lista cinetica

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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
CINÉTICA QUÍMICA 
Lista de Exercícios 2 – BSTR 
Prof. Paula Bruzadelle Vieira 
 
1) O líquido A se decompõe segundo uma cinética de primeira ordem e, num reator 
descontínuo, 80% de A convertem-se em 200 segundos. 
a) Em quanto tempo a conversão será de 95%? (k1 = 8,04x10-3 s-1; t = 372,6 s) 
b) Qual a conversão após 100 segundos? (xA = 55,2%) 
 
2) A reação homogênea em fase líquida: 𝐵 → 𝐶 , irreversível, ocorre segundo a 
expressão: (-rB)=k1,5.CB1,5. Sabendo-se que após 10 minutos a conversão em um 
reator descontínuo (batelada) atinge 65% e que CB0 = 8 mol/litro, pergunta-se: 
a) Qual é a constante de velocidade da reação? (k1,5 = 4,88x10-2 mol-1/2.L1/2.min-1) 
b) Qual o tempo para que a concentração do reagente B caia pela metade? (t = 6 
minutos) 
c) Qual o tempo para que a conversão atinja 95%? (t = 50,3 minutos) 
 
3) Uma reação homogênea em fase líquida 4𝐴 → 𝐵 ocorre em um reator BSTR segundo 
uma cinética de segunda ordem com k2=0,05 litro.mol-1.min-1. Se o reator, de volume 
15 litros for totalmente preenchido com 30 moles do reagente A puro, pergunta-se: 
a) Qual a concentração do reagente A no reator após 10 min? (CA=1M) 
b) Qual o tempo necessário para produzir 10 moles de B? (Não é possível) 
c) Qual o grau de conversão de A (xA) após 5 minutos? (xA=33,3%) 
 
4) A decomposição de primeira ordem do peróxido de hidrogênio, 2𝐻2𝑂2 → 2𝐻2𝑂 +
𝑂2 possui uma constante de velocidade de 2,25x10-6 s-1 a uma certa temperatura. Se 
uma solução com concentração inicial de H2O2 de 0,8 M for colocada para reagir em 
tal temperatura em um reator batelada, pergunta-se: 
a) Qual será a concentração de H2O2 após 1,0 dia? (CA = 0,658 M) 
b) Quanto tempo levará para que a concentração de H2O2 caia para 0,750 M? (t = 
7,97 horas) 
 
5) 10 litros de uma solução líquida contendo 30 moles de ácido acético são colocados 
em um reator descontínuo de volume 10 litros para sofrer hidrólise, na temperatura 
de 25°C. Sabendo-se que a constante de velocidade para essa reação irreversível de 
primeira ordem é de 0,158 min-1, pergunta-se: 
a) Qual a fração de ácido acético convertido no reator após 10 minutos? (xA=79,4%) 
b) Qual o tempo necessário para que a concentração de ácido acético caia para 0,5M? 
(t =11,34 min) 
c) Quantos moles de ácido acético restarão no reator após 12 minutos? (NA=4,5 
moles) 
 
6) A reação em fase gasosa: B → C, irreversível, ocorre segundo a expressão: (-rB) = k1,5. 
CB1,5. Sabendo-se que o reator é alimentado com o reagente B puro, em temperatura 
de 50°C e pressão de 800 mmHg, pergunta-se: qual o valor da constante de 
velocidade (k1,5) sabendo-se que após 50 minutos a pressão parcial de B no reator 
cai para 300 mmHg? Considere R = 62,36 mmHg.L.K-1.mol-1. (k1,5= 0,127 L0,5/mol 
0,5.min) 
 
7) A reação gasosa 2𝐴 → 𝐵 + 3𝐶 ocorre a 27°C segundo uma cinética irreversível de 
ordem 2. Quando um reator BSTR (V = 50 L) é alimentado com o reagente A puro em 
pressão inicial P0=760 mmHg, observa-se que após 20 min a pressão total do reator 
sobe a P = 900 mmHg. Considere R = 62,36 mmHg.litro.mol-1K-1. Pede-se: 
a) A constante de velocidade k2 da reação? (k2= 0,282 L/mol.min) 
b) A pressão parcial de cada componente da reação após 30 min? (PA=565,6mmHg) 
c) A composição molar no reator após 40 min? (yA=0,52; yB=0,12; yC=0,36) 
 
