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Planejamento e Controle da Produção

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Questão 9. Uma reação elementar, em fase aquosa e irreversível do tipo: A+B→ R+S, ocorre isotermicamente. Iguais taxas volumétricas de duas correntes líquidas são introduzidas em um tanque de mistura de 4 L. Uma corrente contém 0,020 mol de A/L e a outra contém 1,40 mol de B/L. A corrente misturada passa então através de um reator pistonado de 16 L. Constatamos que algum R é formado no tanque de mistura, sendo sua concentração igual a 0,002 mol/L. Considerando que o tanque de mistura age como um reator de mistura perfeita, encontre a concentração de A na saída do reator pistonado e a conversão global, assim como a fração da concentração inicial de A que foi convertida no sistema.

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Para resolver essa questão, vamos seguir os passos necessários: 1. Cálculo da quantidade de A e B no tanque de mistura: - O tanque de mistura tem 4 L. - Concentração de A: 0,020 mol/L → Total de A = 0,020 mol/L × 4 L = 0,08 mol. - Concentração de B: 1,40 mol/L → Total de B = 1,40 mol/L × 4 L = 5,6 mol. 2. Reação A + B → R + S: - A reação é estequiométrica, então a quantidade de A que reage será limitada pela quantidade de B disponível. 3. Cálculo da concentração de R: - A concentração de R no tanque de mistura é 0,002 mol/L em 4 L → Total de R = 0,002 mol/L × 4 L = 0,008 mol. 4. Cálculo da quantidade de A que reagiu: - Para cada mol de R formado, 1 mol de A é consumido. Portanto, 0,008 mol de A foram consumidos. 5. Quantidade de A restante: - A inicial = 0,08 mol. - A consumido = 0,008 mol. - A restante = 0,08 mol - 0,008 mol = 0,072 mol. 6. Cálculo da concentração de A na saída do reator pistonado: - O reator pistonado tem 16 L. - Concentração de A na saída = A restante / Volume do reator = 0,072 mol / 16 L = 0,0045 mol/L. 7. Cálculo da conversão global: - Conversão = (A inicial - A restante) / A inicial = (0,08 mol - 0,072 mol) / 0,08 mol = 0,1 ou 10%. 8. Cálculo da fração da concentração inicial de A que foi convertida: - Fração convertida = A consumido / A inicial = 0,008 mol / 0,08 mol = 0,1 ou 10%. Resumindo: - Concentração de A na saída do reator pistonado: 0,0045 mol/L. - Conversão global: 10%. - Fração da concentração inicial de A convertida: 10%.

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Questão 1. A temperatura de 650°C, o vapor de fosfina se decompões como segue: 4PH3→P4 (g) + 6H2. Velocidade: -rA = (10 h-1). Cfosfina. Para uma alimentação de 2/3 de fosfina e 1/3 de inerte, qual é a capacidade necessária de um reator pistonado, operando à temperatura de 649°C e 11,4 atm., para converter 75% de 10 mols de fosfina/h.

Questão 2. Um reagente gasoso A se decompões como mostrado a seguir: A→3R, segundo uma cinética: -Ra = 0,6. min-1.CA. Encontre a conversão de A, se a alimentação for composta por 50% de A e 50% de inerte (V0=180 L/min, CAO=300 mmols/L) e se o reator de mistura perfeita possuir um volume de 1m3.

Questão 5: Um engenheiro químico pretende fazer um arranjo de reatores com CSTR (100 L) e o PFR (100L) em série, porém não sabe qual será mais eficiente, ou melhor, qual arranjo tem maior eficiência de conversão. A cinética segue uma cinética de ordem 2 e a conversão na saída do CSTR é 0,75. Calcule. a) A conversão na saída do segundo reator. (CSTR + PFR). b) A conversão do segundo reator considerando um sistema inverso do primeiro (PFR+CSTR). Lembre-se que o PFR possui uma conversão melhor do que do reator CSTR.

Questão 6. Para uma reação irreversível, em fase líquida, de primeira ordem (CAO=10 mol/L), a conversão é de 90% em um reator pistonado. Pede-se: (considere v0 = 3L/s. (LEVENSPIEL, 2000). a) Se 2/3 da corrente que deixa o reator forem reciclados para a entrada do reator e se a produção do sistema global reator – reciclo for mantida inalterada, o que isto afetará a concentração do reagente A do sistema? b) Considere qual valor de R poder alterado para 1/3 da corrente que deixa o reator.

Questão 7. A reação elementar em fase líquida A → R ocorre a 25°C em uma combinação de dois reatores tubulares em série. A concentração de A na entrada do primeiro reator é de 1,5 mol/L e a constante de velocidade desta reação a 25°C é 2,1 L/mol.h. a) Se os dois reatores forem agrupados em paralelo, com 50% da mistura A alimentada em cada reator, qual será a conversão obtida? b) Se os dois reatores forem agrupados em paralelo, com uma alimentação dividida em 30% para uma corrente e 70% na outra corrente, qual será a conversão obtida?

Questão 8. Determine o volume de reator de escoamento empistonado necessário para produzir 300 milhões de libras de etileno por ano a partir do craqueamento de uma corrente de etano puro. A reação é irreversível (fase gasosa) e segue uma lei de velocidade elementar. A meta é alcançar 80% de conversão do etano, operando o reator isotermicamente a 1100 K e a pressão de 6 atm. A velocidade especifica da reação a 1000 K é de 0,072 s -, e a energia de ativação 82 Kcal/mol e vazão molar de etano é 193 mol/s.

Questão 10: Um reator PFR de volume V1 e um reator CSTR de volume V2 de modo que V2 = 2V1, operam em sistema paralelo. A reação ocorre seguindo uma cinética de primeira ordem em fase aquosa (A → B), considerando que a alimentação é introduzida da seguinte forma: 30% de FAO é introduzida no PFR e o restante no CSTR. Pede-se: (considere que ???????? = 1). a) Considerando sistema em paralelo dos dois reatores. A conversão em cada reator e a conversão global. b) Considerando para o caso contrário CSTR seguido do PFR. A conversão em cada reator e a conversão total (considere que entra CAO =1 mol/L).

Questão 11. Temos 90% de conversão de uma alimentação líquida (CAO = 10 mols/L) em nosso reator pistonado, com reciclo de produto (R =2). Se fecharmos a corrente de reciclo, quanto diminuirá a taxa de processamento de nossa alimentação para a mesma conversão de 90%. Considere que a reação segue uma cinética de ordem.

Questão 12. Acetaldeído, etano, além de outros hidrocarbonetos, provenientes de uma unidade de produção são misturados e passam por dois reatores PFR em paralelo. A 520°C dá-se preferencialmente a decomposição do acetaldeído em metano e monóxido de carbono, porém a 800°C o etano decompõe-se em etileno e hidrogênio. Introduz-se uma mistura molar de 9% de acetaldeído, 8% de etano e vapor da água como diluente. Os demais componentes são desprezíveis. O primeiro reator opera a 520°C e 1 atm. enquanto o segundo reator opera a 800°C e 1,4 atm. Quer-se uma conversão de 60%. Qual deve ser a razão molar de entrada, admitindo que os reatores tenham o mesmo volume. (k1 = 0,33 L/mol.s (520°C) e k2=0,685 s-1).

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