Exercicios Resolvidos Cinetica Quimica Reatores Batch CSTR e PFR

1 A reação de segunda ordem em fase gasosa 𝐴 2𝐵 é realizada em um reator batelada de paredes móveis a 25 atm e 946C Sabendo que após 10 min de reação a conversão é de 40 determinar o valor da constante de velocidade para 𝑃 25 𝑎𝑡𝑚 e 𝑇 1000𝐶 sabendose que nestas condições o tempo de meiavida é 8 min 2 A reação de segunda ordem 𝐴 2𝐵 cuja energia de ativação é 7800 calmoI é realizada em fase gasosa a 400 K num reator de paredes rígidas com alimentação de A puro a 2 atm obtendose 78 de conversão em 54 min a Determine a velocidade específica da reação k com sua respectiva unidade b Determine o tempo para se atingir 78 de conversão a 450 K com alimentação de A puro a 2 atm c Explique o porquê da diferença entre os tempos de reação para as temperaturas de 400 K e 450 K d Desejase processar esta mesma reação de forma que a pressão aumente de 2 para 3 atm em 30 min Qual temperatura deverá ser usada 3 Um CSTR de 43243 l processa a reação em fase líquida 𝐴 𝐵 𝐶 Sabe se que este reator é alimentado com 200 moIh de A e 400 moIh de B e produz 150 moIh de C Qual deverá ser o volume de um PFR para se obter esta mesma produção considerandose a mesma alimentação Dados adicionais 𝑘 0222 𝑙𝑚𝑜𝑙 ℎ 𝑒 𝑣0 40 𝑙ℎ 4 Produzse acetato de butila num reator descontínuo à temperatura de 100 ºC A alimentação é constituída por 5 moles de butanol por mol de ácido acético Sabese que a reação é de segunda ordem em relação ao ácido acético quando o butanol encontrase em excesso e que o valor da constante de velocidade é 174 mlmol min Qual o tempo necessário para obterse conversão de 50 Dimensione um reator capaz de produzir 1100 kgdia de acetato de butila Considere o intervalo de tempo de descarga limpeza e arranque entre duas operações de 20 minutos 5 Seja a reação elementar 𝐴 𝐵 ocorrendo em um reator batelada O reator está carregado inicialmente com 2 m3 do reagente e a velocidade específica de reação é 1 h1 Foi verificado que conforme a reação acontece o produto muda de fase e vai sendo perdido por volatilização a uma taxa de 1 m3h Considerando que para tal reação as condições operacionais permitam uma conversão de 80 qual o tempo dessa batelada 6 Um reator batelada a volume constante opera a reação 𝐴 𝐵 2𝐶 em fase líquida cuja constante de velocidade é 01 L mol1 min1 A alimentação consiste de 1 mol de A e 2 mol de B constituindo uma mistura reacional de 1L Sabendose que A é líquido e B é um sólido com solubilidade de 15 mol por litro de mistura reacional determine o tempo de reação para se obter 90 de conversão 7 2 L min de A puro são alimentados em um reator CSTR onde ocorre a reação de primeira ordem em fase líquida 𝐴 2𝐵 𝐶 A vazão de saída também é de 2 Lmin Considerando que são processados 50 l de mistura reacional dentro do reator e que a constante de velocidade da reação é 𝑘 2ℎ1 determine a A conversão na saída do reator para regime permanente b Se durante a operação a alimentação fosse interrompida e a vazão de saída fosse mantida constante em 2 Lmin qual seria a fração molar de B na saída do reator 7 minutos após esta mudança 8 Dadas as afirmativas referentes ao número de Damköhler qual a alternativa correta A É a razão entre a velocidade da reação de um reagente e a velocidade de transporte convectivo do mesmo reagente na entrada do reator B É número dimensional que pode fornecer uma estimativa rápida do grau de conversão em reatores batelada C O seu valor numérico fornece a alta ou a baixa conversão em reatores descontínuos D É um parâmetro adimensional que quantifica se um processo é controlado pela difusão ou pela condução E Parâmetro que relaciona o tempo característico de mistura no sistema com o tempo característico para convecção do sistema 9 A reação elementar em fase líquida 𝐴 𝐵 𝐶 é processada num PFR com as condições a seguir Dado que 𝑘 035 𝑙𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛 determine a vazão molar de C na saída do reator 10 Considere reações em fase gasosa ocorrendo no sistema de CSTR em série abaixo Sabendo que a reação 𝐴 2𝐵 ocorre somente a 25 ºC e que a reação 2𝐵 𝐶 ocorre somente a 120 ºC qual a vazão molar de C na saída do sistema 11 A regra de Vant Hoff estabelece que uma elevação de 10C na temperatura da reação química faz com que sua velocidade duplique Com base nesta regra determine a energia de ativação de uma dada reação considerando a temperatura de 0C 12 A reação de segunda ordem em fase líquida 𝐴 𝐵 𝐶 foi realizada em um reator batelada com concentrações iniciais de 1 e 2 mol l para A e B respectivamente Sabendose que XA078 após 13 min determine a conversão apos 27 min 13 Um CSTR processa a reação em fase líquida 𝐴 𝐵 O reator recebe 12 l min de A numa concentração CA0 25 moI l A equação de velocidade é 𝑟𝐴 05𝐶𝐴 05 e a conversão na saída é de 70 a Determine o volume