cinética e cálculo de biorreatores

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Universidade Federal De São João Del-Rei – UFSJ 
Campus Alto Paraopeba - CAP 
Engenharia Bioprocessos 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Biorreatores 
Profª Flávia Donária / flaviadonaria@ufsj.edu.br / SALA 201-BL 2 
 
2ª Chamada – 1ª Prova de Cinética e Cálculo de Biorreatores – Valor: 10 pts 
 
Nome do aluno: ________________________________________________________ 
 
Nota: ____________ 
 
Visto em: _____ / _____ / _____ Assinatura do aluno: _______________________ 
 
 
LEIA ATENTAMENTE: 
 
✓ A avaliação é composta de 3 questões, favor conferir se a sua prova está completa. 
✓ A avaliação é INDIVIDUAL e SEM CONSULTAS. Caso o aluno seja abordado 
efetuando consultas não autorizadas (“cola”), ou utilizando o celular ou 
calculadora gráfica, o aplicador está autorizado a recolher a prova e, 
automaticamente, o aluno terá nota ZERO na avaliação e será convidado a se 
retirar da sala. 
✓ As questões deverão ser resolvidas de maneira legível e organizada, caso contrário 
a questão será considerada incorreta. 
✓ A interpretação das questões faz parte da avaliação. Portanto, o professor não deve 
ser consultado durante a aplicação da prova. Caso alguma questão esteja mal 
formulada, a mesma será anulada e os pontos redistribuídos. 
 
 
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1) (2,0 pontos) O Departamento de Pesquisas Aplicadas da Caldron 
Chemical Company adiquiriu um reator de mistura perfeita para a obtenção de um 
produto Q de acordo com a seguinte reação em fase líquida: 
 
𝑋 + 𝑍 → 2𝑄 
𝑘 = 0,25𝐿 𝑚𝑜𝑙−1𝑚𝑖𝑛−1 
 
O reator de 500 L é alimentado por 1 mol L-1 de X e 5 mol L-1 de Z. Porém esta reação 
necessita de uma concentração inicial do produto para ocorrer, o qual está numa corrente 
de alimentação a 0,75 mol L-1. Nestas condições, determine a conversão do reagente 
limitante e a produção de Q, em mol min-1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
X (1) 
𝜐1 = 1,5 𝐿 𝑚𝑖𝑛
−1 
Z (2) 
𝜐2 = 5 𝐿 𝑚𝑖𝑛
−1 
(5) 
𝜐5 
X, Z (6) 
𝜐6 = 
1
3
𝜐5 
 
Q (7) 
𝜐7 
S 
E 
P 
A 
R 
A 
D 
O 
R 
água (3) 
𝜐3 = 2 𝐿 𝑚𝑖𝑛
−1 
Q (4) 
𝜐4 = 0,5 𝐿 𝑚𝑖𝑛
−1 
Figura 1- Esquema de montagem do sistema para produção de Q 
 
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2) A Indústria Química SA tem como um de seus produtos principais o 3-vinil-1,5-
hexadieno que é processado em um tanque com agitação que funciona com cargas 
intermitentes. Você é convidado a analisar alguns parâmetros deste reator e as 
informações que você dispõe para a sua análise são as seguintes: 
(I) A reação que ocorre no interior do reator é a isomerização monomolecular do 
1, 2, 6- heptadrieno em 3-vinil-1,5-hexadieno. 
CH2= C = CH -CH2- CH2- CH = CH2 →CH2= CH - C - CH2- CH = CH2 
 CH2 
(II) Esta reação foi estudada em escala piloto e pode-se verificar que a sua 
cinética é de primeira ordem entre 170ºC e 220ºC. 
(III) Experimentalmente determinou-se que a constante de velocidade varia com a 
temperatura de acordo com a tabela a seguir: 
T (°C) 172,2 187,7 202,6 218,1 
K (min-1) 5,98 18,03 46,80 122,4 
 
(IV) O reator utilizado tem um diâmetro de 2 metros e uma altura de 1,50 metros. 
(V) O reagente utilizado (1,2,6-heptatrieno) é introduzido puro no reator e a sua 
concentração é de 2 mols por litro e a reação ocorre em fase líquida. 
(VI) O reator está operando atualmente na temperatura de 180ºC. 
(VII) A conversão a ser obtida é de 70 % do reagente em produto. 
 
 
Calcular: 
a) a energia de ativação desta reação no intervalo de 170ºC a 220ºC. 
b) o tempo da reação para a conversão desejada a 180ºC. 
c) Qual a produção em de 3-vinil-l, 5-hexadieno? 
 
 
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3) A Caudron Chemical Company é responsável pela produção do L.P#7 a 
partir da decomposição em fase gasosa da substância R.M#15. Infelizmente, em função 
da preocupação com a segurança, os nomes e fórmulas das substâncias são mantidas em 
sigilo. A reação ocorre com energia de ativação de 95kJ/mol, conforme indica a equação 
estequiométrica abaixo: 
𝑅. 𝑀#15𝑔
𝑘1
→ 3𝐿. 𝑃#7𝑔 
 
Sabe-se que, a 40 °C, a constante de velocidade desta reação é de 3.10-4min-1. O 
Departamento de Pesquisas Aplicadas da Caudron Chemical Company possui dois 
reatores, sendo um tanque com agitação mecânica com 4,0 m de altura e 1,2 m de 
diâmetro, enquanto o outro é um reator tubular com 5,0 m de comprimento e 0,6 m de 
diâmetro. Considerando-se que um reator operando a 10 atm e 60°C seja alimentado com 
o 𝑅. 𝑀#15 puro a 5 mol/min, qual seria o volume do reator e o tempo espacial necessários 
para que uma conversão de 85% seja alcançada para: 
a) Reator de mistura 
b) Reator Tubular 
c) Qual será a conversão obtida no reator de mistura se forem mantidas todas as 
condições operacionais anteriores e 𝑅. 𝑀#15 for introduzido numa corrente com 
40% de inerte? Nessas condições, qual seria o volume do reator tubular necessário 
para a nova conversão? 
d) Qual a influência da adição de inerte sobre o volume necessário de um reator de 
mistura, para obter uma conversão de 85%?