Primeira Avaliação de Cinética Química e Reatores 1

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Ministério da Educação 
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
Campus Apucarana 
Primeira Avaliação de Cinética Química e Reatores 1 
Aluno (a):________________________________________Data:_________________ 
Valor total da Avaliação: 10,0. NOTA 
 
Orientações: 
1) Em todos os exercícios, apresente o desenvolvimento das 4 etapas do algoritmo para o projeto de 
reatores isotérmicos. 
2) Escreva as devidas considerações/simplificações de forma clara e objetiva. 
3) Não omita as unidades e etapas de resolução. Respostas sem unidades não serão avaliadas. 
4) A resolução deve ser entregue em PDF, visível, legível, na ordem de resolução e no prazo 
determinado. 
5) Todos os materiais auxiliares utilizados para a resolução da prova (planilha do excel, algoritmo e 
relatório do polymath, etc.) devem ser anexados juntamente com a prova. Deve-se indicar na prova a 
utilização destes materiais auxiliares. 
6) Não serão corrigidas avaliações entregues fora do prazo. 
 
1. [3,0] Um engenheiro químico está estudando a viabilidade em realizar a reação de 
saponificação do acetato de etila (A) com uma base (B) para a produção de isopropanol (C) em escala 
industrial. Com base em dados de literatura, ele descobriu que a reação é irreversível, não elementar 
em fase gasosa: 
 
A + 2B → C 
 
Para que ele possa estimar a conversão e os volumes dos reatores necessários para o processo, 
inicialmente sua equipe foi para o laboratório e através de testes em escala de bancada (pressão 
constante), coletou os seguintes dados experimentais de conversão e velocidade de reação: 
 
X -ra (mol/dm3.s). 103 
0,0 0,01 
0,2 0,005 
0,4 0,002 
0,6 0,001 
 
A corrente de alimentação está a 227°C, pressão de 1013 kPa, e sua composição é estequiométrica 
para A e B (33,3% em A e 66,7% em B). Com os dados experimentais em mãos, o engenheiro começa 
seus cálculos para estimar a conversão e volume do reator a fim de posteriormente realizar uma análise 
de viabilidade do processo. Pede-se: 
a) Estime o volume requerido para que um reator tubular alcance 30% de conversão de A para uma 
vazão volumétrica de 2 m3/min. 
b) Estime o volume requerido para que um CSTR que processe o efluente de saída do reator tubular 
acima (PFR) alcance 50% de conversão total de A; 
c) Qual é o volume total dos dois reatores? 
d) Qual o volume necessário para que um único reator tubular atinja 60% de conversão? 
e) Estime o volume requerido para que um único CSTR alcance 50% de conversão. 
f) Qual é volume do 2° CSTR para que a conversão da seja elevada de 50 a 60%? 
2. [3,0] Um reator tubular será projetado para tratar 1000 m3/h de uma mistura gasosa composta 
por 80% de acetileno e 20% de inerte a 550 °C e 20 atm. O reator tubular consistirá em uma combinação 
de tubos em série. Cada tubo tem 3,5 m de comprimento e 20 cm de diâmetro interno. A temperatura 
da reação será de 550 °C e sob essas condições o acetileno é polimerizado como 
4CH2H2 →(C2H2)4 −r =kC2 (k=0.6L/(mol·s)) 
Se a queda de pressão através dos tubos for desprezada, pede-se: 
a) Construa a tabela estequiométrica para o sistema, calculando todos os parâmetros possíveis. 
Inclua a coluna de concentração das espécies envolvidas (Ci(X)). 
b) calcule o número de tubos necessários para uma conversão de 60% de acetileno em complexo 
de tetrâmero. 
 
3. [4,0] Você foi incumbido de implementar um sistema com a seguinte reação catalítica de 
hidrogenação em fase gasosa em um reator PBR: 
 
C7H8O + 2H2 —> C7H12O 
 
A reação é de ordem zero em C7H8O (A) em de primeira ordem em H2 (B). A 443K, a velocidade 
específica de reação é 1,5 mol/kgcat.min.atm. O reator deverá ser alimentado em proporção 
estequiométrica dos reagentes, a uma vazão molar de 100 mol/min, e uma pressão inicial de 5 atm. 
Ao calcular a conversão teórica dessa reação, seu chefe te disse que você poderia desprezar a queda 
de pressão dentro do leito. Entretanto, como um bom designer de reatores, você achou mais prudente 
avaliar melhor essa situação. Revisando o material de CRI, você resolveu executar os seguintes passos: 
 
a) Construir a tabela estequiométrica do sistema, calculando todos os parâmetros possíveis. 
b) Desconsiderando a queda de pressão, plotar a concentração de cada espécie em função da 
massa de catalisador. 
c) Calcular a massa de catalisador necessária para promover 80% de conversão. 
d) Então, considerando a perda de carga (alfa=0,06 kg-1), refazer as alternativas (b) e (c). 
e) Plotar o perfil de pressão dentro do reator em função da massa de catalisador com e sem 
queda de pressão. 
f) Ao perceber o seu potencial, o seu chefe sugeriu que você dobrasse o tamanho do catalisador 
para aumentar a conversão. Mantendo as condições de reação constantes, duplicando o 
diâmetro de partícula do catalisador, qual seria a nova conversão? Obs.: O reator opera em 
regime turbulento, assim como a vida de um estudante de engenharia. 
g) Quais as suas conclusões sobre as análises realizadas nesse exercício? 
 
Boa prova!