mol-1 
 
23) A reação 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 + 𝐻𝐶𝑁 → (𝐶𝐻3)2𝐶𝐶𝑁𝑂𝐻 foi realizada em solução 
aquosa com uma concentração inicial de 0,16 M de acetona. Os dados 
experimentais estão sumarizados na tabela a seguir. 
t (min) 0,0 82,2 199,6 313,0 420,5 600,0 
[HCN] (M) 0,10472 0,09612 0,08568 0,07723 0,07037 0,06085 
 
Determine a equação de velocidade da reação. 
R: (−𝑟𝐻𝐶𝑁) = 6,68𝑥10
−3𝐶𝐻𝐶𝑁𝐶𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 
mol
L.min
 
 
24) A esterificação do etanol com ácido acético é elementar e possui constante 
de velocidade igual a 4,76x10-4 
L
mol.min
 para a reação direta e 1,63x10-4 
L
mol.min
 
para a reação inversa a 100°C. Uma solução 88% (em massa) de ácido acético 
é misturada a uma solução 97% (em massa) de etanol a 100°C. Sabendo-se 
que as duas soluções possuem a mesma massa e que a densidade da mistura 
final é 900 g/L, determine: 
a) a conversão de equilíbrio. 
b) a conversão do reagente limitante após 55 min de reação 
R: a) 𝑋𝐴𝑒 = 0,736; b) 𝑋𝐴 = 0,2 
 
25) A dissociação do cloreto de sulfurila é irreversível em cloro gasoso e 
dióxido de enxofre é irreversível a 279,2 °C. Determine a ordem da reação a 
partir dos dados da tabela a seguir. 
 
 
t (min) 0 37,7 67,4 98,64 130,8 163,9 197,8 231,1 
Ptotal (mmHg) 455 497,5 528,2 557,9 586,2 612,9 637,9 660,5 
 
R: 𝑛 = 1 
 
26) Considere as reações consecutivas a seguir: 
𝐴
𝑘1
→
𝑘2
←
𝐵 ; 𝐵
𝑘3
→
𝑘4
←
𝐶 
Sabendo-se que o processo ocorre em fase líquida num CSTR de 222L com 
alimentação de 1 mol/L de A, numa vazão de 1,5 L/min, determine as 
concentrações de A, B e C na saída do reator. 
Dados: 𝑘1 = 10
−2𝑚𝑖𝑛−1; 𝑘2 = 1,43𝑥10
−2𝑚𝑖𝑛−1; 
 𝑘3 = 10
−3𝑚𝑖𝑛−1; 𝑘4 = 2𝑥10
−3𝑚𝑖𝑛−1 
R: CA= 0,662 mol/L; CB= 0,304 mol/L; CC= 0,034 mol/L 
 
27) A decomposição do óxido nitroso em gás nitrogênio e gás oxigênio a 757°C 
foi estudada em um reator batelada de paredes rígidas. Foram realizados 4 
experimentos, cada um com uma pressão inicial (Po) diferente, que resultaram 
nos seguintes tempos de meia-vida (t1/2): 
Po (mmHg) 73,5 194,6 406 504 
t1/2 (s) 702,4 345,1 201,7 172,3 
Determine a equação de velocidade desta reação. 
R: (−𝑟𝑁2𝑂) = 0,18𝐶𝑁2𝑂
1,73 
mol
L.s
 
 
28) O éter etílico se decompõe de acordo com o seguinte mecanismo: 
1) (𝐶2𝐻5)2𝑂
𝑘1
→ 𝐶𝐻3 ∙ +𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙ 
2) 𝐶𝐻3 ∙ +(𝐶2𝐻5)2𝑂
𝑘2
→ 𝐶2𝐻6 + 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙ 
3) 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙
𝑘3
→𝐶𝐻3 ∙ +𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 
4) 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝐻2 ∙ +𝐶𝐻3 ∙
𝑘4
→ 𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐶2𝐻5 
 
 
Determine a equação da velocidade de consumo de éter etílico utilizando a 
hipótese do estado pseudo-estacionário. 
R: (−𝑟(𝐶2𝐻5)2𝑂) = (𝑘1 + 𝑘2√
𝑘1𝑘3
𝑘2𝑘4
)𝐶(𝐶2𝐻5)2𝑂 
 
29) A reação em série 𝐴
𝑘1
→𝐵
𝑘2
→ 𝐶
𝑘3
→𝐷 ocorre em fase líquida em um reator 
batelada. Determine a concentração de cada componente após 7 min de 
reação. Dado: k1= k2= k3= 0,3 min-1; CA0= 5 mol/L. 
 
R: CA= 0,61 mol/L; CB= 1,29 mol/L; CC= 1,35 mol/L; CD= 1,75 mol/L. 
 
30) A decomposição do diazobenzeno é irreversível e ocorre em fase aquosa 
de acordo com a seguinte estequiometria: 
𝐶6𝐻5𝑁2𝐶𝑙 → 𝐶6𝐻5𝐶𝑙 + 𝑁2 
A reação é de primeira ordem e libera nitrogênio gasoso quando realizada a 
50°C à pressão atmosférica. Considerando uma concentração inicial de 0,07 M 
de diazobenzeno e com base nos dados da tabela a seguir, determine a 
velocidade específica desta reação. 
t (min) 8 13 17 20 25 28 31 34 36 42  
N2 liberado (mL) 25 33 39 42 47 48 50 51 52 54 57 
R: k= 0,0669 min-1 
 
31) A reação (𝐶𝐻3)2𝑂 → 𝐶𝐻4 + 𝐻2 + 𝐶𝑂 foi estudada em fase gasosa num 
reator a volume constante. Determine a equação de velocidade da reação com 
base nos dados da tabela a seguir. 
t (min) 0 9 18 28 74  
Ptotal (mmHg) 400 555 681 791 1064 1200 
 
R: (−𝑟(𝐶𝐻3)2𝑂) = 0,024𝐶(𝐶𝐻3)2𝑂 
mol
L.min
 
 
32) A reação em fase gasosa 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 ocorre a 504°C em um reator batelada 
a volume constante, sendo de primeira ordem para A e segunda ordem para B. 
 
