Questões Militares Sobre cinética e cálculo de reatores em engenharia química e química industrial

Referente à Cinética de Reações e Reatores, é correto afirmar que: 

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

O catalizador é uma substância química que diminui a energia de ativação e aumenta a velocidade da reação. Ele não participa da reação química e não altera a composição química dos reagentes e produtos envolvidos. Um catalisador pode ser desativado. Os catalisadores sólidos geralmente sofrem desativação à medida que a reação avança.
A esse respeito, é correto afirmar que a desativação de um catalisador ocorre

Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma sobre cinética.
( ) A influência da difusão em uma reação catalítica sólido-fluido pode ser medida pelo quociente (-ra)_medida ÷ (-ra)_calculada, em que (-ra)_medida é a velocidade da reação obtida experimentalmente e (-ra)_calculada é a velocidade da reação calculada sem considerar a influência da difusão. ( ) Quando o catalisador sofre desativação em um reator de mistura, com o passar do tempo a concentração de reagente tende a aumentar até atingir a concentração inicial. ( ) Quando a difusão do fluido reagente nos poros do catalisador sólido é muito rápida, ela não precisa ser considerada nos cálculos cinéticos. ( ) Em um reator de leito fixo em estágios, a quantidade de catalisador em cada estágio é superior à do estágio anterior, para que o fluxo volumétrico de fluido reagente seja aumentado em cada estágio. ( ) A desativação do catalisador resulta em um aumento na concentração de reagente quando a reação ocorre em um reator batelada.
De acordo com as afirmações, a sequência correta é

Considere a reação de queima do etanol

C₂H₅OH_(l) + 3O_2(g) →2CO_2(g) + 3H₂O_(l) Δ_cH (298 K; 1 bar) = -1368,0 kJ.mol^-1

Se a combustão ocorre em recipiente exposto, à pressão atmosférica e as espécies gasosas se comportam idealmente, a variação de energia interna por mol de etanol oxidado é

A reação elementar de segunda ordem, em fase líquida

2A → B

é conduzida isotermicamente, à 40° C, em um reator batelada de 100 dm³ . A constante de velocidade, na temperatura de operação do reator, é igual a 0,2 dm³ .mol^-1.min^-1. Cinquenta mols do reagente A são adicionados puros ao reator no início do processo.

O tempo necessário, em minutos, para que 50% de A seja consumido é igual a

O ácido acético pode ser produzido por meio da hidrólise do anidrido acético em fase líquida, conforme a seguinte reação.

(CH₃CO)₂O + H₂O ⟶ 2 CH₃COOH

A reação deve ser conduzida isotermicamente em um CSTR, em regime estacionário, com uma vazão volumétrica de alimentação igual a 5,0 cm³ .s^-1. Sabendo-se que a reação segue uma lei de velocidade de primeira ordem em relação ao anidrido acético, com uma constante de velocidade específica igual a 2x10^-3 s^-1, na temperatura da reação, e que as concentrações dos reagentes na corrente de alimentação são iguais a 51,2 mol.L^-1 para a água e 1,0 mol.L^-1 para o anidrido acético, o volume do reator necessário para se atingir 80% de conversão deve ser igual a

A combustão do butano é dada pela seguinte reação.

É correto afirmar que, para uma velocidade de consumo de C₄ H₁₀ igual a 2,0 mol.dm⁻³.s⁻¹, as velocidades de consumo de O₂ e de formação de CO₂ e H₂O (r_H2O), são iguais, respectivamente, a

O ácido sulfúrico pode ser produzido a partir de diversas fontes de enxofre. Uma dessas fontes é o mineral pirita (FeS₂ ) que passa por um processo conhecido como ustulação. A ustulação consiste em aquecer o mineral sulfetado a altas temperaturas, na presença de oxigênio, o que leva à produção de dióxido de enxofre (SO₂ ). O dióxido de enxofre é então oxidado a trióxido de enxofre (SO₃ ), na presença de catalisador, o qual é absorvido em água para a produção de ácido sulfúrico.

O óxido metálico obtido segue para as rotas seguintes de tratamento. Para a pirita, a etapa de ustulação até a de produção de ácido sulfúrico pode ser representada pelas seguintes equações químicas.

Dados: FeS₂ = 120g/mol; Fe₂ O₃ = 160g/mol; O₂ = 32g/mol; SO₂ = 64g/mol; SO₃ =80g/mol; H₂O = 18g/mol; H₂SO₄ = 98g/mol

Dado que o mineral pirita é composto por 47% de ferro e 53% de enxofre, em massa, uma empresa que produz 20.000 toneladas por mês de ácido sulfúrico, utilizando um material composto por 70% de pirita e 30% de impurezas. Por mês, a quantidade, em toneladas, de pirita impura consumida pela empresa

Em um reator foram colocados 50mol de uma substância A e 50mol de uma substância B. Essas substâncias reagem segundo as equações.

