Lista 4 - Gabarito

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Universidade do Estado de Santa Catarina 
Centro de Educação Superior do Oeste 
Curso de Engenharia Química 
Disciplina: Cálculo de Reatores A 
Professora: Heveline Enzweiler 
 
Pinhalzinho - SC, março de 2020 
 
Lista 4 de questões/exercícios para fixação do conteúdo 
 
1) Considere as reações elementares (1-4) e a Figura 1 e responda as questões a-f. 
 
Figura 1 
a) Qual reação possui a maior energia de ativação? 
b) Quais reações possuem a mesma energia de ativação? 
c) Qual reação possui velocidade específica praticamente insensível à temperatura? 
d) Qual reação será predominante em temperaturas muito elevadas? Ou seja, possui a 
maior velocidade específica nestas condições? (Dica: extrapolar as retas) 
e) Qual reação será predominante em temperaturas moderadas? 
f) Qual reação será predominante em temperaturas muito baixas? 
 
2) Qual é a lei de velocidade da reação elementar 𝐴 + 1
2
𝐵 → 𝐶? Quais as relações de rA com rB 
e rC? Calcule as taxas de reação para os três compostos envolvidos assumindo que a reação 
ocorre em um reator de mistura e que as concentrações de saída de A e B são 1,5 mol/L e 
9 mol/L, respectivamente. O valor da velocidade específica kA é 2 (dm³/mol)
0,5s-1. 
 
3) Escreva a lei de velocidade da reação elementar (como escrita) 3𝐴 + 2𝐵 → 4𝐶 em fase 
líquida apenas em função da conversão. A alimentação do reator batelada é equimolar para A 
e B com CA0 = 2 mol/L e kA = 0,01(dm³/mol)
4s-1. 
 
 
 
 
Alimentação equimolar = mesmo número de mols de ambos os reagentes 
Alimentação estequiométrica = proporção entre o número de mols de reagentes alimentados 
corresponde à relação estequiométrica 
Heveline
Máquina de escrever
(3)
Heveline
Máquina de escrever
(1) e (2)
Heveline
Máquina de escrever
(4)
Heveline
Máquina de escrever
(3)
Heveline
Máquina de escrever
(1)
Heveline
Máquina de escrever
(4)
Heveline
Máquina de escrever
-rA = 0,32 (1-X)³ (1-(2/3)X)²
Heveline
Máquina de escrever
-rA = 9 mol/(L.s); -rB = 4,5 mol/(L.s); rC = 9 mol/(L.s)
Universidade do Estado de Santa Catarina 
Centro de Educação Superior do Oeste 
Curso de Engenharia Química 
Disciplina: Cálculo de Reatores A 
Professora: Heveline Enzweiler 
 
Pinhalzinho - SC, março de 2020 
4) Relacione as curvas de concentração de B (CB) em função da conversão (X) com as 
combinações de reação e condições apresentadas em a-e. 
(a) Fase gasosa, alimentação de A 
puro, CA0 = 1 
𝐴 → 𝐵 + 𝐶 
( ) 
 
(b) Fase gasosa, CA0 = CB0 = 1 
𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 
( ) 
 
(c) Fase líquida, alimentação de A 
puro, CA0 = 1 
𝐴 → 𝐵 + 𝐶 
( ) 
 
(d) Fase gasosa, alimentação 
estequiométrica, CA0 = 0,5 
𝐴 + 2𝐵 → 𝐶 
( ) 
 
(e) Fase gasosa, CA0 = CB0 = 1 
𝐴 +
1
2
𝐵 → 4𝐶 
( ) 
 
 
 
5) Construa uma tabela estequiométrica para cada uma das seguintes reações e expresse a 
concentração de cada espécie como uma função da conversão, avaliando todas as constantes 
conforme dados fornecidos. 
 
Heveline
Máquina de escrever
a
Heveline
Máquina de escrever
b
Heveline
Máquina de escrever
c
Heveline
Máquina de escrever
d
Heveline
Máquina de escrever
e
Universidade do Estado de Santa Catarina 
Centro de Educação Superior do Oeste 
Curso de Engenharia Química 
Disciplina: Cálculo de Reatores A 
Professora: Heveline Enzweiler 
 
Pinhalzinho - SC, março de 2020 
a) A reação em fase líquida. As concentrações iniciais de óxido de etileno e água são 
1 lbmol/ft³ e 3,47 lbmol/ft³, respectivamente. 
 
+ 𝐻2𝑂 → 
 
 
b) A pirólise isotérmica e isobárica em fase gasosa. Etano puro é alimentado ao reator de 
escoamento a 6 atm e 1100 K. 
𝐶2𝐻6 → 𝐶2𝐻4 + 𝐻2 
 
c) A oxidação catalítica em fase gasosa, isotérmica e isobárica. A alimentação entre em 
um reator de leito fixo a 6 atm e 260 ºC e é uma mistura estequiométrica de oxigênio e 
etileno. 
𝐶2𝐻4 +
1
2
𝑂2 → 𝐶2𝐻4𝑂 
 
6) Considere a reação de produção de amônia: 
1
2
𝑁2 +
3
2
𝐻2 → 𝑁𝐻3 
a) Tomando o hidrogênio como sua base de cálculo, construa uma tabela estequiométrica 
completa para a reação em um sistema com escoamento isobárico e isotérmico e com 
alimentação equimolar de N2 e H2. 
b) Se a pressão total de entrada for 16,4 atm e a temperatura for de 1724ºC, calcule as 
concentrações de amônia e hidrogênio quando a conversão de hidrogênio for de 60%. 
c) Se você tomar o nitrogênio como base de cálculo, poderia ser alcançada uma 
conversão de nitrogênio de 60%? 
 