 
Determine a velocidade específica da reação considerando os dados da tabela 
a seguir. 
𝑡1/2 (min) 7 87 30 16 
PA0 (mmHg) 700 175 350 350 
PB0 (mmHg) 22 33 22 44 
 
R: 𝑘 = 511,4 
L2
mol2.min
 
 
33) A reação de decomposição do pentóxido de nitrogênio segue a 
estequiometria 2𝑁2𝑂5 →𝑁2𝑂4 + 𝑂2 + 2𝑁𝑂2. Determine a equação de velocidade 
de consumo do pentóxido de nitrogênio a 25°C, levando em conta os seguintes 
dados: 
t (min) 376 410 423 435 446 456 465 474 482 
Ptotal 
(mmHg) 
370 492 552 619 688 759 833 917 999 
 
R: (−𝑟𝑁2𝑂5) = 1107𝐶𝑁2𝑂5
4 
mol
L.min
 
 
34) O dióxido de nitrogênio se decompõe para formar monóxido de nitrogênio e 
gás oxigênio. Determine a energia de ativação desta reação utilizando os 
dados experimentais a seguir. 
T (°C) 212 221 241 261 265 
k (
L
mol.min
) 0,193 0,322 0,925 2,505 2,984 
 
R: E= 27,067 (
kCal
mol
) 
 
35) As reações elementares a seguir ocorrem em fase líquida em um reator 
batelada com concentrações iniciais de A e B iguais a 10 mol L-1 e k1= 1, k2= 2 
e k3= 3 L mol-1 min-1. Determine a máxima seletividade instantânea de D em 
relação a C e E e a respectiva conversão de A. 
𝐴 + 𝐵
𝑘1
→ 𝐶 
𝐴 + 𝐶
𝑘2
→𝐷 
 
 
𝐴 + 𝐷
𝑘3
→ 𝐸 
 
R: 𝑆 𝐷
𝐶𝐸
= 0,5 ; 𝑋𝐴 = 0,483 
 
36) O reagente A, em uma dada temperatura reage formando um produto 
desejado (D), com k1= 5 L/(mol.s); e um produto indesejado (I), com k2= 2,5 s-1, 
sendo ambas estequiometrias 1:1. Determine a seletividade de D em relação a 
I para uma concentração inicial de A igual a 1 mol/L e conversão de 0,66. 
R: 𝑆𝐷
𝐼
= 0,68 
 
37) Considere as reações a seguir: 
𝐴 + 𝐵
𝑘1
→ 𝐶 
𝐴
𝑘2
→𝐷 
Calcule as quantidades de C e D após 6 min num reator batelada. 
Dados: k1= k2= 0,23 L/(mol.min), CA0= CB0= 5 mol/L. 
R: CC= 3,09 mol/L; CD= 1,84 mol/L. 
 
38) A reação de segunda ordem em fase líquida A + B  C foi realizada em 
um reator batelada com concentrações iniciais de 1 e 2 mol L-1 para A e B 
respectivamente.Sabendo-se que XA= 0,78 após 13 min determine a 
conversão após 27 min. 
R: XA= 0,936 
 
39) Pellets esféricos de dióxido de urânio de raio RP0 reagem com ácido 
fluorídrico em grande excesso (concentração CB0). Determine a expressão que 
correlaciona o raio do pellet com o tempo de reação. 
R: 𝑅𝑃 = 𝑅𝑃0𝑒𝑥𝑝 (−
𝑘𝐶𝐵0
3
𝑡) 
 
 
 
40) Um reator tubular com alimentação lateral processa isotermicamente a 
reação elementar em fase líquida A  B. Parte do reagente A é alimentada na 
entrada principal e o restante é distribuído nas entradas laterais do reator 
tubular de forma que a concentração de A seja a mesma em qualquer ponto do 
reator. A vazão total de entrada (somando todas as correntes) é 50 L/min. 
Calcule o volume do reator para se obter uma conversão de 50%. Dado: k= 0,3 
min-1. 
R: V= 166,7 L 
 
41) Um reator tubular adiabático processa a reação A  B + C em fase líquida. 
São dados: ∆𝐻𝑅 = 20000 
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
, 𝐶𝑃𝐴 = 100 
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
. 
a) Determine a queda de temperatura para uma conversão de 76% 
b) Determine a queda de temperatura para uma conversão de 76% caso sejam 
alimentadas ao reator vazões iguais de A e inerte (𝐶𝑃𝐼𝑛𝑒𝑟𝑡𝑒 = 100 
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
). 
R: a) ∆𝑇 = −152°𝐶; b) ∆𝑇 = −76°𝐶; 
 
42) Um CSTR de processa a reação em fase líquida A  B. O reator recebe 12 
L/min de A numa concentração CA0= 2,5 mol/L. A equação de velocidade é 
(−𝑟𝐴) =0,5𝐶𝐴
0,5
 e a conversão na saída é de 70%. 
a) Determine o volume do reator. 
b) Após uma falha no agitador do CSTR, sua rotação reduziu-se pela metade e 
a conversão final passou a ser 79%. Proponha, quantitativamente, uma 
explicação para este aumento de conversão. 
R: a) V= 48,5 L; b) Sistema equivalente a PFR de 33,6 L em série com CSTR 
de 14,9 L. 
 
43) Um reator tubular possui 4 m de comprimento. Sabendo-se que a mistura 
reacional percorre este reator numa velocidade de 12 m/min, determine o 
tempo espacial. 
R: 𝜏 = 20 𝑠 
 
44) Uma mistura de A e B é alimentada num reator em batelada de parede 
móvel na proporção 1,5B:1A. A reação A + B  C, de segunda ordem, ocorre 
em fase gasosa neste reator a 1 atm e 50°C com (−rA) = 2,71CA
αCB
β
 
mol
L.min
. 
 
 
Sabendo-se que, no tempo de meia vida, (−rA) = 5,545x10
−4 mol
L.min
, determine a 
equação de velocidade da reação. 
R: (−𝑟𝐴) = 2,71𝐶𝐴
0,8𝐶𝐵
1,2 
mol
L.min
 
 
45) Um reator em batelada de paredes rígidas com capacidade de 70 L 
processa a reação A → 2B em fase gasosa. O reator possui um controle que 
mantém a temperatura da reação constante em 853K. Dado: (−𝑟𝐴) =
0,007𝐶𝐴 (
𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛
). 
a) Determine o tempo reacional para converter 50% do reagente A 
b) Se, após 99 min de reação, houvesse um vazamento no reator de 1 L/min 
que perdurasse por 6 min, qual seria a concentração de A no reator após estes 
6 min? Dado: Pressão no instante do vazamento P= 10 atm. 
R: a) t= 99 min; b) CA= 0,042 mol/L 
 
46) A reação em fase gasosa entre ‘A’ e ‘B’ origina o produto ‘C’, sendo de 
primeira ordem para cada reagente com 𝑘 = 0,021
𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛
. Foram feitos os 
seguintes experimentos: 
I) Em um reator batelada de paredes rígidas obteve-se 63% de conversão do 
reagente A em 26,12 min. Alimentação: CA0= 1 mol/L; CB0= 2 mol/L. 
II) Em um reator batelada de paredes móveis obteve-se tempo de meia vida 
igual a 37,88 min. Alimentação: CA0= 2 mol/L; CB0= 1 mol/L. 
a) Determine o tempo de reação nas condições do experimento II para se obter 
uma conversão de 70% 
b) Determine a variação de pressão nas condições do experimento I para uma 
conversão de 80% 
R: a) t= 75,26 min; b) ∆P= -26,7% 
 
47) A reação 𝐴
→
←
𝐵 + 𝐶 ocorre em fase líquida num reator batelada de volume 
constante. A conversão de equilíbrio para as condições de operação é 80% e o 
tempo de meia vida é 1 min. Determine a constante de equilíbrio e a 
concentração de C após 2 min de reação. 
 
