Reatores, 3 13 b - Camila Donato

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Exercícios
CAMILA DONATO - 20161020102
ATIVIDADE: P3-13 (A), (B), (C), (D), (E), (F) E (G)
UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI
INSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DIAMANTINA – MINAS GERAIS
Reatores I
1
P3-13 b
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DIAMANTINA – MINAS GERAIS
Reatores I
2
Orto-nitroanilina (um intermediário importante em corantes chamados de corantes alaranjados) é obtida a
partir da reação do orto-nitroclorobenzeno (ONCB) com solução aquosa de amônia.
A reação ocorre em fase líquida e é de primeira ordem em relação ao ONCB em relação à amônia com k =
0,0017 m3/kmol.min a 188 ºC e E = 11273 cal/mol. As concentrações de alimentação de ONCB e de amônia
são, respectivamente, iguais a 1,8 kmol/m3 e 6,6 kmol/m3.
+ +
P3-13 b
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Reatores I
3
(a) Escreva a equação da velocidade da reação de consumo do ONCB em termos de concentração.
Temos pela reação:
A reação A + 2 B C + D Logo a equação da velocidade: -rA = kCACB
Sendo
A= ONCB B = NH3 
C = Orto-nitroanilina D=NH4Cl
+ +
Reação de 1ª ordem
P3-13 b
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Reatores I
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(b) Construa uma tabela estequiométrica dessa reação para um sistema com escoamento contínuo.
Espécie Início Variação Restante
A FA0 -FA0X FA= FA0(1-X)
B FB0 = ΘBFA0
FB0 = (6,6 kmol/m
3) /(1,8 
kmol/m3) FA0
-2FA0X FB= FA0 (ΘB- 2X)
C 0 FA0X FC=FA0X
D 0 FA0X FD=FA0X
P3-13 b
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(c) Explique como se modificariam os itens (a) e (b) se a reação fosse conduzida em um reator em batelada.
Temos: CA=
𝑁
𝐴
𝑉
-rA = kCACB
Substituindo, encontramos:
-rA= k
𝑁
𝐴
𝑉
.
𝑁
𝐵
𝑉
P3-13 b
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Reatores I
6
(d) Escreva -rA em função apenas da conversão.
Como encontrado, a lei de velocidade é dada por
-rA = kCACB , assim:
FA =
𝑁A
𝑉
=
𝑁A
𝑉0
=
𝑁A0
𝑉0
1 − X = CA0(1 - X)
CA=
FA
𝑣
=
FA
𝑣0
= CA0(1 - X)
FB =
𝑁B
𝑉
=
𝑁B
𝑉0
=
𝑁A0
𝑉0
ΘB− 2X = CA0(ΘB− 2X)
CB=
FB
𝑣0
= CA0(ΘB− 2X)
Logo, substituindo,
-rA = kCA0
2 (1 - X) (ΘB − 2𝑋)
P3-13 b
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-rA = kCA0
2 (1 - X) (ΘB − 2𝑋) (*)
ΘB=
CB0
CA0
=
6,6 kmol/m3
1,8 kmol/m3
= 3,67 e temos que CA0= 1,8 kmol/m
3
Substituindo em (*), teremos -rA em função apenas da conversão:
-rA = k(1,8 kmol/m
3)2 (1 - X) (3,67− 𝟐𝑿)
P3-13 b
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(e) Qual é a velocidade inicial de reação (X = 0) a 188ºC?
Para T = 188ºC sabemos que transformando temos T = 461 K e X = 0
-rA = kCA0
2C ΘB = kCACB
Substituindo, −𝑟𝐴 =
0,0017𝑚3
𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛
.
1,8 𝑘𝑚𝑜𝑙
𝑚3
. 6,6 𝑘𝑚𝑜𝑙
𝑚3
Calculando, encontramos:
-rA = 0,0202
kmol
m3.min
P3-13 b
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(e) Qual é a velocidade inicial de reação (X = 0) a 25 ºC?