7) Uma mistura de 28% (molar) de SO2 e 72% (molar) de ar é alimentada a um reator de 
escoamento no qual o dióxido de enxofre é oxidado. 
2𝑆𝑂2 + 𝑂2 → 2𝑆𝑂3 
As condições são pressão total na alimentação de 1485 kPa e temperatura constante e igual a 
227 ºC. 
a) Construa uma tabela estequiométrica apenas com símbolos em termos de concentração 
dos compostos e conversão. 
Heveline
Máquina de escrever
V = cte
CA = CA0*(1-X)
CB = CA0*(ϴB-X)
CC = CA0*X
Heveline
Máquina de escrever
CA0
Heveline
Máquina de escrever
CB0
Heveline
Máquina de escrever
ϴB=CB0/CA0
Heveline
Máquina de escrever
yA0 = 1; δ = 1; ε = 1
CA0 = yA0*P/(R*T)
CA = CA0*(1-X)/(1+εX)
CB = CC = CA0*X/(1+εX)
Heveline
Máquina de escrever
A
Heveline
Máquina de escrever
B
Heveline
Máquina de escrever
C
Heveline
Máquina de escrever
A
Heveline
Máquina de escrever
B
Heveline
Máquina de escrever
C
Heveline
Máquina de escrever
A
Heveline
Máquina de escrever
B
Heveline
Máquina de escrever
C
Heveline
Máquina de escrever
yA0 = 2/3; yB0 = 1/3
δ = -1/2; ε = -1/3
CA0 = yA0*P/(R*T)
CB0 = yB0*P/(R*T)
CA = CA0*(1-X)/(1+εX)
CB = CA0*(ϴB-(1/2)*X)/(1+εX)
CC = CA0*X/(1+εX)
Heveline
Máquina de escrever
Não
Heveline
Máquina de escrever
yA0 = 1/2; ε = -1/3
Heveline
Máquina de escrever
CA0 = 0,050 mol/L
CA = 0,025 mol/L [H2]
CC = 0,025 mol/L [NH3]
Universidade do Estado de Santa Catarina 
Centro de Educação Superior do Oeste 
Curso de Engenharia Química 
Disciplina: Cálculo de Reatores A 
Professora: Heveline Enzweiler 
 
Pinhalzinho - SC, março de 2020 
b) Reescreva a tabela utilizando os valores das variáveis e apresentando as concentrações 
apenas em função da conversão. 
c) Se a reação for de primeira ordem para ambos os reagentes, qual é a lei de velocidade? 
Sendo k = 200 dm³ mol-1 s-1, qual a velocidade de decomposição de A quando a 
conversão for igual a 50%? 
d) Qual o volume requerido para um reator de mistura com vazão volumétrica de 
alimentação igual a 15 L/min alcançar 85% de conversão nesta reação? 
e) E se fosse um reator tubular? 
f) Considere que um reator de mistura é utilizado para alcançar a conversão de 50% em 
série com um reator tubular que eleva a conversão de 50% até 87%. Quais são os 
volumes destes reatores? 
 
 
 
 
 
Fórmulas para Integração numérica: 
a) Regra do trapézio (2 pontos): 
∫ 𝑓(𝑋)𝑑𝑋
𝑋1
𝑋0
=
ℎ
2
[𝑓(𝑋0) + 𝑓(𝑋1)]; ℎ = 𝑋1 − 𝑋0 
 
b) Regra de Simpson com 3 pontos: 
∫ 𝑓(𝑋)𝑑𝑋
𝑋2
𝑋0
=
ℎ
3
[𝑓(𝑋0) + 4𝑓(𝑋1) + 𝑓(𝑋2)]; ℎ = 
𝑋2 − 𝑋0
2
 
 
c) Regra três oitavos de Simpson (4 pontos): 
∫ 𝑓(𝑋)𝑑𝑋
𝑋3
𝑋0
=
3ℎ
8
[𝑓(𝑋0) + 3𝑓(𝑋1) + 3𝑓(𝑋2) + 𝑓(𝑋3)]; ℎ = 
𝑋3 − 𝑋0
3
 
 
d) Simpson com 5 pontos: 
∫ 𝑓(𝑋)𝑑𝑋
𝑋4
𝑋0
=
ℎ
3
[𝑓(𝑋0) + 4𝑓(𝑋1) + 2𝑓(𝑋2) + 4𝑓(𝑋3) + 𝑓(𝑋4)]; ℎ = 
𝑋4 − 𝑋0
4
 
Heveline
Máquina de escrever
0,335 mol/L.s
Heveline
Máquina de escrever
ε = -0,14; CA0 = 0,1 mol/L
Heveline
Máquina de escrever
0,47 L
Heveline
Máquina de escrever
0,09 L
Heveline
Máquina de escrever
V1 = 0,037 L 
V2 = 0,083 L