 
Dados: CA0= 0,625 mol/L; (−𝑟𝐴) = 𝐶𝐴 − 𝑘𝐼𝐶𝐵 
𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛
 
R: KC= 2; CC= 0,376 mol/L 
 
48) Um PBR processa, a 940°F e 70 psia, a reação entre Benzeno (B) e Xileno 
(X) para formar Tolueno (T): B + X → 2T. O catalisador possui densidade 
aparente de 630 g/L, sendo que o tempo espacial é τ= 30 min. Determine a 
velocidade média de reação por grama de catalisador para se obter uma 
conversão de 65% na saída do reator. Dado: Alimentação equimolar de B e X. 
R: (−𝑟𝐴) = 0,0768 
𝑚𝑜𝑙
ℎ.𝑘𝑔 𝑐𝑎𝑡
 
 
49) A reação de decomposição do óxido nitroso 2𝑁2𝑂 → 2𝑁2 + 𝑂2 possui a 
seguinte equação de velocidade (−𝑟𝐴) = 58,62𝐶𝑁2𝑂
2 
𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛
. Para uma 
alimentação com 70% de 𝑁2𝑂 e 30% de inertes em um reator de paredes 
móveis, determine: 
a) A conversão após 1 min de reação 
b) As concentrações de N2 e O2 após 10 min de reação 
Dados: T= 1643 °F e P= 1,4 atm 
R: a) XA= 0,36; b) 𝐶𝑁2 = 6,58𝑥10
−3 𝑚𝑜𝑙
𝐿
; 𝐶𝑂2 = 3,29𝑥10
−3 𝑚𝑜𝑙
𝐿
 
 
50) A reação de saponificação do acetato de etila com soda cáustica possui 
uma energia de ativação de 10882 cal/mol e fator de frequência de 1,21x1010 
𝐿
𝑚𝑜𝑙.𝑚𝑖𝑛
. Determine o tempo reacional necessário para se obter uma conversão 
de 90% ao se processar esta reação num reator batelada de volume constante 
a 35°C com alimentação de 4 g/L de acetato de etila e 0,15M de soda cáustica. 
R: t= 5,13 s 
 
51) A reação 𝐶4𝐻8 → 𝐶4𝐻6 + 𝐻2 ocorre num reator batelada a volume 
constante, sendo que a alimentação contém 90% de inertes e a expressão da 
velocidade específica da reação é a seguinte: 𝑘 =
4,28𝑥106𝑒𝑥𝑝 (−
13115
𝑇
) 
𝑚𝑜𝑙
𝐿.ℎ.𝑎𝑡𝑚
. 
 
 
Determine o tempo necessário para se atingir uma conversão de 87% a 1 atm 
e 600°C 
R: t= 1,34 min 
 
52) A reação 4𝑃𝐻3 → 𝑃 + 6𝐻2 ocorre em fase gasosa em um recipiente de 
paredes rígidas a 700°C e 1 atm. Determine a pressão total após 2 min de 
reação. Explique porque houve variação de pressão. Dado: 𝑙𝑛𝑘 = −
18963
𝑇
+
2𝑙𝑛𝑇 + 12,13 𝑠−1 
R: P= 1,75 atm 
 
 
53) A reação em fase gasosa A →4B é de primeira ordem e foi estudada em 
um reator batelada a pressão constante o qual forneceu uma variação de 
volume de 85% após 27 min de reação. Se esta reação fosse realizada em um 
reator a volume constante, qual seria o tempo necessário para se atingir a 
pressão de 4,2 atm? Dado: Pressão inicial = 2 atm e alimentação de A puro. 
R: t= 37,13 min 
 
54) Um reator de paredes móveis processa a reação em fase gasosa A → 3P 
com alimentação de 61% de A e o restante de gás inerte. Qual será a variação 
de volume neste reator após 21 min de reação. Dado: k= 0,0123 min-1 
R: ∆V= 28% 
 
55) A produção do ácido propiônico se dá através da reação elementar a 
seguir: 
𝐶2𝐻5𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 + 𝐻𝐶𝑙
→
←
𝐶2𝐻5𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝑁𝑎𝐶𝑙. Um experimento foi realizado em 
laboratório com quantidades equimolares dos reagentes. Foram coletadas 
amostras contendo 5 mL da mistura reacional, as quais foram tituladas com 
solução 0,15M de NaOH. O resultado das titulações é apresentado na tabela a 
seguir. 
t (min) 0 5,5 12,5 23,7 46,9 ∞ 
Sol. NaOH 
(mL) 
73,9 45,2 33,1 26,6 20,3 14,6 
 
 
 
Deseja-se produzir 600 kg/h de ácido propiônico em um reator batelada, que 
devem corresponder a uma conversão de 70%. Sabendo-se que a alimentação 
dos reagentes é equimolar e que o tempo de descarga+limpeza+carga do 
reator é de 30 min, determine o volume do reator. Dado: densidade da mistura 
= 1,19 kg/L; Concentração inicial de HCl= 2M. 
R: V= 1842,5 L 
 
56) A reação A + B → C é processada em fase líquida num PFR em série com 
um CSTR, conforme o esquema a seguir. 
 
Os reagentes são alimentados no PFR com B em excesso. Demonstre que, 
para altas vazões e temperaturas, a conversão global (XA2) na saída do 
sistema pode ser representada por: 
𝑋𝐴2 =
1
2∝2
{√[∝2 (1 + 𝜃𝐵)]2 − 4 ∝2 𝜃𝐵 {∝2+
{𝑒𝑥𝑝[∝1(∝1−1)]−1}
{𝜃𝐵𝑒𝑥𝑝[∝1(∝1−1)]−1}
} −∝2 (1 + 𝜃𝐵) + 1} 
Sendo: ∝1=
𝑉1𝑘1𝐶𝐴0
2
𝐹𝐴0
; ∝2=
𝑉2𝑘2𝐶𝐴0
2
𝐹𝐴0. Índices  1: PFR, 2: CSTR. 
 