do reator b Apos uma falha no agitador do CSTR sua rotação reduziuse pela metade e a conversão final passou a ser 79 Como se explica isso 14 Um reator em batelada de paredes móveis com capacidade de 70 L processa a reação 𝐴 2𝐵 em fase gasosa O reator possui um controle que mantém a temperatura da reação constante em 853K Sabendo que rA 0007 CA mol l min determine o tempo reacional para converter 50 do reagente A 15 A reação 𝐴 𝐵 ocorrre num reator batelada a volume constante sendo que a alimentação contém 90 de inertes e a velocidade específica é k 428 x 106 exp13115 T mol l h atm Determine o tempo necessário para conversão de 87 a 1 atm e 600 ºC 16 A reação em fase gasosa 𝐴 4𝐵 é de primeira ordem e foi estudada em um reator batelada a pressão constante o qual forneceu uma variação de volume de 85 apos 27 min de reação Se esta reação fosse realizada em um reator a volume constante qual seria o tempo necessário para se atingir a pressão de 42 atm Dado Pressão inicial 2 atm e alimentação de A puro 17 Seja a reação elementar em fase gasosa 𝐴 𝐵 𝐶 ocorrendo em um reator batelada de parede rígida A mistura reacional é alimentada numa proporção molar AB de 07 a uma pressão de 32 atm e temperatura de 385 K Essa reação apresentada velocidade específica de 28 L mol1 h1 Qual o tempo necessário para conversão de 85 Considere o gás com comportamento ideal e R0082 atm L mol1 K1 18 A Hidrolise do anidrido acético é realizada em três CSTRs em série V1 14 l V2 28 l e V3 22 l com alimentação de 14 l min no primeiro reator Determine a conversão global na saída de cada reator considerando k 948 h1 Considere a solução de anidrido acético bem diluída 19 As reações consecutivas 𝐴 𝑘1 𝐵 𝑘2 𝐶 ocorrem em um sistema composto por inúmeros CSTRs em série Sabendose que k1 067 h1 k2 099 h1 e tempo espacial 3 min determine a conversão de A na saída do vigésimo reator 20 Dois CSTRs são posicionados para operar em série uma reação de primeira ordem na mesma temperatura O reator 1 possui τ1 1 min e o reator 2 possui τ2 2 min Demonstre que a ordem na qual eles são posicionados não afeta a conversão final 21 Um CSTR possui inicialmente 2535 L de uma mistura contendo 005 moIL do composto A iniciase a alimentação deste CSTR com 24 Lh de uma corrente contendo 05 moIL de A A vazão de saída também é mantida em 24 Lh Sabendose que a reação 𝐴 𝐵 ocorre neste reator com velocidade específica de 0071 h1 em quanto tempo o sistema entrará em regime permanente 22 Seja uma reação em fase líquida 𝐴 𝐵 𝐶 que ocorre um CSTR Sendo a velocidade específica 12 m3kmol h e se desejando uma produção de 108 kmolh de C qual o nível de conversão e qual o volume do reator para produzir C na taxa desejada 23 A reação de saponificação entre acetato de etila A e soda cáustica B ocorre em um reator bem misturado em regime de batelada alimentada Inicialmente 90 L de uma solução 1 M de acetato de etila estão presentes no reator 378 Lmin de solução 1 N de soda cáustica são alimentados e a operação é realizada isotermicamente à temperatura ambiente Qual será o volume do conteúdo reacional e a conversão após 2 min sabendose que neste período podese considerar uma velocidade média de reação constante e igual a 7 x 102 mol l min 24 A reação 𝐴 𝐵 possui velocidade específica de reação no sentido direto 𝑘𝐷 001 s1 e constante de equilíbrio 𝑘𝐶 5 com T em K Esta reação ocorre em um reator batelada com alimentação CA0 1 moIL A reação é conduzida a 323 K e atinge 70 de conversão de A Qual é o tempo de reação e a concentração das espécies 25 A reação 𝐴 2𝐵 𝐶 ocorre em um reator de paredes rígidas e sua velocidade de reação segue a equação 𝑟𝐴 054𝐶𝐴 05𝐶𝐵 05𝑚𝑜𝑙𝑙 𝑚𝑖𝑛 O reator é alimentado com CA0 2 M e CB0 4M a É possível afirmar que esta reação é elementar Por quê b Determine a conversão da reação quando CB 17 moIL c Calcule o tempo necessário para se obter uma conversão de 75 d Qual é a conversão obtida após 35 min de reação 26 Um reator batelada deverá ser projetado para processar a reação em fase líquida 2𝐴 𝐵 k 0037 L mol1 min1 com alimentação CA0 1 moIL As massas molares são MA 60 gmoI e MB 120 gmoI e a densidade média da mistura reacional vale 105 gmL Desejase obter uma produção anual de 2000 toneladas de B com um reator batelada capaz de atingir conversão X 08 O tempo morto da operação será de 25 min a cada batelada e o período de trabalho será de 15 hdia Determine o volume do reator que será utilizado neste processo 27 A reação 3𝐴 𝐵 é realizada em presença de inertes num reator de paredes móveis a 1 atm Para uma dada temperatura T são atingidos 40 de conversão em 2183 min Quando se aumenta de 100 K a temperatura mantendose as demais condições constantes a conversão de 90 é atingida em 743 min Determine a fração molar de inertes que foi usada neste estudo Dado 𝑘 108𝑒𝑥𝑝 7400 𝑇 𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