Primeira Parte Reação Reversivel Exotérmica de Primeira Ordem ( H = -18.000 cal/mol) Os exercícios a seguir são para uma reação exotérmica reversível de primeira ordem e devem ser resolvidos com o auxílio do gráfico de temperatura versus conversão com curvas de velocidade de reação que segue como Anexo A desta série de exercício. 1 (P4 1997) - Determinada fábrica utiliza em seu parque industrial um reator tubular que opera a reação reversível A R ( H= -18.000 cal/mol), que em função de seus dados termodinâmicos pode ser estudada graficamente. Sabe-se que neste reator obtém-se uma conversão de 40% de acordo com a progressão ótima de temperatura a partir de uma temperatura de trabalho inicial de 60ºC. A fábrica deseja aumentar a sua produção e com tal finalidade possui um reator de mistura disponível que será acoplado a saída do reator tubular. Com o reator de mistura nas melhores condições possíveis de velocidade de reação e temperatura a conversão aumenta para 90%. Sabe-se ainda que a capacidade calorífica global do meio reacional é de cerca de 200 cal/mol A.ºC e que a alimentação e a descarga final do processo industrial devem estar a 25ºC. A - Faça um desenho de toda a instalação, mostrando todas as temperaturas e indicando em que pontos da instalação devem ser colocados trocadores de calor. B - Desenhe as linhas da evolução da Temperatura no diagrama abaixo 2 (P2 2004) - Em uma planta industrial com um reator de mistura, o reagente é introduzido a 25ºC, e a faixa permissível de operação deste reator situa-se entre 5 e 95 ºC. A concentração molar igual é de 0,5 moles/l e Cp = 250 cal/mol K. Os produtos após a reação são resfriados para a temperatura de 25 ºC e velocidade molar de alimentação é de 1.000 moles/min. A) Determine o tempo espacial, deste reator para 80% de conversão. (τ = 8 min) B) Faça um croqui do reator e mostre a localização dos trocadores de calor e determine a troca de calor necessária em cada um deles 3 (P2 2005) - Uma reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R ) é testada em reatores contínuos nas melhores condições possíveis de velocidade de reação a partir das seguintes condições globais de operação: Dado Valor (unidade) Capacidade calorífica média da mistura Cp 250 cal/molºc Velocidade molar de alimentação do reagente A F Ao 100 moles/min Temperatura máxima permissível T 100 o C Concentração Molar Inicial C Ao 5 moles/litro. DETERMINAR: A - Qual o volume de um reator tubular para uma conversão de 70%? (V = 18,4L) B - Se um reator de mistura adiabático for acoplado a esse reator, qual será o seu volume para ter uma conversão de 80%. Quais serão as temperaturas de entrada e saída desse segundo reator? C Qual a conversão de saída para um único reator tubular cujo volume seja o dobro do volume calculado no item A? (X A = 0,81) 4 - (P2 2006) - A reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R) deve ocorrer em um reator até uma conversão máxima de 80 % conforme a curva de progressão ótima de temperatura. Para esta condição de reação, deseja-se saber: A) Qual o volume de um reator tubular? (V = 105,5l) B) Qual a temperatura de entrada e de saída deste reator? C) Quais as conversões parciais no reator tubular para 20%, 40%, 60% e 80% do volume total encontrado? Esboce uma curva do comprimento do reator versus a conversão. Dados: T máxima = 60 o C; C Ao = 1,20 M e F Ao = 50 moles/min 1
5 Utilizando a curva de progressão ótima de temperatura para uma reação exotérmica reversível ( H = -18.000 cal/mol) : A Calcular o tempo espacial necessário para uma conversão de 80% (τ = 96 seg) B Plotar um gráfico com o perfil da temperatura e Conversão ao longo do comprimento do reator Admitir C Ao = 1M e Temperatura máxima permissível = 95 o C 6 (Exame 2002) - A reação reversível exotérmica de primeira ordem ( A R ) deve ocorrer em um conjunto de três reatores de mistura operando em série conforme o esquema abaixo. Este conjunto de reatores possui as seguintes condições globais de operação: Capacidade calorífica média da mistura: Cp = 250 cal/mol ºC Velocidade molar de alimentação dói reagente A = 2.000 moles/min Temperatura máxima permissível: 80ºC Concentração Molar Inicial: = 4 moles/litro. As condições de operação especificas de cada reator são as seguintes: Primeiro reator opera isotermicamente a temperatura máxima permissível até que a sua conversão seja de 30%. Segundo reator opera segundo a progressão ótima de temperatura, até que a sua conversão atinja 60%. Terceiro reator opera adiabaticamente até que a sua conversão atinja 80%. Determinar: A) O volume de cada um dos reatores; B) As temperaturas de entrada e de saída em cada um dos reatores R: A) V 1 = 125 L / V 2 = 375 L / V 3 = 1000 L B) T 1 = 80ºC / T 2 = 80ºC / T 3 = 80ºC / T 4 = 76ºC / T 5 = 48,6ºC / T 6 = 63ºC 7 (P2-1997) - A reação exotérmica de primeira ordem A R é realizada em um conjunto de reatores de mistura de acordo com o seguinte esquema: 2
Condições de Operação Reator Evolução de Temperatura X A 1 Adiabático 15 2 Isotérmicamente na T de saída do reator 1 25 3 Progressão ótima de Temperatura 50 4 Progressão ótima de Temperatura 80 Determine: A) as temperaturas de entrada e saída (T 1 a T 8 ) em cada um dos reatores; B) o volume de cada um dos reatores (em litros); C) o fluxo de calor envolvido em cada um dos reatores (cal/mol). Dados: 1) Cp = 170 cal/mol ºC. 2) Velocidade molar de A puro = 40 moles/min. 3) Temperatura máxima permissível = 100 ºC. 4) Concentração molar inicial de A = 0,30 moles/litro. R) A) T 1 = 84ºC / T 2 = 100ºC / T 3 = 100ºC / T 4 = 100ºC / T 5 = 95ºC T 6 = 79 ºC / T 7 = 79 ºC e T 8 = 61 ºC B) V 1 = 6,7L / V 2 = 7,4L / V 3 = 55,5L / V 4 = 408L C) Q 12 = 0 / Q 23 = 0 / Q 34 = - 1800cal/mol / Q 45 = - 850cal/mol Q 56 = - 7220 cal/mol / Q 67 = 0 / Q 78 = - 8460 cal/mol 8 (P2-2004) - Para a reação reversível de primeira ordem (A R), tem-se os seguintes dados: Cp = 200 cal/mol ºC, C A0 = 1,2 moles/litro, F A0 = 240 moles de A/min, T permissível = 80 ºC e T de entrada dos reagentes = 25 ºC e T saída dos produtos = 25 ºC Determinar: A) O volume de um reator tubular para uma conversão de 80% conforme a progressão ótima de temperatura; (V = 348,3L) B) A troca de calor envolvida na corrente de alimentação, no reator e na corrente que deixa o reator tubular acima; (V = 1.600L) C) O volume de um reator de mistura necessário para alcançar uma conversão de 80%; D) A troca de calor envolvida na corrente de alimentação, no reator e na corrente que deixa o reator de mistura acima. 9 (Exame 2002) - A reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R) é testada em reatores contínuos a partir das seguintes condições globais de operação: Capacidade calorífica média da mistura: Cp = 250 cal/mol ºC Velocidade molar de alimentação do reagente A = 100 moles/min Temperatura máxima permissível: 90ºC Concentração Molar Inicial: = 5 moles/litro. Para estas condições de alimentação, determinar o que segue. A - Qual o volume do reator tubular para uma conversão de 70%; B - Quais as trocas de calor na alimentação, no reator e no fluxo que deixa o reator (considere que a alimentação e o produto devem estar a 25 ºC) C) Se um reator de mistura adiabático for acoplado a esse reator, qual será o seu volume para ter uma conversão de 80%. Quais serão as temperaturas de entrada e saída desse 2º reator. R: A) V = 18,8 L B) Q 1 = 1.625 Kcal/min / Q 2 = - 1.725 Kcal/min / Q 3 = - 1.100 Kcal/min C) V = 20 L / T E = 54,8 ºC / T S = 62 ºC 3
10 (P2 2006) - A reação reversível exotérmica de primeira ordem ( A R ) deve ocorrer em dois reatores de mistura até que a conversão final do processo atinja 70%, operando ambos os reatores sempre na melhor condição de velocidade e temperatura permitidas para esta reação a partir de uma temperatura máxima permissível de 95 o C A Qual deve ser o volume de cada um dos 2 reatores a fim de minimizar o volume total? B Qual a temperatura de operação de cada um destes reatores? C Faça um croqui demonstrando de forma simplificada os reatores e os trocadores de calor que devem ser instalados nesta planta, adotando-se que a temperatura inicial da alimentação e da retirada final dos produtos deva ser de 25 o C. Calcule as taxas de transferência de calor de cada uma das etapas. Dados : C p = 250 cal/mol. o C F Ao = 120 moles/min C Ao = 1,8 moles/l Resposta: A) V 1 = 43,2L; V 2 = 71,4L 11 (P2 2003) - A reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R com H = -18.000 cal/mol) é realizada na seguinte instalação industrial: As condições de operação destes reatores são as seguintes: Reator Tipo de Reator Perfil de Temperatura Conversão Obtida 1 CSTR Isotermicamente na temperatura máxima permissível 40%; 2 PFR Progressão ótima de temperatura 60% 3 CSTR Adiabaticamente 80% Dados: C A0 = 3 moles/litro Velocidade Molar = 200 moles/minuto; Cp = 400 cal/mol A ºC. T máxima permissível = 80 o C Determine: A) As temperaturas T 1 a T 6 T 1 ( o C) T 2 ( o C) T 3 ( o C) T 4 ( o C) T 5 ( o C) T 6 ( o C) B) O volume de cada um dos reatores V 1 (L) V 2 (L) V 3 (L) C) Se o volume do reator tubular dobrar, qual será a nova conversão a ser obtida nele? (X A = 0,70) D) E no reator de mistura subseqüente, mantido o seu volume constante, conforme já calculado, qual será a nova conversão a ser obtida nesta nova situação? (R: X A = 0,645) 12 (Exame 2001) - Uma instalação industrial opera uma reação exotérmica reversível de primeira ordem (A R com H = -18.000 cal/mol) com uma temperatura máxima permissível de 70 o C. A corrente de alimentação possui uma concentração molar de 1,2 M e uma velocidade molar de 150 moles/min. Sua fábrica dispõe de 2 reatores sendo um deles um reator tanque com agitação contínua de 800 L 4
e o outro um reator tubular de 180 L. Toda a sua linha de produção será montada em função destes dois reatores dispostos em série, sendo que o reagente inicialmente e os produtos e reagentes não convertidos ao final do processo devam estar a Temperatura Ambiente (25 o C). Você deverá testar 2 esquemas diferentes destes reatores operando em série : A) com o reator de mistura primeiro e o reator tubular em seguida. B) com o reator tubular primeiro e o reator de mistura em seguida. Uma representação esquemática do funcionamento destes reatores é mostrado abaixo : T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Para cada uma das situações acima propostas, calcular: A) As conversões de entrada e de saída de cada um dos reatores; B) As temperaturas (T 1 a T 6 ) C) Os fluxos de calor (Kcal/min) Dados: Cp = 200 cal/mol. o C O reator de mistura, em qualquer dos dois casos, opera isotermicamente. O reator tubular, em qualquer dos dois casos, opera na curva de progressão ótima de Temperatura. Respostas (algumas): X A2 T 3 ( o C) T 5 ( o C) Q 23 Q 34 Q 45 Q 56 i 0,88 64 57-2.106-480 ii 0,90 67 55-360 -900 13 A reação reversível de primeira ordem exotérmica ( H = -18.000 cal/mol) é realizada a partir de C Ao = 4m e Cp = 250 cal/mol.k. Determinar o volume de um reator tubular: A) para uma conversão de 90% conforme a curva de progressão ótima de temperatura. (V 9,4L) B) que opere adiabaticamente nesta conversão de 90%. (V 57L) Dados: T máxima permissível = 95 o C e F Ao = 10 moles/min 14 (P2 2001) A reação reversível exotérmica de primeira ordem (A R a com H = -18.000 cal/mol) deve ocorrer em um reator de mistura até uma conversão máxima de 80% na curva de progressão ótima de temperatura. A) Qual o volume deste reator? Quais as temperaturas de entrada e saída desse reator? B) Um segundo reator de mistura com o volume igual ao primeiro é colocado em série. Qual a conversão de saída deste segundo reator? (X A = 0,93) C) Se um reator tubular de volume igual ao reator de mistura encontrado for utilizado, qual a conversão deste reator tubular? (X A = 0,96) Dados : T máxima = 85 o C, F Ao = 120 moles/h, C Ao = 0,5 mol/l 15 (P2 2001) - Uma instalação industrial opera uma reação exotérmica reversível de primeira ordem (A R a com H = -18.000 cal/mol) com uma temperatura máxima permissível de 80 C. A corrente de alimentação possui 100 moles por minuto e C Ao = 0,5 mol/l. Sua fábrica possui disponível dois reatores, sendo um deles um reator tubular de 250 L e o outro um reator tanque com agitação contínua de 400 L.. Você dispõe, em princípio de três diferentes arranjos para se expor esses reatores: i) operar em série, com o reator tubular primeiro e com o reator de mistura em seguida. ii) operar em série, com o reator de mistura primeiro e com o reator tubular em seguida. iii) operar ambos os reatores em paralelos com a vazão dividida pela metade entre os reatores. A) Operando sempre na melhor condição de temperatura possível, respeitada a temperatura máxima permissível, qual dos três arranjos conduz a melhor conversão final? B) É possível com a variação da vazão no esquema dos dois reatores em paralelo, otimizar ainda mais a conversão final encontrada acima? Como? Qual será a esta nova conversão final? 5
Segunda Parte Reação Reversivel Endotérmica de Primeira Ordem ( H = 25.350 cal/mol) Os exercícios a seguir são para a reação a reação endotérmica de primeira ordem reversível e devem ser resolvidos com o auxílio do gráfico de temperatura versus conversão com curvas de velocidade de reação que segue como Anexo B desta série de exercicio. 1 (P2 2004) - Para a reação endotérmica reversível (A R), sabendo-se que a temperatura máxima permissível de operação é 55ºC e que a alimentação sempre opera com uma vazão molar de 4 moles/min, determine o volume de um reator: A) de mistura para uma conversão de 50% de uma alimentação com C A0 = 2,4 M e a uma temperatura de 55ºC. B) de mistura para uma conversão de 80% de uma alimentação onde C A0 = 4,8 M e a uma temperatura de 50ºC. C) tubular para uma conversão de 50% de uma alimentação onde C A0 = 1,2 M e que opera isotermicamente a uma temperatura de 45ºC. D) tubular para uma conversão de 80% de uma alimentação onde C A0 = 3 M e que opera isotermicamente a uma temperatura de 40ºC R: A) V = 23,8 ml B) V = 95,2 L C) V = 214 ml D) V = 579 ml 2 (P2-2006) Uma reação endotérmica reversível de primeira ordem, do tipo A R, cujo gráfico cinético de conversão versus temperatura é apresentado em anexo, é realizada a partir das seguintes condições de alimentação: Concentração Molar Inicial = C A0 = 5 moles/litro e Velocidade Molar Inicial = F A0 = 200 mol/min Sabe-se que esta reação possui um Cp = 600 cal/mol K e que a temperatura máxima permissível que pode ser utilizada é de 50 ºC. Se utilizarmos um reator tubular, determine: A) O volume necessário para uma conversão de 70%. B) As trocas de calor na corrente de alimentação, no reator e na corrente de saída, admitindo que a alimentação e o produto devem estar a 25 ºC. Se utilizarmos um reator de mistura, determine: C) O volume necessário para uma conversão de 70%. D) As trocas de calor na corrente de alimentação, no reator e na corrente de saída, admitindo que a alimentação e o produto devem estar a 25 ºC 3 - (P2 2006) - A reação reversível endotérmica de primeira ordem A R (gráfico cinético de conversão versus temperatura em anexo) onde Cp é de 800 cal/molºc e onde a temperatura máxima permissível é de 55ºC é realizada em um reator de mistura. Para uma velocidade molar de 200 moles/min e uma concentração molar inicial de 2 M, determinar: A) As temperaturas de entrada e de saída, o volume do reator e a quantidade de calor trocada se a operação ocorrer de acordo com a progressão ótima de temperatura até uma conversão de 50%. B) As temperaturas de entrada e de saída, o volume do reator e a quantidade de calor trocada se a operação ocorrer adiabaticamente até uma conversão de 50%. Caso seja colocado na saída do reator de mistura adiabático um segundo reator de mistura em série com o objetivo de se atingir uma conversão final de 80%, determinar: C) As temperaturas de entrada e de saída, o volume deste reator e a quantidade de calor trocada se a operação neste segundo reator ocorrer na máxima velocidade para se obter o menor volume. 6
4 (P2 2004) - Para a reação endotérmica reversível de primeira ordem com Cp = 1000 cal/molºc, analisar as questões abaixo propostas e resolvê-las: A) Utilizando um reator tubular com C A = 0,5 moles/l e F Ao = 400 moles/min, qual deverá ser o volume do reator para se obter uma conversão de 70 %? B) Considerando que a alimentação e o produto devem estar a 25ºC, quais serão as trocas de calor na alimentação, no reator e no fluxo que deixa o reator? C) Se a operação fosse realizada adiabaticamente, qual seria a conversão máxima a ser obtida? Explique como você chega a esta conclusão D) Se o reator tubular encontrado no item A, fosse utilizado adiabaticamente, qual seria a conversão do mesmo? OBS: A temperatura máxima permissível é 40ºC R: A) V = 257,6 L B) Q A = 6.000 Kcal/min Q B = 7098 Kcal/min Q C = - 6.000 Kcal/min C) X A = 0,79 D) X A = 0,29 5 (P2 2005) - Uma determinada reação reversível endotérmica de primeira ordem (gráfico em anexo) é realizada em um reator de mistura a partir da seguinte condição de alimentação: 30 moles de reagente por minuto a uma concentração molar de 2,2 mol/l. Para esta reação a temperatura máxima permissível a ser utilizada deve ser de 40ºC. Dado: Cp = 600 cal/mol K Para uma conversão desejada de 50% neste reator de mistura utilizado, CALCULAR a temperatura de entrada, a temperatura de saída, o volume do reator, a quantidade de calor trocada no reator: A) se a operação ocorrer de acordo com a progressão ótima de temperatura B) se a operação ocorrer adiabaticamente Deseja-se instalar na saída do reator de mistura, um reator tubular para operar em série isotermicamente na temperatura de saída do reator de mistura até uma conversão de 60%. C) qual o volume deste reator operando na temperatura de saída referente à curva de progressão ótima de temperatura (item A); D) qual o volume deste reator operando na temperatura de saída referente à operação adiabática (item B). R: A) T e = 40 o C T s = 40 o C; V = 3,41 L; Q = 380,25 Kcal/min B) T e = 40 o C; T s = 18,87 o C; V = 757 L; Q = 380,25 Kcal/min C) V = 0,816 L; D) V = 230,1 L 6 (P1-2001) - A reação reversível de primeira ordem endotérmica (A R com H = 25.350 cal/mol) é conhecida e o seu gráfico de conversão versus Temperatura já foi determinado e encontra-se em anexo. Admitindo-se que uma solução de Cp = 800 cal/mol. o C com uma velocidade molar de 120 moles/hora e uma concentração inicial de 4 moles/l é introduzida em um reator de mistura, operando na temperatura máxima permissível de 55 C, determinar A) as temperaturas de entrada e de saída, o volume do reator e a quantidade de calor trocada se a operação ocorrer de acordo com a progressão ótima de temperatura até uma conversão de 65% B) as temperaturas de entrada e de saída, o volume do reator e a quantidade de calor trocada se a operação ocorrer adiabaticamente até uma conversão de 65% C) considerando-se que um segundo reator de mistura possa ser colocado em série na saída do reator que mistura adiabático, e que este reator atingirá uma conversão final de 80% trabalhando na melhor condição de velocidade possível, determine as temperaturas de entrada e de saída, o volume desse reator e a quantidade de calor trocada para a estas condições agora apresentadas.. R: A) T e = 55 ºC T s = 55 ºC V = 0,0108 L Q = 32,96 Kcal/min B) T e = 55 ºC T s = 34,4ºC V = 1,015 L Q = 0 C) T 1 = 55 ºC T 2 = 34,4ºC T 3 = 34,4ºC ou 55 o C T 4 = 55ºC Q = 40,56 Kcal/min (se T 3 = 34,4ºC) ou Q = 7,61 Kcal/min (se T 3 = 55ºC) V = 0,00375 L 7
7 - (P2 2002) - A reação reversível endotérmica de primeira ordem A R ( H = 25350 cal/mol) ocorre na instalação industrial a partir de uma corrente de alimentação com concentração de 4 moles/litro e uma velocidade de 200 moles/minuto; conforme mostrado a seguir: As condições de operação para cada reator são as seguintes : Reator Forma de Operação X A A isotermicamente na temperatura máxima permissível 30% B Progressão ótima de temperatura 50% C Adiabaticamente 70% Considere Cp = 400 cal/mol A ºC e Temperatura máxima permissível = 30 o C. Determine: A) As temperaturas T 1 a T 6 ; B) O volume de cada um dos reatores; C) Indique no desenho da instalação os pontos em que devem ser instalados trocadores de calor e calcule todas as trocas de calor necessárias em cada um destes pontos. R: A) T 1 = 30 ºC / T 2 = 30 ºC / T 3 = 30 ºC / T 4 = 30 ºC / T 5 = 30 ºC / T 6 = 17,3 ºC B) V A = 60 L / V B = 46,2 L / V c = 10.000 L 8 (P2 2000) Uma instalação industrial opera uma reação endotérmica reversível de primeira ordem ( A R com H = 25.350 cal/mol) com uma temperatura máxima permissível de 50 o C. A corrente de alimentação opera com 100 moles de A/min e C Ao = 1,2 moles/l. A ) Um reator de mistura de 200 L é instalado para funcionar adiabaticamente. Qual a conversão neste reator? Quais as temperaturas de entrada e de saída deste reator? B ) Deseja-se aumentar a conversão final do processo e para tal dispõe-se de um reator tubular de 5 L que é acoplado na saída do reator de mistura. Este reator deverá operar com a progressão ótima de temperatura. Qual a conversão neste reator? Quais as temperaturas de entrada e de saída deste reator? Dado : C p = 1200 cal/mol. o C R) A) X A = 0,72 ; Te = 50ºC e Ts = 53ºC B) X A = 0,96 ; Te = Ts = 50ºC 9 (Exame 2002) - Uma instalação industrial opera uma reação endotérmica reversível de primeira ordem (A R com H = 25.350 cal/mol) com uma temperatura máxima permissível de 50 o C. A corrente de alimentação opera com 50 moles de A/min e C Ao = 1,35 moles/l. A ) Um reator de mistura de 5 L é instalado para funcionar adiabaticamente. Qual a conversão neste reator? Quais as temperaturas de entrada e de saída deste reator? B ) Deseja-se aumentar a conversão final do processo e para tal dispõe-se de um reator tubular de 10 L que é acoplado na saída do reator de mistura. Este reator deverá operar com a progressão ótima de temperatura. Qual a conversão neste reator? Quais as temperaturas de entrada e de saída deste reator? Dado : C p = 1200 cal/mol. o C R: B X A = 0,995 e Te=Ts = 50 o C 8
10 (P2 2003) - A reação reversível endotérmica de primeira ordem deve ocorrer em um reator de mistura até uma conversão máxima de 50% na curva de progressão ótima de temperatura. A) Qual o volume deste reator? Quais as temperaturas de entrada e saída desse reator? B) Um segundo reator de mistura com o volume igual ao primeiro é colocado em série. Qual a conversão de saída deste segundo reator? C) Se um reator tubular com a mesma capacidade do reator de mistura for utilizado em série, qual a conversão neste reator tubular? Dados : A R com H = 25.350 cal/mol T máxima = 40 o C F Ao = 120 moles/h C Ao = 0,5 mol/l R: C) X A2 = 0,80 9
Terceira Parte Exercícios Complementares 1 - (P2 1997) - A reação química CO (g) + H 2 0 (g) CO 2(g) + H 2(g) é exotérmica e libera cerca de 10.000 cal por mol de reação. Esta reação é feita em um reator tubular a 200 o C e a conversão atingida ao final da reação é de 48,5 %. Para que a reação química seja realizada dispõe-se de uma alimentação constituída de uma mistura equimolar dos reagentes com uma velocidade de 200 moles/min e a uma temperatura de 120 o C. Deseja-se saber : A - Qual o fluxo de calor (Q 2 ) necessário para manter a reação isotérmica? B - Qual o fluxo de calor (Q 1 ) necessário para aquecer a alimentação disponível de 120 o C a 200 o C? C - Qual o fluxo de calor (Q 3 ) necessário para resfriar a mistura de saída do reator de 200 o C para 25 o C? Considere que não ocorre a condensação da água. Dados : Capacidade calorífica média (cal/mol. o C) CO (g) H 2 0 (g) CO 2(g) H 2(g) Cp (cal/mol o C) 6,5 7,3 6,9 6,4 Obs: É necessário calcular a capacidade calorífica média da mistura na entrada do reator para o cálculo de Q 1 e da mistura na saída do reator para o cálculo de Q 3 2 (P2 2000) A obtenção de um produto R, formado a partir da reação exotérmica reversível de primeira ordem ( A R ) foi realizada em uma planta industrial que possuía dois reatores de mistura de mesma capacidade em série. Toda a planta industrial, inclusive os dois reatores operam a temperatura ambiente e constante (T = 25 o C). A produção obtida foi de 52,50 moles de R por minuto e a conversão final do processo foi de 70% na saída do segundo reator. Qual é o volume destes reatores? Dados : C Ao = 3,2 moles/l k 1 = 2,95x10 7 e -11600/RT (min) -1 e k 2 = 1,57x10 18 e -29600/RT (min) -1 Entretanto, o seu chefe vive lhe dizendo que não se conforma com os resultados obtidos nesta planta industrial, pois o seu concorrente consegue atingir uma conversão maior e uma produção maior, o que diminui o custo final do produto obtido. Você como profissional dedicado enxerga nesta planta industrial a oportunidade de crescer dentro da Empresa e se dedica com afinco a estudar o assunto. Inicialmente, você estuda a reação química e conclui que é possível realizá-la até 45 o C, sem nenhuma formação de produtos laterais indesejáveis ou decomposição dos reagentes. Além disto, você descobre que existe uma carta cinética com os dados de Temperatura relacionados com a conversão e a velocidade da reação. Quais propostas você faria para melhorar o rendimento desta planta industrial operando com os mesmos dois reatores? Escreva detalhadamente as suas propostas e prove numericamente a sua viabilidade, calculando de quanto será a nova produção e/ou a conversão e como você chegou a estas conclusões. Observação : A - Considere a velocidade molar de alimentação e a concentração molar dos reagentes como constante. B - Despreze o eventual custo financeiro oriundo da necessidade do aquecimento desta planta? R: A) X A = 0,453 B) X A1 = 0,72 e X A2 = 0,92 10