Para T = 125ºC sabemos que transformando temos T = 298 K e X = 0
Sabemos que k = k0 . 𝑒
(
𝐸
𝑅
(
1
𝑇0
+
1
𝑇
)
Substituindo,
k = 0,0017 . 𝑒
(
11273
1
,
987
(
1
461
+
1
298
)
k= 2,12 x 10-6
m3
kmol.min
como
Logo,
-rA0 = kCA0CB0
-rA0 = 2,12 x 10
-6 m
3
kmol.min
x 1,8 kmol/m3 x 6,6 kmol/m3 -rA0 = 2,52 x 10
-5 kmol
m3.min
P3-13 b
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10
(e) Qual é a velocidade inicial de reação (X = 0) a 288 ºC?
Para T = 125ºC sabemos que transformando temos T = 561 K e X = 0
Sabemos que k = k0 . 𝑒
(
𝐸
𝑅
(
1
𝑇0
+
1
𝑇
)
Substituindo,
k = 0,0017 . 𝑒
(
11273
1
,
987
(
1
461
+
1
561
)
k= 0, 𝟎𝟏𝟓𝟐
m3
kmol.min
como
Logo,
-rA0 = kCA0CB0
-rA0 = 0,0152
m3
kmol.min
x 1,8 kmol/m3 x 6,6 kmol/m3 -rA0 = 0, 𝟏𝟖𝟎𝟓𝟕
kmol
m3.min
P3-13 b
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11
(f) Qual é a velocidade da reação quando X = 0,9 a 188ºC?
Pela equação encontrada no item (d), temos que -rA = kCA0
2 (1 - X) (ΘB− 𝟐𝑿)
Substituindo na equação, teremos:
-rA = 0,0017
m3
kmol.min
x (1,8
𝑘𝑚𝑜𝑙
m3
) 2 x ( 1- 0,9) x (3,67 – (2 x 0,9))
-rA = 0,00103
kmol
m3.min
P3-13 b
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12
(f) Qual é a velocidade da reação quando X = 0,9 a 25 ºC?
Pela equação encontrada no item (d), temos que -rA = kCA0
2 (1 - X) (ΘB− 𝟐𝑿)
Substituindo na equação, teremos:
-rA = 2,12 x 10
-6 m
3
kmol.min
x (1,8
𝑘𝑚𝑜𝑙
m3
) 2 x ( 1- 0,9) x (3,67 – (2 x 0,9))
-rA = 1, 𝟐𝟖 𝐱 10
-6 kmol
m3.min
P3-13 b
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13
(f) Qual é a velocidade da reação quando X = 0,9 a 288 ºC?
Pela equação encontrada no item (d), temos que -rA = kCA0
2 (1 - X) (ΘB− 𝟐𝑿)
Substituindo na equação, teremos:
-rA = 0,0152
m3
kmol.min
x (1,8
𝑘𝑚𝑜𝑙
m3
) 2 x ( 1- 0,9) x (3,67 – (2 x 0,9))
-rA = 0, 𝟎𝟎𝟑𝟑𝟑
kmol
m3.min
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(g) Qual seria o volume correspondente de um reator CSTR para se obter uma conversão de 90% a 25 ºC e a 
288 ºC para uma vazão de 2 L/min? 
Para CSTR : T = 25°C = 298 K
vO = 2
dm3
min
0,001m3
dm3
= 0,002
m3
min
−rA = 1,28 x 10
− 6kmol
kmol
m3min
VCSTR =
FAO XA
−rA
=
v0CA0(1 − XA)
−rA
VCSTR =
0,002
m3
min
1,8kmol
m3 x0,1
1,28 x 10
− 6kmol
m3min
assim, 𝐕𝐂𝐒𝐓𝐑 = 𝟐𝟖𝟏, 𝟐𝟒𝟖𝐦
𝟑
P3-13 b
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15
(g) Qual seria o volume correspondente de um reator CSTR para se obter uma conversão de 90% a 25 ºC e a 
288 ºC para uma vazão de 2 L/min? 
Para CSTR : T = 25°C = 561K
vO = 2
dm3
min
0,001m3
dm3
= 0,002
m3
min
−rA = 0,0033kmol
kmol
m3min
VCSTR =
FAO XA
−rA
=
v0CA0(1 − XA)
−rA
VCSTR =
0,002
m3
min
1,8kmol
m3 x0,1
0,0033 kmol
m3min
assim, 𝐕𝐂𝐒𝐓𝐑 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟖𝐦
𝟑
16
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Referência 
Fogler, H. S., "Elements of Chemical Reaction Engineering", 
4nd ed., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey (2005).