Lista EXERCÍCIOS-A1-EQP007_2019-2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
EQP0007 REATORES E CINÉTICA APLICADA 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS - 1ª ÁREA 
 
 
 
1- A reação em fase gasosa 1/2N2 +3/2H2 → NH3 será conduzida isotermicamente. A 
alimentação contém 50% de H2 e 50% de N2, na pressão de 16,4 atm e 227°C. 
a) Construa a Tabela estequiométrica completa, 
b) Determine os valores de CAo, δ e ε, 
c) Calcule as concentrações de NH3 e H2 para uma conversão de H2 de 60%. 
 
2- Um reator contínuo isotérmico operando sob pressão constante e em estado estacionário é 
alimentado com uma mistura gasosa, com vazão de 1L/s e concentrações CAo = CBo =100 
mol/L. A reação é A + 2B → C. Sabendo que a concentração de B na saída é CB=20 mol/L, 
obtenha as conversões de A e B e as concentrações de A e C na saída. 
 
3- Faça uma tabela estequiométrica para cada uma das seguintes reações e expresse a 
concentração de cada espécie da reação em função da conversão, calculando todas as 
constantes (θi, δ, ε). Em seguida, assuma que a reação obedece a uma lei de velocidade 
elementar e escreva a expressão da taxa de reação somente em função da conversão, isto 
é, -rA= f(XA) 
 
a) Reação isotérmica em fase gasosa C2H6 → C2H4 + H2, onde etano puro é alimentado a 
6 atm e 1100K, 
b) Reação em fase gasosa C2H4 +1/2O2 → C2H4O, onde é alimentado uma mistura 
estequiométrica de eteno e oxigênio a 6 atm e 260°C. 
 
4- A reação A → B deve ser conduzida isotermicamente em um reator CSTR. A vazão na 
entrada é 10L/h (volumétrica) ou 5 mol/h (molar). Calcule o volume deste reator para 
consumir 99% de reagente para as seguintes taxas de reação: 
a) –rA = k, com k=0,05 mol/h/L, 
b) –rA = kCA, com k=0,0001 s-1, 
c) –rA = kCA2, com k=300 L/mol/h 
 
5- Os dados apresentados na tabela a seguir foram determinados a 25°C e 1atm para a 
reação em fase líquida A → Produtos. A concentração do reagente na alimentação foi de 
0,023 mol/L e a vazão foi de 1L/min. 
a) Determine qual seria o volume de um reator tubular (PFR) para atingir conversões de 
55,5%, 87% e 99%, 
b) Determine também o volume de um reator CSTR para atingir estas mesmas conversões. 
 
XA -rA(mol/m3.min) 
0,000 0,09720 
0,555 0,04657 
0,758 0,02331 
0,870 0,01111 
0,928 0,00434 
0,975 0,00161 
0,993 0,00126 
 
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6- Escreva a Lei de velocidade bem como as unidades da constante de velocidade para a 
reação 2A + B → C, considerando as seguintes ordens de reação: 
i) Segunda ordem em B e de ordem global 3, 
ii) Ordem zero em A e primeira ordem em B, 
iii) Ordem zero tanto em A quanto em B, 
iv) Primeira ordem em A e ordem global zero. 
 
7- A velocidade inicial da reação elementar 2A + B → 4C foi medida em diferentes 
temperaturas, para uma concentração de A de 2 mol/L e concentração de B de 1,5 mol/L, 
como mostra a tabela abaixo 
 
T (K) -rA(mol/L.s) 
300 0,002 
320 0,046 
340 0,72 
360 8,33 
 
a) Determine o valor da energia de ativação 
b) Determine o valor do fator pré-exponencial 
 
8- Foram obtidos dados em reator batelada para a seguinte reação em fase líquida: 
A + 2B → Produtos. A lei de velocidade desta reação tem ordem global 2 e é dada por 
-rA=kCACB. Obtenha a expressão resultante para determinar k pelo Método integral, sendo 
θB=CBo/CAo≠1. 
 
9- Considere que a reação reversível A ↔ B é de primeira ordem. Utilizando o Método 
integral de análise de dados demonstre que a seguinte equação se aplica para esta reação 
realizada em um reator batelada, sendo k1 a constante de velocidade da reação direta e 
θB=CBo/CAo. 
tk
X
1
X
X1ln 1
AeAe
A
+
+
=





−−
B
B
θ
θ
 
 
 
10- A reação A → B + C foi realizada em um reator batelada a volume constante e foram 
obtidos os seguintes dados de concentração em função do tempo. Utilizando o Método 
diferencial determine a ordem da reação e a constante de velocidade. 
 
Tempo 
(min) 
CA 
(mol/L) 
0 2,0 
5 1,60 
9 1,35 
15 1,10 
22 0,87 
30 0,70 
40 0,53 
60 0,35 
 
 
3 
 
11- Considere a reação em série A → R → S sendo realizada em um reator batelada a volume 
constante. Inicialmente, apenas o reagente A está presente (CAo). A reação A → R é de 
primeira ordem e tem constante de velocidade k1, enquanto que a reação R → S é de 
ordem zero (k0). a) Obtenha o perfil de concentração de todos os componentes em função 
do tempo; b) determine a concentração máxima de R nesta reação. 
 
 
 
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
ENG07056 CÁLCULO DE REATORES QUÍMICOS 
 
RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS 1ª ÁREA 
 
 
1. b) CAo=0,2 mol/L, ε = -1/3; c) CH2 = 0,1 mol/L, CNH3 = 0,1 mol/L; 
 
2. XA = 0,444; XB = 0,889; CA=100 mol/L, CC=80 mol/L 
 
3. a) δ=1, ε=1, -rA=0,0665k(1-XA)/(1+XA); b) θB=1/2, yAo=2/3, δ= -1/2, ε=-1/3, 
 
−𝑟𝐴 = 𝑘 �
0,0915(1 − 𝑋𝐴
(1 − 1/3𝑋𝐴
� �
0,0458(1 − 𝑋𝐴)
(1 − 1/3𝑋𝐴)
�
1/2
 
 
 
4. a) 99 L; b) 2750 L; c) 660 L 
 
5. a) 200L, 500L e 1500L, respectivamente; b) 274L, 1800L e 18000L, respectivamente (a 
taxa de reação é dada em mol/m3/min). 
 
6. a) –rA=kCACB2, [k]=(vol/mol)2/tempo; b) –rA=kCB, [k]=1/tempo; c) –rA=k, 
[k]=mol/vol/tempo; d) –rA=kCACB-1, [k]= mol/vol/tempo; 
 
7. a) 124,7 kJ/mol; b) 1,73.1018 
 
8. ktBAoC
B
B )2( −=







θ
θ
θ
)X-(1
2X -
ln
A
A 
 
9. Demonstração 
 
10. Ordem n = 1,5; k=0,03 (mol/L)-0,5/min 
 
11. a) tkCtktkeCC oSoAoR =−
−−= ; )1( 1 ; 
b) 





−−=
Ao
oo
AoR Ck
k
k
kCC
11
max ln1 
 
 
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