Segunda Avaliação de Cinética Química e Reatores 1

Prévia do material em texto

Ministério da Educação 
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
Campus Apucarana 
Segunda 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. 
Todos os gráficos gerados em algum software deverão ser colados na forma de imagem no 
mesmo arquivo da resolução dos exercícios 
Considere os dados a seguir: 
1. (3,5) Uma equipe de desenvolvimento de processos realizou os experimentos mostrados nas 
tabelas a seguir para determinar a cinética da reação irreversível em fase líquida A + 2B → R + S, com 
velocidade de reação -ra=kCAαCBβ, em que n=α+β é a ordem global. 
 
Fase 1- reator batelada T=25oC, CAo= 0,5 mol/L, CBo=1,0 mol/L 
 
t (min) 0 2 4 6 8 10 20 30 70 100 200 400 600 
X 0 0,17 0,28 0,38 0,43 0,50 0,68 0,75 0,87 0,91 0,95 0,97 0,98 
 
Fase 2 – reator CSTR, T=25oC 
V/vo (min) 40 10 2,5 10 10 
CAo 0,5 0,5 0,5 1,0 0,25 
CBo 1,0 1,0 2,0 2,5 1,0 
X 0,61 0,38 0,17 0,50 0,27 
 
Fase 3 – reator CSTR, T=75oC 
 
 
Você foi o engenheiro escolhido para fazer os projetos preliminares de um reator para produzir 50 
toneladas de lb/ ano de R (MM:130 g/mol) com base nesses dados. Devido a limitações no sistema de 
separação, a conversão mínima de A deve ser de 80%. Para tanto, pede-se: 
 
a) Encontre uma equação de taxa de reação que descreva: I) o efeito das concentrações na reação (ordem 
da reação) e II) o efeito da temperatura (k(T)). 
V/vo (min) 0,2 1,0 
CAo 0,5 0,5 
CBo 1,0 1,0 
X 0,38 0,64 
b) Considerando que as concentrações de A e B na alimentação do reator sejam 0,5 e 1,0 mol/L, 
respectivamente, encontre o volume do CSTR e do PFR que podem ser usados em regime isotérmico 
para alcançar a conversão desejada. 
 
2. (3,0 pontos) Para as reações dadas a seguir 
 
a) Que esquema de reação (concentrações, temperatura e tipo de reator) você usaria para maximizar o 
parâmetro de seletividade S para as seguintes reações paralelas: 
I. A + C → D rD=800e(-2000/T)CA0,5Cc 
II. A + C → U1 rU1=10e(-300/T)CACc 
 
b) Como sua resposta mudaria se, no lugar da reação II, C reagisse com D para formar outro produto 
indesejado: 
C + D→ U2 rU2=1000(-8000/T)CcCD 
 
 
3. (3,5) Um estudante quer projetar um reator para a reação entre A2 e B2 para formar AB a 600K 
e pressão atmosférica. Para o projeto do reator, o estudante, através de experimentos laboratoriais 
encontrou a seguinte taxa de reação: 
 
 
sabe-se que a reação global: A2+B2→2AB ocorre através da seguinte sequência de etapas elementares 
que envolvem radicais livres: 
 
 
 
 
 
Sabendo que a reação ocorre em fase gasosa, com alimentação de 30% em excesso de A2 em relação à 
estequiometria da reação, pede-se: 
a) Encontre a lei velocidade de reação deste mecanismo (descreva todos os passos), e diga se o mesmo 
está de acordo com o sugerido experimentalmente. 
b) Para uma vazão volumétrica de 100 L/s, encontre o volume de um PFR para uma conversão de 45% 
de B2. 
Dados: Valores das constantes específicas de velocidade a 600K e 1atm: 
k1=3,34x10-10 s-1 
k1/k5=8,41x10-20 mol/dm3 
k2=1,74x10-4 dm3/mol.s 
k3=9,48x1010 dm3/mol.s 
k4=8,32x109 dm3/mol.s 
 
 
 
 
BOA PROVA!