57) A reação elementar 𝐴
𝑘𝑑
→ 
𝑘𝐼
←
𝐵 é conduzida em um reator batelada de volume 
constante com a seguinte alimentação: CA0= 0,2 mol/L e CB0= 0,1 mol/L. 
Sabendo-se que 𝐾𝐶 =
𝑘𝑑
𝑘𝐼
= 0,25 e kd= 0,011 min-1, determine: 
a) as concentrações de A e B no equilíbrio 
b) a porcentagem de reagente convertido em produto após 28 min de reação 
R: a) CAe= 0,24 mol/L, CBe= 0,06 mol/L; b) XB= 0,314 
 
58) O reagente A é alimentado em um CSTR de 75,6 L a 1 atm e 100°C numa 
vazão de 5 L/min para formar o produto B, o qual possui uma concentração de 
1,32 g/L na corrente de saída do reator. Um novo CSTR irá operar nas mesmas 
condições do reator supracitado. Qual deverá ser o volume deste novo reator 
 
 
para se obter CB= 0,03 mol/L na corrente de saída. Dados: Massa molar de A= 
100 g/mol, k= 0,081 min-1. 
R: V= 658 L 
 
59) A água oxigenada comercial é uma mistura de água com peróxido de 
hidrogênio (H2O2) e possui diferentes dosagens (10 volumes, 20 volumes, etc). 
Por exemplo, a dosagem 10 volumes significa que cada 1 mL do produto libera 
10 mL de O2 (resultantes da reação de decomposição do H2O2) em condição 
ambiente. Sabendo-se que a constante de velocidade de decomposição do 
peróxido de hidrogênio vale 0,0467 min-1 determine: 
a) o tempo necessário para a água oxigenada ter sua dosagem reduzida de 50 
para 10 volumes. 
b) Na pratica, a decomposição do peróxido de hidrogênio num frasco aberto 
pode demorar mais do que o tempo calculado no item ‘a’. Dê uma possível 
explicação para este fato. 
R: t= 34,5 min 
 
60) Um reator tubular de 2 cm de diâmetro e 21,3 cm de comprimento processa 
a reação em fase gasosa entre CH4 e S2 sob pressão e temperatura 
constantes. A tabela a seguir mostra 3 experimentos realizados neste reator. 
 
Experimento 
Vazão molar na entrada do reator 
(mol/h) 
Vazão molar de 
CS2 na saída do 
reator (mol/h) CH4 S2 
1 0,584 1,168 0,0334 
2 0,333 0,666 0,0320 
3 0,167 0,333 0,0292 
 
Determine a nova vazão de saída de CS2 realizada neste mesmo reator e nas 
mesmas condições do experimento 1, porém, com 10% de inertes na 
alimentação. Explique a diferença entre os resultados dos estudos com e sem 
inerte. Dado: Reação de ordem 1 para cada reagente. 
R: FCS2= 0,0127 mol/h 
 
61) A reação de dimerização do butadieno pode ser representada por 2A → B. 
Deseja-se projetar um reator tubular para se processar esta reação a 1 atm e 
 
 
810°C com 30% de gás inerte. A vazão total da alimentação será 60 kmol/h e a 
conversão final desejada é de 42%. Qual deverá ser o volume do reator? 
Construa um gráfico do volume do reator em função da composição de inerte 
na alimentação. Dado: 𝑘 = 3,17𝑥103𝑒𝑥𝑝 (−
5470
𝑇
) 
𝑚𝑜𝑙
𝐿.ℎ.𝑎𝑡𝑚2
. 
R: V= 2551,5 L; Comportamento exponencial. 
 
62) Butadieno (A) é alimentado em um leito recheado com quartzo juntamente 
com 90% de inertes a 10 L/h, 700°C e 1 atm. Nestas condições a variação do 
número de mols total devido às reações pode ser desprezada. No reator 
ocorrem as seguintes reações catalíticas: 
Reação Equação de velocidade 
Craqueamento 
(−𝑟𝐴)1 = 0,51𝑒𝑥𝑝 (−
6557
𝑇
)𝑃𝐴 
𝑚𝑜𝑙
𝑔 𝑐𝑎𝑡. ℎ
 
Dimerização 
(−𝑟𝐴)2 = 1,15𝑒𝑥𝑝 (−
5464,5
𝑇
)𝑃𝐴
2 
𝑚𝑜𝑙
𝑔 𝑐𝑎𝑡. ℎ
 
 
a) Determine a massa de catalisador necessária para se obter 66% de 
conversão global. 
b) Se o processo fosse realizado sem inertes, qual reação seria favorecida? 
c) O aumento de temperatura favorece qual das reações? 
R: a) W= 257,75 g; b) Dimerização; c) Craqueamento 
 
63) A pirólise da acetona 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 → 𝐶𝐻2𝐶𝑂 + 𝐶𝐻4 é realizada em um reator 
tubular de 1,6 L a 793 K e 1 atm. Com base nos dados a seguir, determine a 
equação de velocidade desta reação. 
Vazão de 
acetona (g/h) 
248 75 28 12 
Conversão 0,07 0,18 0,34 0,49 
R: (−𝑟𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3) = 14𝐶𝐴
2 
𝑚𝑜𝑙
𝐿.ℎ
 
 
64) O processo de fotocloração de hidrocarbonetos pode ser representado de 
forma simplificada pelas reações: 
1 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 
(−𝑟𝐴) = 1𝐶𝐴 
𝑚𝑜𝑙
𝐿. ℎ
 
 
 
2 𝐶 + 𝐵 → 𝐸 + 𝐷 
(−𝑟𝐶)2 = 2𝐶𝐶 
𝑚𝑜𝑙
𝐿. ℎ
 
 
O sistema é composto por um reator tubular seguido de um separador o qual 
elimina os resíduos de D e B enquanto que parte dos compostos A, C e E é 
reciclada com uma razão de reciclo R= 1. A alimentação do sistema consiste 
em 100 mol/h de A e 400 mol/h de B, o resíduo de A no produto final possui 
vazão de 12 mol/h e a vazão volumétrica na entrada do reator é v0= 1000 L/h, 
conforme mostrado no fluxograma a seguir. 
 
a) Calcule o volume do reator 
b) Determine a seletividade global de C em relação a E (𝑆𝐶
𝐸
̃) para R=0 (manter 
as demais condições constantes). 
R: a) V= 1542 L; b) 𝑆𝐶
𝐸
̃ = 0,272 
 
65) Uma polimerização por radicais livres ocorre em fase líquida em um CSTR 
com tempo espacial de 47 s. Monômero (M) é alimentado na concentração de 
3,22 mol/L e as seguintes reações devem ser consideradas: 
Iniciação 𝑀 → 𝑃1 𝑘𝐼 = 0,27 𝑠
−1 
Propagação 𝑃𝑛 +𝑀 → 𝑃𝑛+1 𝑘𝑃 = 0,8 
𝐿
𝑚𝑜𝑙. 𝑠
 
Pn  Cadeia de polímero contendo n unidades monoméricas. 
a) Calcule a conversão de monômero na saída do reator 
b) Determine a concentração de cadeias P10 na saída do reator 
R: a) X= 0,98; b) P10= 0,036 mol/L 
 
66) As reações 
𝐴 → 𝐵 𝑘1 = 0,21 𝑚𝑖𝑛
−1 
𝐵 → 𝐶 𝑘2 = 0,07 𝑚𝑖𝑛
−1 
 
 
 
ocorrem simultaneamente em reator de fluxo contínuo com alimentação de 7 L 
min-1, determine a conversão final de A e a seletividade global de B em relação 
a C (𝑆𝐵
𝐶
̃) para cada um dos sistemas a seguir. 
a) Um único CSTR de 146 L 
b) Um PFR de 146 L 
c) Em qual dos sistemas se obtém maior produção de B? 
R: a) XA= 0,81, 𝑆𝐵
𝐶
̃ = 0,68; b) XA= 0,987, 𝑆𝐵
𝐶
̃ = 0,5. 
 