8) Dados de decomposição térmica do iodeto de hidrogênio: 2𝐻𝐼 → 𝐻2 + 𝐼2 são 
reportados a seguir: 
T(°C) 508 427 393 356 283 
k (cm3.mol-1.s-1 0,1059 0,00310 0,000588 80,9x10-6 0,924x10-6 
 
Se um reator descontínuo de volume constante for alimentado com uma mistura 
gasosa em pressão de 8 atm e temperatura de 530°C, contendo 80% de iodeto de 
hidrogênio e 20% de inertes, em quanto tempo o grau de conversão atingirá 98%? 
Qual a composição molar no reator após 80 s? (t=693,2h; yA=79,87%; 
yB=yC=0,0625%; yC=20,01%) 
9) A reação em fase líquida 3𝐴 → 𝐵 + 2𝐶 ocorre segundo uma cinética irreversível de 
ordem 0,5 em um reator descontínuo de volume 30 L. Em um experimento à 
temperatura de 63°C e pressão de 710 mmHg, alimenta-se o reator com 15 moles do 
reagente A puro. Observa-se que a conversão do reagente A é de 75% após 10 min 
do início da reação. Qual é o tempo necessário para que todo o reagente seja 
consumido? Qual o número de moles de produto C após 6 minutos? Quanto tempo 
levará para produzir 4 moles de B no reator? (t=20 min; NC=5,1 moles; t=10,62 min) 
 
10) A reação elementar em fase gasosa 𝐶2𝐻4 + 𝐶4𝐻 6 → 𝐶6𝐻10 deve ser realizada em um 
reator batelada de volume constante e isotérmico. A constante cinética para a reação 
é representada em função da temperatura por: k [L.mol-1.s-1]=3,0×107exp(-
115000/RT). O reator é alimentado com uma mistura gasosa em pressão de 3 atm, 
com composição molar de 55% de C2H4 e 45% de C4H6. Nessas condições, pergunta-
se: 
a) Se a reação ocorrer a 300°C, qual será o tempo para que o grau de conversão de 
C2H4 atinja 80%? (t = 339142,5 s). 
b) Qual a temperatura adequada do sistema para que o mesmo grau de conversão 
seja obtido em 4 min no reator? (T = 546°C). 
 
11) A reação de decomposição: 𝑁𝑂𝐶𝑙 → 𝑁𝑂 + 1 2⁄ 𝐶𝑙2 ocorre em um reator 
descontínuo de volume 7,5 L e temperatura de 473 K. A reação é de segunda ordem 
em relação ao NOCl, com constante de velocidade de 0,078 L.mol-1.min-1. Nessas 
condições, pergunta-se: 
a) Se inicialmente 0,387 mol de NOCl é colocado no reator a uma pressão de 2 atm, 
determine o tempo necessário para a conversão de 30% de NOCl. (t = 106,7min). 
b) Qual a pressão parcial do Cl2 após 4 horas? (PCl2 = 0,49 atm). 
 
