Prova 1 Cinética e Calculo de Biorreatores

Prévia do material em texto

Universidade Federal De São João Del-Rei – UFSJ 
Campus Alto Paraopeba - CAP 
Engenharia de Bioprocessos 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Biorreatores 
Profª Flávia Donária / flaviadonaria@ufsj.edu.br 
 1ª Atividade Avaliativa Individual 
 
Pág. 1 de 3 
1) A Caudron Chemical Company é responsável pela produção do L.P#5 a partir de 
uma reação em fase gasosa. Infelizmente, em função da preocupação com a segurança, 
os nomes e fórmulas das substâncias são mantidas em sigilo. A reação ocorre conforme 
indica a equação estequiométrica abaixo: 
 
𝑅. 𝐺𝑔 + 𝐹. 𝑅#13𝑔
𝑘1
→ 3𝐿. 𝑃#5𝑔 
 
Experimentalmente determinou-se que a constante de velocidade desta reação elementar 
varia com a temperatura de acordo com a tabela a seguir: 
 
𝑻 (°𝑪) 172,2 187,7 202,6 218,1 
𝒌 (𝑳 𝒎𝒐𝒍−𝟏 𝒎𝒊𝒏−𝟏) 5,98 18,03 46,80 122,4 
 
Considere um reator contínuo operando a 10atm e 180°C, com uma alimentação 
constituída por 50 % de 𝐹. 𝑅#13 e 50 % de 𝑅. 𝐺. Esta alimentação está a 4 L min-1. 
Determine o volume do reator e o tempo espacial necessários para que uma conversão de 
85% seja alcançada para: 
a) Reator de mistura 
b) Reator Tubular 
c) Qual será a conversão obtida no reator de mistura se forem mantidas todas as 
condições operacionais anteriores cada reagente for introduzido com inerte na proporção 
de 1:1? Nessas condições, qual seria o volume do reator tubular necessário para a nova 
conversão? 
d) Você indicaria qual condição para a obtenção do produto de interesse? 
 
 
Universidade Federal De São João Del-Rei – UFSJ 
Campus Alto Paraopeba - CAP 
Engenharia de Bioprocessos 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Biorreatores 
Profª Flávia Donária / flaviadonaria@ufsj.edu.br 
 1ª Atividade Avaliativa Individual 
 
Pág. 2 de 3 
 
2) Você é um engenheiro de projetos de Chemical Word Industry e tem pela frente a 
missão de escolher o tipo de reator indicado para a formação do acetato de etila, a partir 
do álcool etílico e do ácido acético. Uma série de informações da reação e do reator é 
apresentada abaixo: 
 
A - Parâmetros da Reação: 
A1) - Reação Química: 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝐶2𝐻5𝑂𝐻 → 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐶2𝐻5 + 𝐻2𝑂 
A2) Constante de Velocidade: 5,3 L mol-1 h-1 a 13º C. Energia de ativação: 26,4 kJ mol-1 
A3) - A reação é de primeira ordem em relação ao álcool etílico e também de primeira 
ordem em relação ao ácido acético. 
A4) – A reação ocorre em fase líquida à temperatura ambiente. 
 
B - Parâmetros Gerais 
B1) - Você deve testar os três tipos básicos de reatores, todos eles com volume de 100 L. 
B2) - A corrente líquida de alimentação possui uma concentração de álcool etílico de 2 
mol L-1 e uma concentração de ácido acético de 4 mol L-1. 
B3) - A conversão desejada em cada um dos reatores é de 60 % de álcool etílico. 
B4) - Qualquer um dos reatores tem a sua produção diária obtida em 12 horas de trabalho 
ininterrupto. 
 
 
 
Universidade Federal De São João Del-Rei – UFSJ 
Campus Alto Paraopeba - CAP 
Engenharia de Bioprocessos 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Biorreatores 
Profª Flávia Donária / flaviadonaria@ufsj.edu.br 
 1ª Atividade Avaliativa Individual 
 
Pág. 3 de 3 
 
C - Parâmetros Específicos 
C1) Reator Batelada: o tempo de carregamento da mistura e o descarregamento dos 
produtos e reagentes não convertidos é de um minuto. 
C2) Reator Batelada: Tempo de operação é a soma do tempo de reação com o tempo 
morto. 
C3) Reatores Contínuos (mistura ou tubular): tempo de operação é o tempo especial do 
reator. 
C4) - O melhor reator será aquele que possuir menor tempo de operação e, 
consequentemente a maior produção diária. 
Pergunta-se: 
a) Com base em todas as informações dadas acima, qual dos três tipos de reatores você 
escolheria para realizar a reação a 25°C? Por quê? 
b) Qual a produção diária em kg de acetato de etila obtido no reator escolhido?