67) A Hidrólise do anidrido acético é realizada em três CSTRs em série (V1= 
1,4 L, V2= 2,8L e V3= 2,2 L) com alimentação de 1,4 L/min no primeiro reator. 
Determine a conversão global na saída de cada reator, considerando k= 9,48 h-
1. 
R: XA1= 0,136; b) XA2= 0,343; c) XA3= 0,474 
 
68) A reação (𝐶𝐻2𝐶𝑂)2𝑂 + 𝐻2𝑂 → 2𝐶𝐻2𝐶𝑂𝑂𝐻 foi estudada em presença de 
grande excesso de água, o que forneceu a seguinte equação: 𝑘 =
1,177𝑥109𝑒𝑥𝑝 (−
6774
𝑇
) min-1. Deseja-se processar esta reação em uma série de 
2 CSTRs, sendo o primeiro com capacidade de 80 L, operando a 35°C e o 
segundo com capacidade de 270 L, operando a 60°C. Determine a conversão 
global na saída de cada reator sabendo-se que a vazão de alimentação é de 6 
L/min. 
Qual configuração seria melhor para se operar: a atual ou invertendo a ordem 
dos reatores? 
R: XA1= 0,815; XA2= 0,998. Invertendo os reatores: XA1= 0,987; XA2= 0,998  
Apesar da conversão final ser praticamente a mesma, no caso de falha do 
segundo reator, pode-se trabalhar apenas com o primeiro, obtendo-se uma 
conversão relativamente alta (XA1= 0,987). Assim, a configuração com ordem 
invertida é melhor. 
 
69) Um CSTR processa as seguintes reações múltiplas em fase líquida: 
 
𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 𝑘1 = 11,2 𝐿 𝑚𝑜𝑙
−1𝑚𝑖𝑛−1 
 
 
𝐶 + 𝐵 → 𝐸 + 𝐷 𝑘2 = 1,4 𝐿 𝑚𝑜𝑙
−1𝑚𝑖𝑛−1 
𝐸 + 𝐵 → 𝐹 + 𝐷 𝑘3 = 42 𝐿 𝑚𝑜𝑙
−1𝑚𝑖𝑛−1 
 
Um mol por minuto de 𝐴 é alimentado ao reator sendo que 88 % são 
convertidos. A concentração de 𝐵 dentro do reator é constante e igual a 
0,001 𝑚𝑜𝑙 𝐿−1. Determine a composição da corrente líquida de saída. 
Dado: 𝑉 = 17 𝐿 
R: 𝑦𝐴 = 0,051 , 𝑦𝐵 = 1,1 × 10
−5, 𝑦𝐶 = 0,196, 𝑦𝐷 = 0,573, 𝑦𝐸 = 6,3 × 10
−3, 𝑦𝐹 =
0,173 
 
70) Reconsidere as reações do exercício anterior ocorrendo em um PFR de 87 
L com alimentação CA0= 2,2 mol/L e CB0= 4,9 mol/L e vazão volumétrica v0= 6,8 
L/min. Qual será a composição na saída do reator? 
R: yA= 5,7x10-5; yB= 0,0017; yC= 0,118; yD= 0,6886; yE= 0,0041; yF= 0,1875 
 
71) As reações consecutivas 𝐴
𝑘1
→𝐵
𝑘2
→𝐶 ocorrem em um sistema composto por 
inúmeros CSTRs em série. Sabendo-se que k1= 0,67 h-1, k2= 0,99h-1 e Tempo 
espacial = 3 min, determine: 
a) A conversão de A na saída do vigésimo reator 
b) O número de CSTRs necessários para se obter a concentração máxima de 
B 
R: a) XA= 0,483; b) n= 25 reatores 
 
72) Um reator CSTR de 1 L processa uma reação unimolecular (k= 1 min-1) na 
qual o reagente A é alimentado numa vazão de 1 L/min. 
a) Calcule a conversão de A na saída do reator 
b) Qual deverá ser o volume de um CSTR com reciclo de metade de sua 
corrente de saída, operando com as mesmas condições e com a mesma 
conversão do item ‘a’? 
c) Faça uma comparação entre os casos dos itens ‘a’ e ‘b’ 
R: a) XA= 0,5; b) V= 1L; c) A corrente de reciclo não afeta a operação do CSTR, 
pois possui composição constante e igual à do interior do reator. 
 
 
 
73) Dois CSTRs são posicionados para operar em série na mesma 
temperatura. O reator 1 possui τ1= 1 min e o reator 2 possui τ2= 2 min . 
Demonstre que a ordem na qual eles são posicionados não afeta a conversão 
final. 
R: 𝑋𝐴2 =
3𝑘+2𝑘2
(1+𝑘)(1+2𝑘)
 
 
74) Um CSTR possui inicialmente 25,35 L de uma mistura contendo 0,05 mol/L 
do composto A. inicia-se a alimentação deste CSTR com 2,4 L/h de uma 
corrente contendo 0,5 mol/L de A. A vazão de saída também é mantida em 2,4 
L/h. Sabendo-se que a reação 𝐴 → 𝐵 ocorre neste reator com velocidade 
específica de 0,071 h-1, em quanto tempo o sistema entrará em regime 
permanente? 
R: t = 10,25 min 
 
75) Um reator bem misturado é operado em regime de batelada alimentada 
com evaporação. Inicialmente 5,5 mol/L de ácido acético (A) estão presentes 
no reator. Etanol (B) é alimentado de maneira controlada para que sua 
concentração no reator se mantenha constante e igual a 5 mol/L. A 
temperatura de operação é ajustada de forma que haja uma taxa de 
evaporação igual à vazão volumétrica de alimentação. Neste processo, todo 
acetato de etila (C) produzido é evaporado durante a reação e recuperado na 
corrente de topo. Calcule o tempo necessário para a concentração de ácido 
acético atingir 55 g/L. 
Dados: 𝐴 + 𝐵
𝑘𝑑
→ 
𝑘𝐼
←
𝐶 + 𝐷; (−𝑟𝐴) = 4,76𝑥10
−4𝐶𝐴𝐶𝐵 − 1,63𝑥10
−4𝐶𝐶𝐶𝐷 
R: 𝑡 = 744,5 min 
 
76) A reação de saponificação entre acetato de etila (A) e soda cáustica (B) 
ocorre em um reator bem misturado em regime de batelada alimentada. 
Inicialmente, 90 L de uma solução 0,09 M de acetato de etila estão presentes 
no reator. 3,78 L/min de solução 0,1 N de soda cáustica são alimentados e a 
operação é realizada isotermicamente à temperatura ambiente. Qual será o 
volume do conteúdo reacional e a conversão após 2 min, sabendo-se que 
neste período pode-se considerar uma velocidade média de reação constante e 
igual a 7𝑥10−4 
𝑚𝑜𝑙
𝐿.𝑚𝑖𝑛
? 
 
