Cálculo de Reatores: exercícios e questões de prova

Velocidades de reação e leis de velocidade, dimensionamento de reatores CSTR e de escoamento tubular (PFR), conversão e limites de equilíbrio.

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Pacote de revisão (PDF)Formulários, etapas dos métodos e exercícios com soluções completas, prontos para imprimir.

Tópicos desta disciplina

  1. Cinética químicaprimeira ordem · conversão e segunda ordem · Arrheniuscálculos
  2. Dimensionamento de reatores (CSTR e PFR)CSTR de primeira ordem · PFR de primeira ordem · conversão a partir do volumecálculos
  3. Equilíbrio químicoKc a partir das concentrações · Tabela ICE · tabela ICE com equação do segundo graucálculos
  4. Balanço de massamistura de duas correntes · mistura até uma meta · evaporadorcálculos

Dicas de prova para Cálculo de Reatores

  • Escreva a equação de projeto do tipo de reator antes de substituir a lei de velocidade.
  • Para a mesma conversão, um PFR precisa de menos volume que um CSTR em reações de ordem positiva.
  • Verifique se a conversão desejada está abaixo da conversão de equilíbrio.

Exemplos resolvidos

Cinética químicaFácil
t (min)C (mol/L)60 minC = ?

Uma reação de ordem zero A → produtos tem constante de velocidade de 0,01 mol/(L·min). A concentração inicial de A é 0,8 mol/L. Encontre a concentração CA após 60 min.

k = 0,01 mol/(L·min)CA0 = 0,8 mol/Lt = 60 min

Calcule CA (mol/L)

Mostrar dicas
  1. Ordem zero: a velocidade −dC/dt = k não depende da concentração.
  2. Integrando, obtém-se C = C₀ − kt (válida até A acabar).
  3. kt = 0,6 mol/L.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Lei integrada de ordem zero

CA = CA0 − kt = 0,8 − 0,01·60 = 0,2 mol/L

Resposta

CA = 0,2 mol/L
Dimensionamento de reatores (CSTR e PFR)Média
Q = 20 L/minCA0​ = 2,5 mol/LCA​ = ?V = 200 L, k = 0,25 min⁻¹

Uma reação de primeira ordem em fase líquida A → B (k = 0,25 min⁻¹) ocorre em um reator de escoamento tubular (PFR) de 200 L. A alimentação entra a 20 L/min com CA0 = 2,5 mol/L. A densidade é constante e o reator está em regime permanente. Encontre a concentração de saída CA.

V = 200 LQ = 20 L/mink = 0,25 min⁻¹CA0 = 2,5 mol/L

Calcule CA (mol/L)

Mostrar dicas
  1. Tempo espacial: τ = V/Q = 10 min.
  2. PFR, primeira ordem: CA = CA0·e^(−kτ).
  3. kτ = 2,5.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

Reatores ideais, reação de primeira ordem (−rA = k·CA) em regime permanente, com tempo espacial τ = V/Q. Um CSTR é perfeitamente misturado, então todo o volume reage na baixa concentração de saída: τ = X/(k·(1 − X)) e CA = CA0/(1 + k·τ). Em um PFR cada fatia de fluido reage como um pequeno reator em batelada: τ = ln(1/(1 − X))/k e CA = CA0·e−k·τ. Para a mesma conversão, um CSTR sempre precisa de mais volume que um PFR.

Tempo espacial

τ = V/Q = 200/20 = 10 min

Concentração de saída

CA = 2,5·e−0,25·10 = 0,2052 mol/L

Resposta

CA = 0,2052 mol/L

Conversão: X = 91,79%.

Como a prática funciona

  • “Praticar esta disciplina” mistura exercícios de todos os seus tópicos, como numa prova de verdade.
  • Cada exercício tem valores novos, então você aprende o método em vez de decorar uma resposta.
  • Travou? Abra primeiro uma dica pequena, e a explicação completa só quando precisar.
  • Os exames simulados são cronometrados e não têm dicas; no final você recebe sua nota e uma revisão completa.

Calculadoras para esta disciplina

Calculadora de volume de CSTR e PFR

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