12) Uma etapa chave na produção de anidrido acético é o craqueamento em fase vapor 
da acetona: 
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝐶𝐻3 → 𝐶𝐻2𝐶𝑂 + 𝐶𝐻4 
Essa reação é de primeira ordem em relação à acetona e a constante de velocidade 
tem valor 0,270 s-1 para a temperatura de 960 K. Um reator descontínuo de 100 L é 
carregado com uma mistura gasosa contendo 85% de acetona e 15% de inertes em 
temperatura de 960 K e pressão total inicial de 16 atm. Determine a pressão total no 
reator após 4 s. (PA = 4,62 atm; P = 24,98 atm) 
13) A reação da trimetilamina com brometo de n-propila resulta em um sal quaternário 
de amônio: 
𝑁(𝐶𝐻3)3 + 𝐶3𝐻7𝐵𝑟 → (𝐶𝐻3)3(𝐶𝐻7)𝑁𝐵𝑟 
 Suponha que experimentos em fase líquida a 110°C usando tolueno como solvente 
mostrem que a reação é elementar de segunda ordem, com constante de velocidade 
k = 5,6x10-4 L/mol.s. Com base nessas informações, qual será o tempo necessário 
em um reator batelada para converter 99% de trimetilamina em produto? Considere 
que o reator é alimentado com uma mistura 0,10 mol/L de trimetilamina e 0,15 
mol/L de brometo de n-propila. (t = 125941 s) 
 
14) A reação química em fase líquida 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 tem cinética irreversível com 
ordem 2,5 em relação ao reagente A e ordem zero em relação ao componente B. Em 
um experimento em laboratório na temperatura de 30°C e pressão atmosférica, 
observou-se que quando um reator descontínuo de mistura perfeita (BSTR) era 
carregado com meio litro contendo 2 moles de A e 2 moles de B, o grau de conversão 
do reagente A após 30 minutos atingia 75%. No entanto, quando o reator era 
carregado com as mesmas quantidades de A e B, porém com temperatura de reação 
de 60°C, o grau de conversão de A era de 95% após 10 minutos. Com base nessas 
informações, deseja-se projetar um reator em escala semi-industrial, com o 
carregamento de 100 L de solução contendo concentração 0,2 molar de A e 0,2 molar 
de B. A reação deverá ser realizada em temperatura de 80°C. Qual o tempo de reação 
para produzir 18 moles de C no reator? (k30°C = 1,94x10-2; k60°C = 0,737; ko = 
4,49x1015; EA = 100732,4; k80°C = 5,572; t80°C = 40,96 min). 
 
15) A reação elementar em fase líquida 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 + 𝐷 é realizada em um frasco de 
Erlenmeyerde volume 250 mL. A partir de um experimento realizado a 25°C e 1 atm, 
observou-se que quando o frasco era carregado com 0,5 mol de A e 0,5 mol de B, a 
velocidade inicial da reação era de 48 mol.L-1.h-1. A partir dessas informações, 
determine o tempo necessário a partir do início da reação para que o grau de 
conversão do reagente A no reator atinja 80%. (t = 0,17h) 
 
 
16) Na sulfonação do tolueno a 50°C formam-se, principalmente, dois isômeros; o ácido 
o-metilbenzenossulfônico e o ácido p-metilbenzenossulfônico. As reações de 
sulfonação podem ser consideradas de primeira ordem. 
 
A reação acima foi realizada em um reator BSTR. Observou-se que 85% do tolueno 
convertem-se em 45 minutos. Sendo assim, em quanto tempo a conversão será de 
99%? 
 
17) A reação de hidrodealquilação tem um papel importante em vários processos 
químicos industriais. Um exemplo típico desse tipo de reação é: 
 
A equação de velocidade para essa reação, nas condições de interesse, é dada por: 
(−𝑟𝑇) = 𝑘. 𝐶𝑇 . 𝐶𝐻2
1
2⁄ , sendo T tolueno e H2 o hidrogênio. Essa reação deve ser 
conduzida em um reator descontínuo, carregado com uma mistura gasosa em 
temperatura de 682°C e pressão total de 54,4 atm, com composição de 40% de 
hidrogênio, 40% de tolueno e o restante de inertes, em base molar. A partir de dados 
da literatura, sabe-se que nessa temperatura, a constante de velocidade para a 
reação tem valor de 7,89×10-2 L0,5.mol-0,5.s-1. Sendo assim, pede-se: 
a) A pressão máxima e mínima alcançada no reator. 
b) O tempo necessário de reação para que o grau de conversão do tolueno no reator 
atinja 85%. 
c) As composições molares dos componentes no instante da letra b.