 
R: V= 97,56 L; XA= 0,016 
 
77) O reator cilíndrico de paredes móveis abaixo processa a reação A  3B + 
2C em fase gasosa, a qual possui k= 0,22 L/(mol.min). O reator possui travas 
que o limitam a um volume máximo conforme o esquema a seguir. Sabendo 
que a alimentação é feita a 80°C e 1 atm, contendo 50% de inertes, determine: 
 
 
a) O tempo necessário para a parede móvel atingir as travas do reator 
b) A concentração de B após 15h de reação 
c) A pressão no reator após 90,3h de reação. 
R: a) t= 27,3 h b) CB= 0,01465 c) P= 1,118 atm 
 
78) A reação reversível em fase líquida 𝑨
𝒌𝒅
→ 
𝒌𝑰
←
𝑩 possui 𝒌𝒅 =
𝟎, 𝟎𝟏𝒆𝒙𝒑 [𝟖𝟕𝟓𝟏(
𝟏
𝟑𝟐𝟑
−
𝟏
𝑻
)] min-1 e sua constante de equilíbrio é dada por 𝑲𝑪 =
𝒌𝒅
𝒌𝑰
= 𝟓𝒆𝒙𝒑 [−𝟖𝟕𝟓𝟏(
𝟏
𝟑𝟐𝟑
−
𝟏
𝑻
)], com T em K. Esta reação ocorre em um reator 
batelada com alimentação CA0= 1 mol/L. Na primeira etapa, a reação é 
conduzida a 323 K e atinge 70% de conversão de A. Ao fim desta etapa, a 
temperatura é imediatamente alterada para 353 K e a reação continua por mais 
10 minutos (segunda etapa). 
a) Qual é o tempo gasto na primeira etapa? 
b) Quais são as concentrações do produto desejado (B) ao fim da primeira e da 
segunda etapa? 
c) Este processo parece ser economicamente viável? Sugira uma melhoria. 
R: a) t= 152,7 min b) CB= 0,7 mol/L (1a) ; CB= 0,35 mol/L (2a) 
 
 
 
79) No esquema a seguir, o reator 1 processa a reação A  4B (k= 0,012 min-
1) em fase gasosa com alimentação de A puro e volume inicial V0= 20 L. Sobre 
o embolo do reator 1 há 60 L de reagente C, cuja densidade molar é 3 mol/L. A 
movimentação do êmbolo faz com que o líquido C seja alimentado na reator 2, 
o qual se encontra na temperatura apropriada para processar a reação C  D 
(k= 2,4 min-1). Considerar todos os sistemas à pressão constante. 
 
 
a) Qual o tempo necessário para derramar 10 L de reagente ‘C’ no reator 2? 
b) Deduza a equação que da a vazão molar de alimentação de ‘C’ no reator 2 
em função do tempo. 
c) Após 50 min, qual será a vazão molar de alimentação de ’C’ no reator 2? 
d) Escreva o balanço molar para ‘C’ no reator 2. Como a equação resultante 
pode ser resolvida? 
R: a) 15,2 min c) 1,185 mol h-1 
 
80) A velocidade da reação A + B  Produtos é dada pela expressão (−𝒓𝑨) =
𝒌𝟏𝑪𝑨
𝒌𝟐+𝒌𝟑𝑪𝑩
 . 
A velocidade da reação foi calculada para as concentrações mostradas na 
tabela a seguir. 
(−𝑟𝐴) (
𝑚𝑜𝑙
𝐿 𝑚𝑖𝑛
) 𝐶𝐴 (
𝑚𝑜𝑙
𝐿
) 𝐶𝐵 (
𝑚𝑜𝑙
𝐿
) 
0,079 0,3 0,6 
0,158 0,6 0,6 
0,064 0,3 0,9 
 
 
Determine os valores de 
𝒌𝟐
𝒌𝟏
 e 
𝒌𝟑
𝒌𝟏
. 
R: 
𝒌𝟐
𝒌𝟏
= 2 
𝒌𝟑
𝒌𝟏
= 2,94 
 
81) A reação de segunda ordem A  2B, cuja energia de ativação é 7800 
cal/mol, é realizada em fase gasosa a 400 K num reator de paredes rígidas 
com alimentação de ‘A’ puro a 2 atm, obtendo-se 78% de conversão em 54 
min. 
a) Determine a velocidade específica da reação (k) com sua respectiva unidade 
b) Determine o tempo para se atingir 78% de conversão a 450 K com 
alimentação de ‘A’ puro a 2 atm 
c) Explique o porquê da diferença entre os tempos de reação para as 
temperaturas de 400 K e 450 K 
d) Deseja-se processar esta mesma reação de forma que a pressão aumente 
de 2 para 3 atm em 30 min. Qual temperatura deverá ser usada? 
e) Na prática, o processo realizado no item ‘d’ atingiu a pressão de 2,5 atm, a 
qual se manteve constante até o final da reação. Dê uma possível explicação 
para este comportamento. 
R: a) k= 1,077 L mol-1 min-1 b) t= 20,41 min d) T= 371,5 K 
 
82) O reator de paredes rígidas de 50 L a seguir processa a reação A + B  
2C que ocorre somente na fase líquida. O sistema conta com o sólido ‘A’, que 
possui solubilidade 0,53 mol/L no líquido inerte I. O sistema é pressurizado com 
o gás ‘B’, cuja solubilidade em ‘I’ segue a expressão: 𝑺𝑩 = 𝟎, 𝟎𝟏𝑷𝑩
𝟐 + 𝟎, 𝟏𝑷𝑩 
(𝑷𝑩 em atm; 𝑺𝑩 em mol/L). 
 
No início da reação (t=0) o sistema se encontra em equilíbrio com 30 mols de 
‘A’ e 25 L de ‘I’ alimentados (Vliq+sól ≈ 25 L). Neste instante, a fase líquida se 
encontra saturada em ‘B’. Na fase gasosa, o componente B se encontra 
praticamente puro e apresenta uma pressão inicial Po= 2,5 atm. 
 