A + B ⇄ C

A + C ⇄ D

Quando o sistema atinge o equilíbrio, as frações molares de A e B são 0,05 e 0,10, respectivamente. Já as frações de C e D são:

Catalisadores são substâncias que diminuem a energia de ativação de uma dada reação, sem alterar quais são os produtos formados ou a estequimetria da reação. Imagine que você esteja produzindo N₂ e H₂ a partir da decomposição da amônia.

A energia de ativação para essa reação é igual a 150kJ/mol, em um meio homogêneo, na ausência de um catalisador, e cai para 87kJ/mol na presença de um catalisador sólido específico.

Considere as seguintes afirmações sobre a decomposição da amônia.

I. A velocidade da reação na superfície do catalisador depende da área superficial do catalisador.

II. As constantes de velocidade para os dois casos (sem e com catalisador) são iguais.

III. A velocidade no meio homogêneo é igual a da mesma reação no meio heterogêneo.

Está correto o que se afirma em:

O dono de uma empresa verificou que aumentaria muito seus lucros caso passasse a produzir uma de suas matérias-primas, ao invés de comprá-la, apesar do investimento inicial necessário. Essa matéria-prima é produzida a partir da decomposição de uma dada substância A. Ele desejava conseguir uma conversão de 85% utilizando até três reatores, com o menor volume total possível. Primeiramente, ele pediu a um de seus funcionários que estudasse como a velocidade da reação se correlacionava com a conversão do reagente A.

O funcionário apresentou a tabela a seguir, em que a variação do número de moles do reagente A (dN_A/dt) está expressa em mol/s.

A partir desses dados, foi possível desenhar o gráfico a seguir

Fonte: Arquivo da Banca Elaboradora.

Assim, o dono da empresa verificou que, para atender suas condições, o ideal seria utilizar um

O gráfico a seguir representa a variação de concentração das espécies A, B e C com o tempo:

Mediante a reação representada pelo gráfico, marque a alternativa que representa corretamente a equação química.

Em uma reação hipotética do tipo 2A (g) + B₂ (g) → C (g) as espécies químicas são colocadas a reagir, mantendo-se a temperatura constante. Marque a alternativa em que a velocidade da reação é expressa corretamente.

Um catalisador é uma substância que faz variar a velocidade de uma reação química sem que ele próprio sofra uma variação química permanente no processo. Os catalisadores são bem comuns, muitas reações na indústria química ocorrem com a ajuda de catalisadores.

Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma abaixo sobre a Catálise Homogênea.

( ) Os catalisadores podem agir aumentando a velocidade de reação, mas não alteram o número de colisões efetivas.

( ) Os átomos de cloro são catalisadores para a destruição do ozônio.

( ) Na ausência do catalisador, as reações ocorrem de maneira extremamente lenta.

A alternativa que apresenta a sequência correta é

Os confinamentos nos quais ocorrem reações químicas são chamados reatores. Existem vários tipos de reatores químicos e várias maneiras de classificá-los.

Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma abaixo sobre Reatores.

( ) O reator em batelada é um tipo de vaso largamente usado em processos industriais. As vantagens de um reator de batelada residem em sua versatilidade.

( ) Reator perfeitamente agitado (RPA) é um tipo de reator ideal comum em engenharia química. Frequentemente refere-se a um modelo usado para estimar as variáveis principais de uma operação unitária.

( ) Reator de fluxo em pistão (PFR) é usado para descrever reações químicas em sistemas de fluxo contínuo.

( ) A manutenção de reatores RPA é mais cara do que a manutenção dos reatores RFP.

( ) Reatores de fluxo em pistão têm uma conversão por unidade de volume baixa, mas operam por longos períodos de tempo sem manutenção.

A alternativa que apresenta a sequência correta é

As figuras abaixo se referem a impulsores de fluxo axial com os estabilizadores de direção de fluxo na ponta. Relacione as figuras às suas respectivas características e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.  

(Foust, A.S et al., 2006)

( ) impulsor de fluxo axial. 

( ) impulsor de turbina de aspas planas.  

( ) impulsor de fluxo axial para uso em tubos de aspiração.  

( ) impulsor helicoidal.  

( ) impulsor do tipo âncora.  

                                                                                            

Preencha as lacunas e, em seguida, assinale a alternativa correta.

O calor padrão da reação CaC₂(s) + 5H₂O(l) → CaO(s) + 2CO₂(g) + 5H₂(g) é de = +69,36 kJ/mol

A reação é ________________ a 25ºC. O reator deverá ser ________________ para manter a temperatura constante. A energia necessária para quebrar as ligações dos reagentes é ________________ que a energia liberada quando as ligações dos produtos são formados.

Em sistemas envolvendo reações paralelas, um importante parâmetro é a seletividade (se), definida como a razão entre as taxas de geração dos produtos de interesse (I) e dos secundários (S).

Considere o caso em que a taxa de produção de I é dada por e a de S por , onde:

• C_r é a concentração do reagente;

• K_I e K_s são as velocidades específicas de reação para I e S, respectivamente;

•  e γ são dois números inteiros e positivos.

Para uma temperatura constante, pode-se afirmar que a seletividade: