Lista EXERCÍCIOS-A2-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 
 
EXERCÍCIOS 2ª ÁREA 
 
 
 
2.1- A reação A → B + C foi realizada com uma vazão molar de entrada de A de 300 mol/min. 
Foram obtidos os seguintes dados experimentais: 
 
XA -rA(mol/L.min) 
0 1,0 
0,2 1,67 
0,4 5,0 
0,45 5,0 
0,5 5,0 
0,6 5,0 
0,8 1,25 
0,9 0,91 
 
a) Determine os volumes de um reator PFR e CSTR para atingir uma conversão de 40%, 
b) Quais seriam os volumes necessários de um PFR e CSTR para obter uma conversão de 
90%? 
c) Em que faixa de conversões os volumes do CSTR e do PFR seriam idênticos? 
d) Qual seria a configuração de reatores em série mais adequada para uma conversão de 
90%? 
 
 
2.2- Considere a reação em série A → R → S com constantes de velocidade k1 e k2, 
respectivamente, sendo realizado em um reator batelada isotérmico. a) Determine o tempo 
para atingir uma conversão de A de 90%; b) Determine as concentrações de R e S neste 
instante; c) calcule o tempo para obter a máxima quantidade de R e a concentração 
máxima deste produto. Dados: CAo=10 mol/L, k1=0,05 min-1 e k2=0,01 min-1. 
 
2.3- A reação em fase gasosa A → B + C será realizada em reator batelada a 25°C e P 
constante. Nestas condições a constante de velocidade de reação é 0,023 L/mol.s. 
Sabendo que o volume inicial do reator é de 10L, determine o tempo para uma conversão 
de 75% de 5 mols de A inicialmente presentes. 
 
2.4- Determine a conversão obtida em um reator CSTR de 200 L para a reação em fase líquida 
A + B → C realizada a 350 K. As vazões e as concentrações de A e B alimentadas ao 
reator são idênticas e correspondem a 5 L/min e 2 mol/L, respectivamente. Sabe-se que a 
reação segue uma lei elementar com k=0,07 L/mol.min a 300 K e Ea=20kcal/mol. 
 
2.5- Suponha que a reação do exercício anterior (2.4) seja realizada a 350 K em um reator 
batelada de 200L. a) Determine o tempo para atingir uma conversão de 90%; b) Determine 
também o tempo para atingir esta mesma conversão caso a reação fosse realizada a 
273K. 
 
2.6- Com os dados do exercício 2.4, determine qual seria a conversão obtida a 300K caso 
fossem utilizados, em série, um reator CSTR e um reator PFR. 
 
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2.7- A reação em fase gasosa A → B + 2C será realizada a 127°C em um reator contínuo 
isotérmico. A constante de velocidade desta reação a 50°C é de 10-4 min-1 e a energia de 
ativação é de 85 kJ/mol. Reagente puro é alimentado ao reator a 10 atm e 127°C, com 
uma vazão molar de 2,5 mol/min. Calcule o volume do reator para atingir 90% de 
conversão para os seguintes casos: a) reator PFR; b) reator CSTR. 
 
2.8- A reação A + B → produtos é realizada em fase líquida em um reator PFR isotérmico. A 
reação é de 1ª ordem em relação a cada um dos reagentes, com k=2,22 L/mol.s. Se o 
tempo espacial é de 4 segundos e a concentração de A e B na entrada é de 0,1 mol/L, 
determine a concentração de ambos reagentes na saída. 
 
2.9- A reação em fase gasosa CH4 + 2S2 → CS2 + 2H2S é realizada a 600°C e 1 atm em um 
reator tubular. A constante de velocidade em relação ao metano é de 12 m3/mol.h. As 
vazões molares de metano e enxofre na entrada são de 23,8 e 47,6 mol/h, 
respectivamente. Determine o volume do reator para obter uma conversão de 90% de 
metano. 
 
2.10- Pretende-se produzir 1000 lb/h do composto B em um reator PFR a 132 psig e 260°F. A 
reação é A → B e os dados cinéticos são: k=0,0015 min-1 a 80°F e Ea = 25kcal/mol. a) 
Calcule o volume do reator para uma conversão de A de 90%; b) determine quantos tubos 
paralelos de 12 pés de comprimento e 1 polegada de diâmetro interno seriam utilizados. 
Considere MA = MB = 58 lb/lbmol. 
 
2.11- Considere a reação de isomerização reversível A ↔ B em fase líquida em um reator 
tubular. A constante de equilíbrio desta reação é igual a 5.8. Para uma carga constituída 
apenas de A, foi obtida uma conversão de 55%. Determine a conversão global se um 
segundo reator tubular com mesmo volume for colocado em série. 
 
2.12- A reação de 1ª ordem A → produtos é realizada em fase líquida com CAo=10 mol/L em 
um reator PFR com reciclo e permite obter uma conversão de 90% para uma razão de 
reciclo igual a dois (R=2). Determine a taxa de processamento de carga (reagente) deste 
reator, mantendo a conversão em 90%, caso o reciclo for interrompido. 
 
 
 
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 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
EQP0007 REATORES E CINÉTICA APLICADA 
 
 
RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS - 2ª ÁREA 
 
 
2.1- a) VPFR=72 L; VCSTR = 24 L; 
 b) VPFR= 142,5 L; VCSTR = 297 L; 
 c) entre 0,4 e 0,6; 
 d) CSTR até XA=0,6 e PFR entre 0,6 e 0,9 
 
2.2- a) 46 min; b) CR=6,6 mol/L, Cs=2,4 mol/L; c) t= 40,2 min e CRmax= 6,7 mol/L 
 
2.3- t = 400 segundos 
 
2.4- XA = 0,925 
 
2.5- a) t = 1 min ; b) t = 3550 min. 
 
2.6- XA=0,686 com reatores de 200L e XA=0,5 com reatores de 100 L 
 
2.7- a) 945 L; b) 4665 L 
 
2.8- CA= 0,053 mol/L; CB= 0,053 mol/L 
 
2.9- V = 0,41 m3 
 
2.10- a) V=0,72 ft3; b) 11 tubos 
 
2.11- XA2 = 0,74 
 
2.12- sem reciclo processa 1,8 vezes mais do que com reciclo 
 
 
 
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