 
Qual é o tempo necessário para que a pressão do reator atinja 2 atm? 
Dados: T= 400 K, k= 0,17 L/(mol.min). Considerar equilíbrio instantâneo 
durante a reação (desprezar resistências à transferência de massa). 
Considerar nível de líquido constante. 
R: t= 0,617 min 
 
83) Um reator batelada de parede móvel processa a reação A  3B em fase 
gasosa à pressão constante de 1 atm com 𝒌 = 𝟖𝟎𝟎𝟎𝒆𝒙𝒑(−
𝟐𝟑𝟎𝟎
𝑻
) (
𝑳
𝒎𝒐𝒍 𝒎𝒊𝒏
) e 
alimentação de ‘A’ puro. 
a) Calcule o tempo de reação para se atingir uma conversão de 80% a 90°C 
b) Calcule a porcentagem de variação volumétrica obtida após 27 min de 
reação a 160°C 
c) Determine a temperatura necessária para que se atinja 95% de conversão 
em 20 min 
d) Ao se processar esta reação num reator de parede móvel velho e 
enferrujado observou-se que a pressão, ao invés de se manter constante, 
aumentou. Explique o que pode ter acontecido. 
e) No reator do item ‘d’, a reação apresentou aumento de 50% tanto no volumequanto na pressão e 20% de aumento na temperatura quando a conversão 
atingiu 70%. Qual foi a fração molar de ‘A’ utilizada neste estudo? 
R: a) 18,44 min b) ∆V= 184,2% c) T= 539,8 K e) yA0= 0,625 
 
84) A reação A + 2B  C ocorre em um reator de paredes rígidas e sua 
velocidade de reação segue a equação (−𝒓𝑨) = 𝟎, 𝟓𝟒𝑪𝑨
𝟎,𝟓𝑪𝑩
𝟎,𝟓 (
𝒎𝒐𝒍
𝑳 𝒎𝒊𝒏
). O reator 
é alimentado com CA0= 2 mol/L e CB0= 4 mol/L. 
a) É possível afirmar que esta reação é elementar? Por quê? 
b) Determine a conversão da reação quando CB= 1,7 mol/L 
c) Calcule o tempo necessário para se obter uma conversão de 75% 
d) Qual é a conversão obtida após 3,5 min de reação? 
e) Na prática, após operar o reator por muito tempo sem efetuar qualquer 
limpeza entre as bateladas, a conversão desta reação diminuiu, mesmo 
 
 
mantendo todas as condições de operação constantes. Dê uma possível 
explicação para este fenômeno. 
R: b) XA= 0,757 c) t= 1,82 min d) XA= 0,93 
 
85) A reação 3A  B + C é conduzida em fase líquida com alimentação de 2,7 
mol/L de A. Sabe-se que a velocidade específica da reação vale 𝟎, 𝟒𝟒 
𝑳𝟐
𝒎𝒐𝒍𝟐 𝒎𝒊𝒏
. 
a) Qual é a concentração de B quando a conversão atinge 74%? 
b) Qual é o tempo necessário para se obter 0,8 mol/L de C 
c) Determine a conversão correspondente a 9 min de reação 
d) Se B e C também fossem alimentados ao reator de forma que a alimentação 
de ‘A’ continuasse em 2,7 mol/L, o tempo obtido no item ‘b’ seria diferente? 
Explique. 
e) Proponha duas formas de aumentar a conversão obtida no item ‘c’ 
R: a) CB= 0,666 mol L-1 b) 𝑡 = 6,735 min c) 𝑋𝐴 = 0,91 
 
 
86) A reação 3A  B é realizada em presença de inertes num reator de 
paredes móveis a 1 atm. Para uma dada temperatura T, são atingidos 40% de 
conversão em 21,83 min. Quando se aumenta 100K temperatura (T+100) 
mantendo-se as demais condições constantes, a conversão de 90% é atingida 
em 7,43 min. Determine a fração molar de inertes que foi usada nestes 
estudos. 
Dado: 𝒌 = 𝟏𝟎𝟖𝒆𝒙𝒑 [−
𝟕𝟒𝟎𝟎
𝑻
] (
𝑳
𝒎𝒐𝒍.𝒎𝒊𝒏
). 
R: yI0= 0,29 
 
87) Um reator batelada deverá ser projetado para processar a reação em fase 
líquida 2A  B (k= 0,037 L mol-1 min-1) com alimentação CA0= 1 mol/L. As 
massas molares são: MA= 60 g/mol e MB= 120 g/mol e a densidade média da 
mistura reacional vale 1,05 g/mL. Deseja-se obter uma produção anual de 2000 
toneladas de B com um reator batelada capaz de atingir conversão XA= 0,8. O 
tempo morto da operação será de 25 min a cada batelada e o período de 
trabalho será de 15 h/dia. Determine o volume do reator que será utilizado 
neste processo. 
 
 
R: V= 1087 L 
 
88) A reação em fase líquida A  Produtos foi estudada em um reator batelada 
e os seguintes dados foram obtidos: 
t (min) 0 10 20 30 40 50 60 
CA (mol/L) 7 5,88 4,96 4,07 3,33 2,6 2,1 
 
a) Determine a equação de velocidade da reação através do método 
diferencial. Sugestão: ajustar um único polinômio de grau 2 para todos os 
pontos. 
b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’. Calcule 
o valor de k para cada ponto da tabela e faça uma média (mostrar unidade). 
R: b) k= 0,032 mol0,345 L-0,345 min-1 
 
89) Dado o mecanismo a seguir 
Reação Equação de velocidade 
1 𝑨 → 𝟐𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨 
2 𝑩∙ + 𝑨 → 𝑪∙ + 𝟐𝑫∙ (−𝒓𝑨)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑨𝑪𝑩∙ 
3 𝑩∙ +𝑫∙ → 𝑬 (−𝒓𝑩∙)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑩∙𝑪𝑫∙ 
4 𝑪∙ + 𝑫∙ → 𝑭 (−𝒓𝑪∙)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑪∙𝑪𝑫∙ 
 
a) Determine a estequiometria da reação global 
b) Determine a equação de velocidade global de produção de F. 
R: 2A  E + F b) (+𝒓𝑭) = 𝒌𝟏𝑪𝑨 
 
90) Um reator tubular de 100 cm de comprimento e 5 cm de diâmetro processa 
a reação A  B isotermicamente em fase gasosa. Há uma queda de pressão 
ao longo do reator conforme a função: 𝑷 = 𝑷𝒐 − 𝟎, 𝟎𝟖𝒛 (P em atm e z em cm), 
sendo z o comprimento do reator. Sabendo-se que Po= 10 atm, k= 0,33 
cm³/(mol.min), CA0= 0,35 mol/cm³, vo= 143 cm³/min, determine a conversão de 
A na saída do reator. 
R: XA= 0,39 
 
 
 
91) Um CSTR será projetado para realizar a reação elementar em fase gasosa 
A + B  C, cuja velocidade específica vale 0,95 L mol-1min-1. Determine o 
volume necessário para o reator atingir uma conversão de 68% a 200°C com 
alimentação v0= 4,5 L/min PA0= 1,3 atm, PB0= 1,7 atm, e PI0= 0,5 atm. 
R: V= 267,1 L 
 
92) Dado o mecanismo a seguir 
Reação Equação de velocidade 
1 𝑨 → 𝟐𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨 
2 𝑩∙ + 𝑪 → 𝑫∙ (−𝒓𝑪)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑪𝑪𝑩∙ 
3 𝑩∙ → 𝑬 (−𝒓𝑩∙)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑩∙ 
4 𝟐𝑫∙ → 𝑭 (−𝒓𝑫∙)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑫∙
𝟐 
 
Determine a equação de velocidade global de produção de F. 
R: (+𝒓𝑭) =
𝒌𝟏𝒌𝟐𝑪𝑨𝑪𝑪
𝒌𝟐𝑪𝑪+𝒌3
 
 
93) Considere o mecanismo catalítico a seguir. 
Reações 
I 
𝑨 + 𝑺
𝒌𝑨
→ 
𝒌−𝑨
← 
𝑨𝑺 
IV 
𝑪𝑺 + 𝑩
𝒌𝑺𝟐
→ 
𝒌−𝑺𝟐
← 
𝑫𝑺 
II 
𝑩+ 𝑺
𝒌𝑩
→ 
𝒌−𝑩
← 
𝑩𝑺 
V 
𝑫𝑺
𝒌𝑫
→ 
𝒌−𝑫
← 
𝑫 + 𝑺 
III 
𝑨𝑺 + 𝑩𝑺
𝒌𝑺𝟏
→ 
𝒌−𝑺𝟏
← 
𝑪𝑺 + 𝑺 
 
 
Escreva a equação da velocidade global da reação com base na hipótese de 
etapa lenta. Considerar a etapa II (adsorção de B) como etapa lenta. 
R: 𝒓𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍 =
𝒌𝑩𝑪𝑺𝑻
𝑪𝑨𝑪𝑩
(𝐶𝐴𝐶𝐵
2−
𝑪𝑫
𝐾𝐶
)
𝐾𝐴𝑪𝑨+
𝐾𝐷𝑪𝑫
𝐾𝑆1𝐾𝑆2𝐾𝐴𝑪𝑨𝑪𝑩+𝐾𝑆2𝑪𝑩+1
+1
 
 
94) A reação em fase gasosa A  B + C foi estudada em um reator batelada 
de paredes rígidas e os seguintes dados foram obtidos: 
 
 
t (min) 0 10 20 30 40 50 60 
CA (mol/L) 7 6,4 5,93 5,55 5,24 4,97 4,75 
 
a) Determine a equação de velocidade da reação através do método 
diferencial. Sugestão: dividir o perfil experimental em dois trechos e ajustar dois 
polinômios de grau 2. 
b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’. Calcule 
o valor de k para cada ponto da tabela e faça uma média. 
R: a) (−𝒓𝑨) = 2,44𝑥10
−4𝐶𝐴
2,89
 b) k=2,44𝑥10−4 L1,89 mol-1,89 min-1 
 
95) Considere o mecanismo catalítico a seguir. 
Reações 
I 
𝑨 + 𝑺
𝒌𝑨
→ 
𝒌−𝑨
← 
𝑨𝑺 
II 
𝑩 + 𝑨𝑺
𝒌𝑩
→ 
𝒌−𝑩
← 
𝑪𝑺 
III 
𝑪𝑺
𝒌𝑪
→
𝒌−𝑪
← 
𝑪 + 𝑺 
 
Escreva a equação da velocidade global da reação com base na hipótese de 
etapa lenta. Considerar a etapa I (adsorção de A) como etapa lenta. 
R: 𝒓𝒈𝒍𝒐𝒃𝒂𝒍 =
𝒌𝑨𝑪𝑺𝑻(𝐶𝐴−
𝐾𝐶𝑪𝑪
𝐾𝐴𝐾𝐵𝐶𝐵
)
𝐾𝐶𝑪𝑪
𝐾𝐵𝑪𝑩+1
+1
 
 
96) Um reator batelada de paredes móveis deverá ser projetado para processar 
isotermicamente a reação em fase gasosa A  2B (k= 0,087 L mol-1 min-1). As 
massas molares são: MA= 240 g/mol e MB= 120 g/mol e a densidade da mistura 
final vale 0,27 g/mL. Deseja-se obter uma produção anual de 2000 toneladas 
de B com um reator batelada capaz de atingir CB= 1,8 mol/L ao final de cada 
batelada, partindo de CA0= 2 mol/L. O tempo morto da operação será de 25 min 
a cada batelada e o período de trabalho será de 15 h/dia. Determine o volume 
do reator que será utilizado neste processo. 
R: V= 1928 L 
 
97) Um CSTR será projetado para realizar a reação em fase gasosa A  B + 
C, cuja velocidade específica vale 1,25 L mol-1min-1. Determine o volume 
 
 
necessário para o reator atingir uma conversão de 82% a 240°C com 
alimentação v0= 6,5 L/min yA0= 0,7 , yI0= 0,3 e P0= 3 atm. 
R: V= 6521 L 
 
98) A reação em fase líquida A  Produtos foi estudada em um reator batelada 
e os seguintes dados foram obtidos: 
t (min) 0 10 20 30 40 50 60 
CA (mol/L) 7 4,69 3,15 2,11 1,41 0,95 0,64 
 
a) Determine a equação de velocidade da reação através do método 
diferencial. Sugestão: dividir o perfil experimental em dois trechos e ajustar dois 
polinômios de grau 2. 
b) Utilize o método integral para testar a ordem encontrada no item ‘a’. Calcule 
o valor de k para cada ponto da tabela e faça uma média com a respectiva 
unidade. 
R: a) (−𝒓𝑨) = 0,037𝑪𝑨 b) k= 0,04 min
-1 
 
99) Dado o mecanismo a seguir 
Reação Equação de velocidade 
1 𝟐𝑨 → 𝟑𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨
𝟐 
2 𝑩∙ + 𝟐𝑨 → 𝟒𝑩∙ (−𝒓𝑨)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑨
𝟐𝑪𝑩∙ 
3 𝑩∙ → 𝑪 (−𝒓𝑩∙)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑩∙ 
 
 Determinea equação de velocidade global de produção de C. 
R: (+𝒓𝑪) =
3
2
𝑘1𝑘3𝐶𝐴
2
𝑘3−1,5𝑘2𝐶𝐴
2 
 
100) Considere a seguinte sequência de reações em fase líquida: 
 
 𝑨 → 𝟐𝑩∗ (−𝒓𝑨)𝟏 = 𝒌𝟏𝑪𝑨 
 𝑩∗ + 𝑪 → 𝑫+ 𝑬∗ (−𝒓𝑪)𝟐 = 𝒌𝟐𝑪𝑩∗𝑪𝑪 
 𝑬∗ + 𝑨 → 𝑭 + 𝑩∗ (−𝒓𝑨)𝟑 = 𝒌𝟑𝑪𝑬∗𝑪𝑨 
 𝟐𝑬∗ → 𝑮 (+𝒓𝑮)𝟒 = 𝒌𝟒𝑪𝑬∗
𝟐 
 
 
 
Este mecanismo foi validado com os seguintes dados experimentais coletados 
de um CSTR de 10 L com alimentação CA0= 2 mol/L. 
 
FA0 (mol/min) 2 6 10 15 20 30 
XA 0,95 0,90 0,86 0,82 0,79 0,73 
 
Demonstre que: −rA = X𝐶𝐴 + Y𝐶𝐴
1,5
 e determine os valores numéricos das 
constantes X e Y. 
R: Y= 5,19 X= 0,3155