Questões de Concurso sobre Cinética e Cálculo de Reatores

Seja uma reação elementar A → 𝐵 conduzida em dois reatores CSTR em série.

A velocidade específica é k=2,5 h^-1, a concentração inicial 8M, a vazão volumétrica 30 L h^-1 e a conversão global 0,9. Nessas condições, qual a conversão do primeiro reator que minimiza o volume total dos reatores?

Os reatores utilizados em processos bioquímicos podem ter configurações variadas. Com relação a esses reatores, assinale a alternativa INCORRETA:

Volume V (m³)

__________________________Tempo (horas)

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Acervo pessoal

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O volume de um reator $V$ tem variação linear conforme indica essa figura. A vazão afluente $Q_a$ é variável, e a vazão efluente vale $Q_e=2t$, sendo que o tempo $t$ é dado em horas.

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Levando em consideração que a densidade do fluido que circula pelo reator é constante, a vazão afluente $Q_a$ em $t=2$ h é

Enquanto um reator batelada é indicado para pequenas reações ou sistemas nos quais se exija um maior controle, o reator de mistura perfeita é aplicado em sistemas contínuos, como o encontrado em sistemas de tratamentos de efluentes ambientais e processos de fermentação.

Considerando os modelos de desvio de idealidade para reatores de tanque agitado e para reatores tubulares, é correto afirmar que

A energia de ativação em uma reação química contribui para a cinética e para a taxa da reação por meio da equação de arrhenius. Nesse equacionamento, parâmetros tais como catalise, tamanho de partícula e densidade são negligenciados.

Considerando que um reator para síntese de amônia (NH₃) é alimentado com H₂ e N₂ puros e em proporções estequiométricas, bem como que a fração de conversão de N₂ no equilíbrio é de 20%, assinale a alternativa CORRETA:

Um sistema cuja energia livre de Gibbs seja negativa é um sistema termodinamicamente espontâneo, porém nada se pode afirmar acerca da taxa de reação.

Considere o elemento combustível cilíndrico, de raio R1, de um reator experimental. Um revestimento, de raio R2, envolve o elemento.

Sabendo-se que a temperatura na interface combustível-revestimento é T1 e que a temperatura na interface revestimento-refrigerante é T2, o perfil de temperaturas no revestimento é

Um reator de batelada com volume constante $V$ está sendo projetado para operar com uma reação química de dois reagentes líquidos A e B. A reação no reator de batelada é: A + B → Produtos.

As concentrações das substâncias químicas A e B variam no tempo $t$ até encontrarem o equilíbrio. No tempo $t=0$, os dois reagentes são adicionados instantaneamente no reator e possuem concentrações iniciais $a_0$ e $b_0$, sendo $a_0>b_0$.

Assinale a alternativa que indica a concentração de equilíbrio para a componente $A$.

Com relação ao equacionamento e condução de um processo fermentativo, operado em sistema contínuo ideal, conforme mostrado na Figura 1, analise as afirmativas a seguir.

Figura 1: Sistema contínuo em um único estágio, sem reciclo de células. Fonte: Borzani, 2001

Onde F é a vazão volumétrica de alimentação de meio (L/h), X é a concentração de células (g/L), S é a concentração de substrato limitante (g/L) e P é a concentração de produto (g/L). O subscrito “o” indica as variáveis na corrente de alimentação do reator.

I. Considerando o volume do reator constante, o balanço material para o microrganismo pode ser escrito como $V\frac{dX}{dt}=F{X}_0-FX+V{\left(\frac{dX}{dt}\right)}_{crescimento}.$

II. Sendo μ a velocidade específica de crescimento, a velocidade global instantânea de crescimento pode ser escrita por ${\left(\frac{dX}{dt}\right)}_{crescimento}$ = 𝜇𝑋.

III. A “vazão específica de alimentação” ou “taxa de diluição” (D) pode ser equacionada como a razão entre a vazão volumétrica de alimentação e a vazão volumétrica de saída do reator.

IV. Considerando o estado estacionário, a velocidade específica de crescimento celular (μ) é igual à “vazão específica de alimentação” ou “taxa de diluição”, comumente expressa por D.

