Exercícios de Reatores Ideais

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Universidade Federal De São João Del-Rei – UFSJ 
Campus Alto Paraopeba - CAP 
Engenharia Bioprocessos 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Biorreatores 
Profª Flávia Donária / flaviadonaria@ufsj.edu.br 
 
Exercícios - Reatores Ideais para Reações Homogêneas 
 
 
1) A decomposição da fosfina [4PH 3(g) ⇒ P4(g) + 6 H 2(g)] é de primeira ordem em 
relação a fosfina e sua constante de velocidade k é igual a 0,0155 s-1 a 953 K. Se esta 
decomposição ocorre em reator batelada a volume constante a 953 K, calcule para 40% 
de conversão de fosfina, o tempo necessário (segundos) [Resposta: t = 33 s] 
 
2) A reação química em fase líquida 2A + ½B →2R + 3S ocorre conforme o esquema 
abaixo. 
 
Determine a conversão do reagente limitante no interior do reator? [Resposta: X=0,75] 
 
3) Uma reação em fase liquida A + B → produtos ocorre em um reator batelada isotérmico. 
Esta reação é de primeira ordem em relação ao reagente A, com kA = 0,025 L mol-1s-1, 
CA0 = 0,50 M e CB0 = 1,0 M. Determine o tempo necessário para uma conversão de 75% 
de A. [Resposta: t = 73 s] 
 
4) Para a reação entre ácido hidrocianídrico (HCN) e acetaldeído (CH3CHO) em solução 
aquosa (A e B, respectivamente), a lei de velocidade a 25 °C e um certo pH é (-rA) = 
kACACB, onde kA=0,210 L mol
-1 min-1. Se esta reação é realizada a 25 °C em um reator 
CSTR, qual será o volume deste reator para que ocorra 75% de conversão de HCN, se a 
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concentração da alimentação é 0,04 mol L-1 para cada reagente, e a velocidade de 
alimentação é de 2 L min-1? [Resposta: V = 2.860 L) 
HCN (A) + CH3CHO (B) → CH3CH(OH)CN 
 
5) Uma reação em fase gasosa A → R + T é realizada em um reator isotérmico PFR. A 
alimentação é constituída de A puro a uma vazão de 1 L s-1, e a pressão do reator é 
constante a 150 KPa. A lei de velocidade desta reação é (-rA) = kACA3, onde kA = 1,25 L
2 
mol-2 s-1. Determine o volume do reator necessário para que ocorra uma conversão de 
50 % de A, dado que CAO = 0,050 mol L
-1. [Resposta: V = 1170L] 
 
6) Deseja-se efetuar a reação em fase gasosa 2𝐴 → 𝑅 + 2𝑆, a qual ocorre a 650 °C e 6 atm. 
Tal reação possui constante de velocidade de 5 h-1. Determine o comprimento de um 
reator tubular a ser construído com tubos de aço inox de 10 cm de diâmetro interno, para 
efetuar essa reação a 650 °C e 6 atm, operando com uma alimentação de 5 mol h-1 de A 
puro e uma conversão de A de 70 %. [L=2,34 m] 
 
7) A reação elementar em fase gasosa 𝐴 → 3𝑅 é efetuada em um reator contínuo com 
energia de ativação de 85 KJ mol-1 e constante de velocidade de 1.10-4 min-1 a 50 °C. 
Supondo que A puro entre no reator a 10 atm e 127 ºC, com uma taxa de escoamento 
molar de 2,5 mol min-1, determine o volume do reator e o tempo espacial necessários para 
a obtenção de uma conversão de 90 % de A puro em: 
a) Um reator de mistura [V=4.653,7 L] 
b) Um reator tubular [V=943 L] 
 
8) A reação em fase liquida 2𝐴 → 𝑅 + 1 2⁄ 𝑆 não ocorre na ausência de S, sendo conhecida 
a sua equação de velocidade −𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴𝐶𝑆
2 onde 𝑘 = 0,10 M-2 min-1 a 60ºC. Deseja-se 
produzir 30 mols de S por minuto, operando para tanto um reator de mistura a 60 ºC. As 
concentrações iniciais de A, S e R são, respectivamente, 1,2 M, 0,1 M e 0 M. A fim de 
que o volume do reator não seja mito grande, o que poderia inviabilizar economicamente 
o processo, decidiu-se limitar a conversão do reagente a 60%. Determine o volume do 
reator a ser utilizado. [V=4.623 L] 
 
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9) A reação em fase gasosa 𝐴 → 2𝑅 + 𝑆 é de primeira ordem e ocorre isotermicamente em 
um reator experimental batelada a pressão constante. Partindo-se de uma mistura 60 % 
em mols de A e 40 % em mols de inerte, o volume do meio reacional dobra em 10 
minutos. Pergunta-se: 
a) Qual a conversão obtida no reator batelada, após 10min de reação? [xA=0,833] 
b) Qual o valor da constante de velocidade nas condições experimentais utilizadas? [k=0179 
min-1] 
c) Qual o volume um reator tubular deveria ter para tratar 10 m3 h-1 desta alimentação para 
obter a mesma conversão do reator batelada? [V=2,74 m3] 
 
10) A reação de decomposição da substância A obedece à seguinte equação: 
𝐴
𝑘
→ 𝑅 + 𝑆 
Esta reação foi efetuada a diferentes temperaturas e, a partir dos resultados obtidos, 
obteve-se a seguinte equação para a constante de velocidade dessa reação: 
𝑘 = 7,8. 109𝑒
−38000
𝑅𝑇⁄ (𝑠−1) 
para a qual a energia de ativação é dada em cal/mol (R = 2 cal mol-1 K-1). 
Utilizando-se de uma alimentação de 250 kg h-1 do reagente A (MMA=146g mol
-1), a uma 
pressão de 4 atm e na temperatura de 600 °C, determine o volume de um reator de mistura 
para obter conversões de: 
a) 20% [V=0,926 L] 
b) 50% [V=4,63 L] 
c) 90% [V=52,8 L] 
d) Explique porque o volume do reator de mistura é diferente para esses três valores 
de conversão. 
 
11) A reação elementar em fase gasosa 𝐴 → 𝑅 ocorre a 4,31min-1 quando conduzida 
a 423 °C e 4 atm de pressão. Um reator tubular é alimentado com 43 % de mols de A e o 
restante é constituído por inertes. Qual o volume do reator tubular necessário para a 
referida reação, considerando-se uma alimentação do reator de 122 mol h-1 e 84 % de 
conversão? Quantos mols por hora do produto R são produzidos? [V=12,4 L; FR=44 mol 
h-1]