Lista para treinar

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<p>1. A reação de segunda ordem em fase gasosa 𝐴 → 2𝐵 é realizada em um reator batelada de paredes</p><p>móveis a 25 atm e 946°C. Sabendo que após 10 min de reação a conversão é de 40%, determinar o valor da</p><p>constante de velocidade para 𝑃 = 25 𝑎𝑡𝑚 e 𝑇 = 1000°𝐶 , sabendo-se que nestas condições o</p><p>tempo de meia-vida é 8 min.</p><p>2. A reação de segunda ordem 𝐴 → 2𝐵, cuja energia de ativação é 7800 cal/moI, é realizada em fase</p><p>gasosa a 400 K num reator de paredes rígidas com alimentação de ‘A' puro a 2 atm, obtendo-se 78% de</p><p>conversão em 54 min.</p><p>a) Determine a velocidade específica da reação (k) com sua respectiva unidade</p><p>b) Determine o tempo para se atingir 78% de conversão a 450 K com alimentação de ‘A' puro a 2 atm</p><p>c) Explique o porquê da diferença entre os tempos de reação para as temperaturas de 400 K e 450 K</p><p>d) Deseja-se processar esta mesma reação de forma que a pressão aumente de 2 para 3 atm em 30 min.</p><p>Qual temperatura deverá ser usada?</p><p>3. Um CSTR de 432,43 l processa a reação em fase líquida 𝐴 + 𝐵 → 𝐶. Sabe- se que este reator é</p><p>alimentado com 200 moI/h de A e 400 moI/h de B e produz 150 moI/h de C. Qual deverá ser o volume de um</p><p>PFR para se obter esta mesma produção considerando-se a mesma alimentação? Dados adicionais:</p><p>𝑘 = 0,222 𝑙/𝑚𝑜𝑙 ℎ 𝑒 𝑣0 = 40 𝑙/ℎ.</p><p>4. Produz-se acetato de butila num reator descontínuo à temperatura de 100 ºC. A alimentação é</p><p>constituída por 5 moles de butanol por mol de ácido acético. Sabe-se que a reação é de segunda ordem em</p><p>relação ao ácido acético quando o butanol encontra-se em excesso, e que o valor da constante de</p><p>velocidade é 17.4 ml/mol min. Qual o tempo necessário para obter-se conversão de 50%? Dimensione um</p><p>reator capaz de produzir 1100 kg/dia de acetato de butila. Considere o intervalo de tempo de descarga,</p><p>limpeza e arranque entre duas operações de 20 minutos.</p><p>5. Seja a reação elementar 𝐴 → 𝐵, ocorrendo em um reator batelada. O reator está carregado</p><p>inicialmente com 2 m3 do reagente e a velocidade específica de reação é 1 h-1. Foi verificado que, conforme</p><p>a reação acontece, o produto muda de fase e vai sendo perdido por volatilização, a uma taxa de 1 m3/h.</p><p>Considerando que para tal reação as condições operacionais permitam uma conversão de 80%, qual o</p><p>tempo dessa batelada?</p><p>6. Um reator batelada a volume constante opera a reação 𝐴 + 𝐵 → 2𝐶 em fase líquida, cuja constante</p><p>de velocidade é 0,1 L mol-1 min-1. A alimentação consiste de 1 mol de A e 2 mol de B, constituindo uma</p><p>mistura reacional de 1L. Sabendo-se que A é líquido e B é um sólido com solubilidade de 1,5 mol por litro de</p><p>mistura reacional, determine o tempo de reação para se obter 90% de conversão.</p><p>7. 2 L min de A puro são alimentados em um reator CSTR, onde ocorre a reação de primeira ordem em fase</p><p>líquida 𝐴 → 2𝐵 + 𝐶 . A vazão de saída também é de 2 L/min. Considerando que são processados 50 l de</p><p>mistura reacional dentro do reator e que a constante de velocidade da reação é 𝑘 = 2ℎ−1, determine:</p><p>a) A conversão na saída do reator para regime permanente</p><p>b) Se, durante a operação, a alimentação fosse interrompida e a vazão de saída fosse mantida constante</p><p>em 2 L/min, qual seria a fração molar de B na saída do reator 7 minutos após esta mudança?</p><p>8. Dadas as afirmativas referentes ao número de Damköhler, qual a alternativa correta?</p><p>A - É a razão entre a velocidade da reação de um reagente e a velocidade de transporte convectivo do</p><p>mesmo reagente, na entrada do reator</p><p>B - É número dimensional que pode fornecer uma estimativa rápida do grau de conversão em reatores</p><p>batelada</p><p>C - O seu valor numérico fornece a alta (ou a baixa) conversão em reatores descontínuos;</p><p>D - É um parâmetro adimensional que quantifica se um processo é controlado pela difusão ou pela</p><p>condução</p><p>E - Parâmetro que relaciona o tempo característico de mistura no sistema com o tempo característico</p><p>para convecção do sistema</p><p>9. A reação elementar em fase líquida 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 é processada num PFR com as condições a seguir.</p><p>Dado que 𝑘 = 0,35 𝑙/𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑖𝑛, determine a vazão molar de C na saída do reator.</p><p>10. Considere reações em fase gasosa ocorrendo no sistema de CSTR em série abaixo. Sabendo que a</p><p>reação 𝐴 → 2𝐵 ocorre somente a 25 ºC e que a reação 2𝐵 → 𝐶 ocorre somente a 120 ºC, qual a vazão</p><p>molar de C na saída do sistema?</p><p>11. A regra de Van’t Hoff estabelece que uma elevação de 10°C na temperatura da reação química faz com</p><p>que sua velocidade duplique. Com base nesta regra, determine a energia de ativação de uma dada reação</p><p>considerando a temperatura de 0°C.</p><p>12. A reação de segunda ordem em fase líquida 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 foi realizada em um reator batelada com</p><p>concentrações iniciais de 1 e 2 mol / l para A e B, respectivamente. Sabendo-se que XA=0,78 após 13 min,</p><p>determine a conversão apos 27 min.</p><p>13. Um CSTR processa a reação em fase líquida 𝐴 → 𝐵. O reator recebe 12 l / min de A numa</p><p>concentração CA0 = 2,5 moI / l. A equação de velocidade é (−𝑟𝐴) = 0,5𝐶𝐴</p><p>0,5 e a conversão na saída é de</p><p>70%.</p><p>a) Determine o volume do reator.</p><p>b) Apos uma falha no agitador do CSTR, sua rotação reduziu-se pela metade e a conversão final passou a</p><p>ser 79%. Como se explica isso?</p><p>14. Um reator em batelada de paredes móveis com capacidade de 70 L processa a reação 𝐴 → 2𝐵 em</p><p>fase gasosa. O reator possui um controle que mantém a temperatura da reação constante em 853K.</p><p>Sabendo que (-rA) = 0,007 CA mol / l min, determine o tempo reacional para converter 50% do reagente A</p><p>15. A reação 𝐴 → 𝐵 ocorrre num reator batelada a volume constante, sendo que a alimentação contém</p><p>90% de inertes e a velocidade específica é k = 4,28 x 106 exp(-13115 / T) mol / l h atm. Determine o tempo</p><p>necessário para conversão de 87% a 1 atm e 600 ºC.</p><p>16. A reação em fase gasosa 𝐴 → 4𝐵 é de primeira ordem e foi estudada em um reator batelada a</p><p>pressão constante o qual forneceu uma variação de volume de 85% apos 27 min de reação. Se esta reação</p><p>fosse realizada em um reator a volume constante, qual seria o tempo necessário para se atingir a pressão</p><p>de 4,2 atm? Dado: Pressão inicial = 2 atm e alimentação de A puro.</p><p>17. Seja a reação elementar em fase gasosa 𝐴 + 𝐵 → 𝐶, ocorrendo em um reator batelada de parede</p><p>rígida. A mistura reacional é alimentada numa proporção molar A/B de 0.7, a uma pressão de 3.2 atm e</p><p>temperatura de 385 K. Essa reação apresentada velocidade específica de 2.8 L mol-1 h-1. Qual o tempo</p><p>necessário para conversão de 85%? Considere o gás com comportamento ideal e R=0,082 atm L mol-1 K-1.</p><p>18. A Hidrolise do anidrido acético é realizada em três CSTRs em série (V1 = 1,4 l, V2 = 2,8 l e V3 = 2,2 l) com</p><p>alimentação de 1,4 l / min no primeiro reator. Determine a conversão global na saída de cada reator,</p><p>considerando k = 9,48 h-1. Considere a solução de anidrido acético bem diluída.