V. Em regime permanente, é possível controlar a velocidade específica de crescimento das células por meio da vazão de alimentação de meio no reator.

Estão CORRETAS:

Seja a reação em paralelo a seguir. Ela ocorre em um reator CSTR, com concentração inicial 2M. Qual a conversão aproximada que maximiza a concentração de saída do produto desejado D?

𝐴 → 𝑈₁𝑟_𝑈1 = 2𝐶_𝐴

𝐴 → 𝐷𝑟_𝐷 = 1,8𝐶_𝐴²

𝐴 → 𝑈₂𝑟_𝑈2 = 𝐶_𝐴³

Em um reator descontínuo ideal com volume de mistura constante, é realizada a seguinte reação química:

2 NOC𝓁 (g) → 2 NO (g) + C𝓁₂ (g)

O estudo cinético dessa reação indicou tratar-se de uma reação elementar com constante de velocidade igual a 0,020 L mol^-1 s^-1.

Nesse reator, para que a concentração de reagente caia de 0,100 para 0,040 mol L^-1, o tempo, em segundos, é igual a

Considere um reator tubular de fluxo empistonado com refluxo, no qual se dá uma reação com taxa de consumo do reatante dada por –r = kc, em que k é a constante cinética e c é a concentração do reatante. Assumindo que o meio reacional seja incompressível, e que o reator seja isotérmico, é correto afirmar que

A cinética química em um reator batelada é definida sempre considerando-se que os reagentes têm concentração sempre decrescente, enquanto no reator semibatelada alguns reagentes podem ter concentrações constantes ao longo do processo.

Uma reação química ocorrendo em um reator tipo reator pistonado (PRF) é modelada considerando-se elementos de volume e uma cinética de primeira ordem.

Um reator ideal tubular pistonado não isotérmico é usado para realizar uma reação homogênea endotérmica. A reação se inicia a T_R1 e se encerra a T_R2. O reator é encamisado por um tubo externo onde flui um fluido de aquecimento que entra aT_F2 e sai mais frio a T_F1. Sabe-se que a constante de velocidade da reação a T_R1 é k₁ e a T_R2 é k₂ e que $\frac{K_2}{K_1}=10$

Se a energia de ativação a T_R1 é E_R1 e assumindo que as constantes de velocidade obedecem à Equação de Arrenhius ( K = K₀ .$e^{{}^{\frac{E}{RT}}}$ ) e tem o mesmo k₀, a energia de ativação E_R2 a T_R2 será: Dados: R é a constante dos gases ideais

As aplicações do reator batelada podem ser diversas; um exemplo é o estudo envolvendo tratamento de águas residuais petroquímicas e o efeito das águas residuais fermentadas da produção de manteiga utilizada na remoção do fósforo, em reator batelada. A ordem de uma reação química é a relação matemática que existe entre a taxa de desenvolvimento ou a velocidade da reação e a concentração em quantidade de matéria dos reagentes. Uma reação química de ordem 1,5 foi realizada em um reator batelada de 50L, com 5kg de catalisador sólido, pelo tempo de batelada de 1,5 horas com 10kg de catalisador. Os dados experimentais foram de C_A0 = 0,5mol/L e C_A = 0,35mol/L.

Com base nesses dados, é correto afirmar que o tempo, em horas, necessário para que seja alcançada a conversão X_A = 0,9 é de

Em um reator mantido à temperatura constante, PCl₅(g) encontra-se em equilíbrio com 1 atm de Cl₂(g) e 2 atm de PCl₃(g). Sabendo-se que a constante de equilíbrio da reação de dissociação do PCl₅(g) nessa temperatura é k_p = 4, assinale a alternativa que apresenta a nova pressão de equilíbrio do PCl₅(g) (em atm) após adição de mais 2 atm desse gás ao reator.

Uma reação elementar, isotérmica e em fase líquida, 2A → B, é conduzida em um reator tanque-agitado contínuo (CSTR). A taxa de reação é dada por -r_A = 3C_A² . Sabendo-se que o reator deve ser alimentado a uma vazão molar de 9,0 mol/min e uma vazão volumétrica de 3 L/min, para atingir a conversão de 90%, o volume deste reator é: