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

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Q2550343 Engenharia Química e Química Industrial
Na cinética química, a energia mínima necessária para que a formação do complexo ativado e, assim, a efetiva realização da reação é denominada de energia:
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Q2550341 Engenharia Química e Química Industrial
Jorge todo dia toma seu comprimido de vitamina C, que é dissolvido na água. Jorge apenas ingere o comprimido quando ele é totalmente dissolvido. Certo dia, ele percebeu que dividir o comprimido pela metade antes de colocá-lo na água fez com que ele se dissolvesse mais rápido do que quando colocado inteiro. Nesse contexto, o fator que influenciou a velocidade da reação foi:
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Q2485449 Engenharia Química e Química Industrial
A importância do projeto de reatores está ligada à cinética química, e os reatores são o ponto central de quase todos os produtos químicos industriais. Sobre os tipos e particularidades dos reatores, analise as assertivas abaixo:
I. Os reatores podem ser classificados de acordo com o tipo de reação, a geometria do equipamento e o número de pratos internos.
II. O objetivo de usar catalisadores em um reator é aumentar a velocidade da reação química, pois catalisadores promovem um caminho reativo e de alta energia.
III. Reações catalisadas formam um composto intermediário e transiente, pois ele acaba se decompondo no final da reação, deixando a substância inicial inalterada.
IV. Reatores de leito fixo se distinguem de reatores tubulares devido à presença de partículas (catalisadores) no leito do equipamento em vez de entre as tubulações.

Quais estão corretas?
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Q3730623 Engenharia Química e Química Industrial
Quando se observam os catalizadores automobilísticos, vê-se que ajudam a promover a queima completa de vários gases que deixam o motor em reações de oxidação incompletas. Eles são fundamentais para a melhoria da qualidade do ar em grandes cidades, pois podem reduzir as emissões de gases altamente poluentes em até 80%. Exemplo: Óxido de Nitrogênio, Monóxido de Carbono, Hidrocarbonetos diversos. Sua temperatura ideal de atuação catalítica gira ao redor de 400 °C até 800 °C. Os catalizadores são estruturas complexas, compostas por uma base cerâmica, com área cheia de microvilosidades, recobertos por diferentes materiais ativos, capazes de gerar sinergias entre eles. Por exemplo, a Platina é um metal nobre que atua melhor em ambientes com abundância de O2, oxidando os gases poluente de forma sequencial. Já em ambientes ou momentos com menor disponibilidade de oxigênio, o Ródio entra em ação, catalisando outros mecanismos de reação para formar gases menos poluentes. A presença desses metais encarece o acessório dos veículos, mas a durabilidade pode se estender a toda a vida útil do automóvel, já que o catalisador nunca é consumido na reação.
                                                                Imagem associada para resolução da questão
O mecanismo típico de catálise heterogênea envolve os seguintes passos: 
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Q3730618 Engenharia Química e Química Industrial
A pilha de Zinco/Óxido de Manganês pode ser representada pelas reações abaixo. A reação no ânodo será de formação de cloreto de zinco e liberação de um elétron:
Zn + 2 Cl− → ZnCl2 + 2 e−
A reação no cátodo produz hidróxido de zinco e óxido de manganês (3+):
2 MnO2 + ZnCl2 + H2O + 2 e− → Mn2O3 + Zn(OH)2 + 2 Cl−
A reação geral simplificada da pilha vai ser: Zn + 2 MnO2 + H2O → Mn2O3 + Zn(OH)2
Essas pilhas alcalinas fornecem um ddp de cerca de 1,5 volts, e como todas as pilhas, tendem a sofrer com a autodescarga e com reações de deterioração. Mesmo ficando sem uso, sua capacidade vai se degradando aos poucos, pois a placa de zinco na pilha vai sendo corroída com o tempo e ocorrem vazamentos que colocam os eletrólitos em contato. Esses processos de auto degradação são acelerados quando as pilhas são submetidas a temperaturas mais altas. Nesse tipo de pilha, cerca de 0,08% de sua capacidade é perdida a cada dia sob uma temperatura de 20 °C (ou seja, em 2 meses, sem usar a pilha, sua capacidade terá chegado a cerca de 94,5% do valor original). Essa degradação é fortemente acelerada, podendo chegar a 0,6% quando a temperatura ambiente é de 45 °C (em 2 meses, sem usar a pilha, sua capacidade terá chegado a cerca de 69,7% do valor original) reduzindo importantemente a vida útil da pilha. Assim, mesmo sem estarem em uso, pilhas AAA alcalinas têm uma capacidade de armazenamento inicial que vai caindo mais ou menos rapidamente, a partir dos valores iniciais de 1250 miliamp.hora ou 1.87 watts.hora. Por conta disso, os fabricantes de pilhas recomendavam guardá-las sob refrigeração enquanto não estivessem em uso, (sempre protegidas em sacos plásticos para não entrarem em contato com alimentos). O barateamento desse tipo de pilha no mundo fez mudar tais recomendações, mas seus princípios seguem válidos. Dessa maneira, a refrigeração faria as pilhas serem melhor preservadas em sua capacidade, até o momento do uso. Segundo a equação de Arrhenius:
K = A.e -Ea /RT

Onde:
K é a constante de velocidade de uma reação química; A é o chamado fator pré-exponencial; Ea é a Energia de ativação da reação; T é a Temperatura em °K .  
Com base na equação acima, é correto afirmar que  
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Q3730611 Engenharia Química e Química Industrial
Além da contribuição da temperatura, outros fatores influenciam a velocidade com a qual uma reação se desenvolve. Entre eles pode-se citar a concentração dos reagentes, pois com o aumento da concentração dos reagentes, o número de choques efetivos entre as suas moléculas se multiplica e cresce a velocidade da reação; a superfície de contato, pois quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade da reação; os catalisadores, pois são substâncias químicas capazes de acelerar determinadas reações, sem serem consumidas durante o processo. Os catalizadores, normalmente, atuam adsorvendo moléculas reagentes, posicionando as mesmas de maneira a facilitar a colisão produtiva nas reações. Podem também formar complexos intermediários, capazes de facilitar os mecanismos de reação ou mesmo reduzir a energia de ativação para que a reação ocorra de maneira espontânea a partir desse novo patamar energético. Os catalisadores, reduzem a energia necessária para atingir o estado de transição de uma reação, permitindo que mais moléculas possam atingir esse estado ativado sem ter de fornecer mais energia ao sistema. A partir desse ponto, a reação seguirá seu caminho até o ponto de equilíbrio. Assim, é correto afirmar que
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Q3686195 Engenharia Química e Química Industrial

Processos oxidativos avançados (POA) são utilizados em processos de remoção de contaminantes da água visando transformar quimicamente compostos de forma que eles sejam destruídos. Esses processos geram um radical hidroxila (OH●) que é altamente reativo e participa como agente oxidante para a destruição de produtos químicos orgânicos. Um exemplo de reação está apresentado a seguir.

Imagem associada para resolução da questão

Na equação anterior, R representa um contaminante qualquer presente na água e os produtos são compostos que podem ser separados em um pós-tratamento.

Imagem associada para resolução da questão

O tempo de meia vida de um composto orgânico durante um POA representa o tempo que leva para a concentração C de um composto cair pela metade em relação à concentração inicial C0 e pode ser calculado da seguinte forma:


sendo t o tempo de reação e k uma constante do processo que pode ser calculada por uma constante kr , relacionada com o composto a ser oxidado, e a concentração do radical hidroxila da seguinte forma:

Imagem associada para resolução da questão

Considerando que um biorreator utilizará POA para remoção do tricloroetilenoImagem associada para resolução da questão com uma concentração de radical hidroxila igual a 10–11 mol/L, e assumindo que In Imagem associada para resolução da questão , o tempo de meia vida do tricloroetileno nesse biorreator será de 

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Q3682621 Engenharia Química e Química Industrial
Reatores contínuos são geralmente mais fáceis de operar e controlar do que reatores em batelada.
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Q3682620 Engenharia Química e Química Industrial
Diferentes reatores possuem diferentes especificações. Quanto às diferenças dos reatores em batelada e reatores contínuos, assinale a alternativa correta.
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Q2329344 Engenharia Química e Química Industrial
A reação de oxidação completa do CH3 Hg, formando Hg0 , CO2 e H2 O, é realizada em meio aquoso com incidência de radiação UV. Nanopartículas híbridas de carbono e TiO2 (ou simplesmente C-TiO2 NP) agem como fotocatalisadores da reação, e sua ordem de reação é 1. A elevada radiância e o excesso relativo de água fazem com que a variação desses parâmetros não influencie na taxa de reação, cuja constante de velocidade é k. Nesse cenário, ao se dobrar a concentração de CH3 Hg, mantendo-se todos os outros parâmetros constantes, a velocidade de reação também dobrou.
Com base nesse experimento e nas informações fornecidas, a velocidade de reação, v, é expressa pela relação
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Q2329343 Engenharia Química e Química Industrial
A reação de formação de ácido nítrico na atmosfera é um processo endotérmico cujo equilíbrio é representado na equação química abaixo.

