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Exercícios Reatores
Exercícios Reatores
Exercícios Reatores
1- Uma reação elementar deve ocorrer adiabaticamente em fase líquida e sob alta
pressão. Calcule os volumes de um CSTR e de um PFR necessários para processar 100
kmol/h a 60% de conversão de uma mistura de 90% em mol de A e 10% em mol de
inerte. A equação da velocidade foi determinada experimentalmente por um técnico e
representada como: -rA = k. (CA-CB/Kc);
Dados: A ↔ 2B; Ea = 82 kJ/mol; Kc = 5 a 323K; CA0 = 10 mol/L; CpA = 191 J/mol K;
CpB = 95,5 J/ mol K; CpI = 175 J/ mol K; k = 25 h-1 a 400 K; Talimentação = 350 K; HoRx
= -8200 J/mol
R: VPFR= 7,8 m3; VCSTR=33,3 m3
3- Uma reação deve ocorrer adiabaticamente em fase líquida e sob alta pressão.
Calcule os volumes de um CSTR e de um PFR necessários para processar 50 kmol/h a
30% de conversão de uma mistura de 40% em mol de A, 40% em mol de B e 20% em
mol de inerte. Qual a porcentagem de erro no cálculo dos volumes se a variação da
capacidade calorífica fosse negligenciada no cálculo da constante de equilíbrio?
Dados: A +B ↔ C; -rA = k. (CA CB – CC/Kc); Ea = 75 kJ/mol; Kc = 4 a 323K; CA0 =1
mol/L; CB0 =1 mol/L; CpA = 140 J/mol K; CpB = 170 J/ mol K; CpI = 98 J/ mol K; Cp
= -9 J/mol K; k = 10 L mol-1 min-1 a 350 K; Talimentação = 350 K; HoRx = 60 KJ/mol
R: VPFR= 0,86 m3; VCSTR=8,3 m3; ~2%
4- Para a reação elementar A + B ↔ C (líquida) faça um gráfico de equilíbrio em função
da temperatura. Determine a temperatura e a conversão adiabáticas de equilíbrio,
quando uma mistura equimolar de A e B é alimentada no reator a uma temperatura de
350 K.
Dados: CA0 = 10 mol/L; CpA = 100 J/mol K; CpB = 90 J/ mol K; CpC = 175 J/ mol K; k
= 25 h-1 a 400 K; Talimentação = 350 K; HoRx = -8200 J/mol; Kc = 5 a 323K
R: T=392 K; X=0,83
5- Determine a carga térmica de cada trocador para uma vazão molar de A de 50 mols/s e a
vazão do fluido refrigerante de cada trocador necessária para absorver essa energia.
Determine também a área de cada trocador necessária para essa taxa de transferência de
calor, sendo que estes trocadores operam em contracorrente e que U = 100 cal/(s m2 K).
Sabe-se que a temperatura de entrada do fluido refrigerante que possui capacidade
calorífica igual a 18 cal/ (mol K) é de 250 K e que esta não pode exceder 450 K. As
temperaturas de entrada em cada reator são dadas no esquema a seguir:
Reação: A → B
CpA = 100 cal/mol K
8- Que conversão poderia ser atingida se o reator da questão anterior fosse acoplado em
série a dois resfriadores interestágios e a outros dois reatores? Determine também a
carga térmica de cada trocador para uma vazão molar de A de 50 mols/s e a vazão do
fluido refrigerante de cada trocador necessária para absorver essa energia. Determine
também a área de cada trocador necessária para essa taxa de transferência de calor,
sendo que estes trocadores operam em contracorrente e que U = 100 cal/(s m2 K). Sabe-
se que a temperatura de entrada do fluido refrigerante que possui capacidade calorífica
igual a 18 cal/ (mol K) é de 250 K e que esta não pode exceder 390 K. Considere que a
conversão atingida em cada reator seja de 80% da conversão de equilíbrio. As
temperaturas de entrada em cada reator são dadas no esquema a seguir:
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Xe
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
300 325 350 375 400 425 450 475 500
T (K)
1,0
0,8
0,6
Xe
0,4
0,2
0,0
260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420
T (K)
R: a) 1,1 m3 b) 3,84 m3
14- O seguinte sistema de reator é usado para fazer uma reação catalítica reversível
A + B↔ C + D
A alimentação é equimolar em A e B a uma temperatura T1 de 300 K
Investigue o sistema reacional para inferir os problemas para uma reação exotérmica e
uma reação endotérmica. Em seguida, sugira medidas para resolver o problema
a- Reação exotérmica. A conversão esperada e a temperatura de saída são X = 0,75
e T = 400 K. Abaixo os dados obtidos experimentalmente.
Caso 1:na saída X= 0,01 e T = 305 K
Caso 2:na saída X= 0,10 e T = 550 K
Caso 3:na saída X= 0,20 e T = 350 K
Caso 4:na saída X= 0,50 e T = 450 K
Caso 5:na saída X= 0,01 e T = 400 K
Caso 6:na saída X= 0,30 e T = 500 K
b- Reação endotérmica. A conversão esperada e a temperatura de saída são X =
0,75 e T = 350 K. Abaixo os dados obtidos experimentalmente.
Caso 1:na saída X= 0,40 e T = 320 K
Caso 2:na saída X= 0,02 e T = 349 K
Caso 3:na saída X= 0,002 e T = 298 K
Caso 4:na saída X= 0,20 e T = 350 K
R: a- caso 1- quebra do pré-aquecedor ou catalisador sem atividade
caso 2- problema com o trocador de calor
caso 3- quebra do pré-aquecedor ou catalisador sem atividade
caso 4- problema com o trocador de calor
caso 5- catalisador sem atividade
caso 6- problema com o trocador de calor
b- caso 1- quebra do pré-aquecedor ou troca de calor não efetiva
caso 2- catalisador sem atividade
caso 3- quebra do pré-aquecedor ou troca de calor não efetiva
caso 4- catalisador sem atividade
15- Uma alimentação em pulso de um traçador foi utilizada em um reator real com os
seguintes resultados:
Para 𝑡 ≤ 10 min, C(T)= 0
Para 10< 𝑡 < 30 min, C(T)= 10 g/dm3
Para 𝑡 ≥ 30 min, C(T)= 0 g/dm3
A reação de segunda ordem A→B, com k = 0,1 L/(mol min), deve ser feita com uma
concentração de entrada de A igual a 1,25 mol/L, a uma vazão volumétrica de 10 L/min.
Aqui k é dado em 325 K.
a) Qual a fração de material que sai entre 20 e 30 min?
b) Qual o tempo de residência médio?
c) Qual é a variância?
d) Qual o desvio padrão?
e) Qual a conversão em um PFR e um CSTR ideais pata tm?
R: a) 50% b) 20 min c) 26,7 min2 d) 5,2 min e) XCSTR = 0,54 e XPFR=0,714