</p><p>19. As reações consecutivas 𝐴</p><p>𝑘1</p><p>→ 𝐵</p><p>𝑘2</p><p>→ 𝐶 ocorrem em um sistema composto por inúmeros CSTRs em</p><p>série. Sabendo-se que k1= 0,67 h-1, k2 = 0,99 h-1 e tempo espacial = 3 min, determine a conversão de A na</p><p>saída do vigésimo reator.</p><p>20. Dois CSTRs são posicionados para operar em série uma reação de primeira ordem, na mesma</p><p>temperatura. O reator 1 possui τ1= 1 min e o reator 2 possui τ2= 2 min. Demonstre que a ordem na qual eles</p><p>são posicionados não afeta a conversão final.</p><p>21. Um CSTR possui inicialmente 25,35 L de uma mistura contendo 0,05 moI/L do composto A. inicia-se a</p><p>alimentação deste CSTR com 2,4 L/h de uma corrente contendo 0,5 moI/L de A. A vazão de saída também é</p><p>mantida em 2,4 L/h. Sabendo-se que a reação 𝐴 → 𝐵 ocorre neste reator com velocidade específica de</p><p>0,071 h-1, em quanto tempo o sistema entrará em regime permanente?</p><p>22. Seja uma reação em fase líquida 𝐴 + 𝐵 → 𝐶, que ocorre um CSTR. Sendo a velocidade específica 1,2</p><p>m3/kmol h e se desejando uma produção de 10.8 kmol/h de C, qual o nível</p><p>de conversão e qual o volume do</p><p>reator para produzir C na taxa desejada?</p><p>23. A reação de saponificação entre acetato de etila (A) e soda cáustica (B) ocorre em um reator bem</p><p>misturado em regime de batelada alimentada. Inicialmente, 90 L de uma solução 1 M de acetato de etila</p><p>estão presentes no reator. 3,78 L/min de solução 1 N de soda cáustica são alimentados e a operação é</p><p>realizada isotermicamente à temperatura ambiente. Qual será o volume do conteúdo reacional e a</p><p>conversão após 2 min, sabendo-se que neste período pode-se considerar uma velocidade média de reação</p><p>constante e igual a 7 x 10-2 mol / l min?</p><p>24. A reação 𝐴 ↔ 𝐵 possui velocidade específica de reação no sentido direto 𝑘𝐷 = 0,01 s-1 e</p><p>constante de equilíbrio 𝑘𝐶 = 5, com T em K. Esta reação ocorre em um reator batelada com alimentação</p><p>CA0 = 1 moI/L. A reação é conduzida a 323 K e atinge 70% de conversão de A. Qual é o tempo de reação e a</p><p>concentração das espécies?</p><p>25. A reação 𝐴 + 2𝐵 → 𝐶 ocorre em um reator de paredes rígidas e sua velocidade de reação segue a</p><p>equação (−𝑟𝐴) = 0,54𝐶𝐴</p><p>0,5𝐶𝐵</p><p>0,5𝑚𝑜𝑙/𝑙 𝑚𝑖𝑛. O reator é alimentado com CA0 = 2 M e CB0 = 4M.</p><p>a) É possível afirmar que esta reação é elementar? Por quê?</p><p>b) Determine a conversão da reação quando CB 1,7 moI/L</p><p>c) Calcule o tempo necessário para se obter uma conversão de 75%</p><p>d) Qual é a conversão obtida após 3,5 min de reação?</p><p>26. Um reator batelada deverá ser projetado para processar a reação em fase líquida 2𝐴 → 𝐵 (k= 0,037 L</p><p>mol-1 min-1) com alimentação CA0 = 1 moI/L. As massas molares são: MA = 60 g/moI e MB = 120 g/moI e a</p><p>densidade média da mistura reacional vale 1,05 g/mL. Deseja-se obter uma produção anual de 2000</p><p>toneladas de B com um reator batelada capaz de atingir conversão X = 0,8. O tempo morto da operação</p><p>será de 25 min a cada batelada e o período de trabalho será de 15 h/dia. Determine o volume do reator que</p><p>será utilizado neste processo.</p><p>27. A reação 3𝐴 → 𝐵 é realizada em presença de inertes num reator de paredes móveis a 1 atm. Para</p><p>uma dada temperatura T, são atingidos 40% de conversão em 21,83 min. Quando se aumenta de 100 K a</p><p>temperatura, mantendo-se as demais condições constantes, a conversão de 90% é atingida em 7,43 min.</p><p>Determine a fração molar de inertes que foi usada neste estudo. Dado 𝑘 = 108𝑒𝑥𝑝 (−</p><p>7400</p><p>𝑇</p><p>)</p><p>𝑙 𝑚𝑜𝑙</p><p>𝑚𝑖𝑛</p><p>.</p>