2 NO2 (g) + ½ O2 (g) + H2 O (g) ⇌ 2 HNO3 (g)

Considere que a reação foi simulada em laboratório, num reator com êmbolo, cujo volume e aquecimento podem ser variados.
É possível deslocar o equilíbrio para formar mais HNO3 , quando

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Q2329323 Engenharia Química e Química Industrial
A reação A → Produtos, isotérmica, em fase líquida, é conduzida em um reator CSTR. Considere a curva 1/r & X, em que r é a taxa da reação e X a conversão do reagente, conforme ilustrado no Gráfico abaixo. Em um sistema industrial, para uma vazão de molar do reagente da entrada  FA,0 = 2 kmol / min , obtém-se uma conversão de 40%.



Imagem associada para resolução da questão



Deseja-se aumentar a conversão global para cerca de 80% com a adição de um segundo reator CSTR, em série com o primeiro.
O volume total, em m3 , dos dois reatores é, aproximadamente,
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Q2329322 Engenharia Química e Química Industrial
No sistema abaixo estão representadas as informações das conversões por passe e recuperações de um reagente A na corrente do separador. 



Imagem associada para resolução da questão



Nessas condições, a conversão global do reagente A é, aproximadamente,
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Q2329319 Engenharia Química e Química Industrial

Considere o reator de reforma de metano, em fase gasosa, ilustrado na Figura. 



Imagem associada para resolução da questão




Nesse processo, são admitidas as seguintes reações principais:


CH4 + H2 O ⇌ CO + 3 . H2

CH4 + 2H2 O ⇌ CO2 + 4H2


Sabe-se que a mistura reacional é dividida em diversos reatores menores (tubos reacionais). Como as reações de reforma são endotérmicas, há necessidade de aquecimento, o que é feito pela queima de combustível (geralmente o próprio metano) no forno que envolve os tubos reacionais.

Na condição representada na Figura, a mistura reacional entra a 500ºC e 15 atm e sai a cerca de 890ºC.

Nessas condições, conclui-se que

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Q2291710 Engenharia Química e Química Industrial

Quanto aos balanços molares, às reações químicas e aos reatores químicos, julgue o item.


A combustão completa de 1 mol de CH4 requer 4 mols de oxigênio para formar 2 mols de CO2 .

Alternativas
Q2291709 Engenharia Química e Química Industrial

Quanto aos balanços molares, às reações químicas e aos reatores químicos, julgue o item.


A combustão completa de 2 mols de C8 H18 formará 8 mols de gás carbônico e 9 mols de água.

Alternativas
Q2291708 Engenharia Química e Química Industrial

Quanto aos balanços molares, às reações químicas e aos reatores químicos, julgue o item.


Em regime transiente, a massa do acumulado é diferente de zero. 

Alternativas
Q2291707 Engenharia Química e Química Industrial

Quanto aos balanços molares, às reações químicas e aos reatores químicos, julgue o item.


Em um processo em batelada, não ocorre adição ou remoção de massa durante a operação.


Alternativas
Q2291706 Engenharia Química e Química Industrial

Quanto aos balanços molares, às reações químicas e aos reatores químicos, julgue o item.


Sistemas transientes também são conhecidos como sistemas estacionários.


Alternativas
Q2291705 Engenharia Química e Química Industrial

Quanto aos balanços molares, às reações químicas e aos reatores químicos, julgue o item.


Em um balanço molar para um reator químico em estado estacionário, a taxa de acúmulo de cada espécie química dentro do reator é igual a zero. 

Alternativas
Respostas
41: D
42: C
43: B
44: D
45: A
46: B
47: A
48: E
49: E
50: E
51: D
52: D
53: C
54: E
55: E
56: E
57: C
58: C
59: E
60: C