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Cinética e cálculo de reatores
Profª. Me. Karinne Vieira
karinne.nascvie@professores.unifbv.edu.br
Dimensionar reatores químicos,
aplicando os conceitos de
conversão, balanço de massa e lei
de velocidades de reações;
Realizar cálculo de reatores tipo
tanques agitados e tipo tubulares,
utilizando os conceitos de tempo e
velocidade espacial;
Determinar constante de
velocidade de reações químicas
reversíveis e não reversíveis,
aplicando as propriedades da lei de
velocidades de reação;
Fazer o balanço molar em reatores
de fluxo contínuo ou em batelada,
utilizando os conceitos de
estequiometria das reações
químicas.
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OBJETIVOS GERAIS
Procedimentos 
de avaliação
Os procedimentos de avaliação contemplarão as competências desenvolvidas durante a disciplina,
divididos da seguinte forma: AV e AVS
AV Contemplará todos os temas abordados pela disciplina e será assim composta:
 Prova individual com valor total de 8 (oito) pontos;
 Atividades acadêmicas avaliativas com valor total de 2 (dois) pontos.
 A soma de todos os instrumentos que possam vir a compor o grau final da AV não poderá ultrapassar o grau máximo de 10
(dez) pontos.
Nova chance:
 Prova no formato formato PNI Prova Nacional Integrada, com 10 questões com o valor total de 8 pontos.
 Elegíveis: alunos que faltaram ou tiraram nota <6 na AV
AVS (antiga AV3) Contemplará todos os temas abordados pela disciplina. Será composta por uma prova
no formato PNI Prova Nacional Integrada, com total de 8 pontos, e substituirá a nota da AV, caso seja
maior.
Para aprovação na disciplina, o aluno deverá, ainda:
Atingir nota igual ou superior a 6 (seis) na prova de AV ou AVS;
 Frequentar, no mínimo, 75% das aulas ministradas.
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CRONOGRAMA
TemaDataSemana
APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA, INTRODUÇÃO À ENGENHARIA DE REATORES, CLASSIFICAÇÃO DOS REATORES09/ago1
NOÇÕES DE ESTEQUIOMETRIA, CONVERSÃO, TAXA DE REAÇÃO E DILUIÇÃO16/ago2
PROJETO DE REATORES: BALANÇO MOLAR23/ago3
BALANÇOS MOLARES EM TERMOS DA CONVERSÃO30/ago4
ESTEQUIOMETRIA E LEI DA TAXA DA REAÇÃO06/set5
AULA DE EXERCÍCIOS13/set6
REATORES EM SÉRIE (CSTR)20/set7
REATORES EM SÉRIE (PFR)27/set8
PROJETO DE REATORES ISOTÉRMICOS04/out9
PROJETO DE REATORES ISOTÉRMICOS11/out10
CINÉTICA DE REATORES18/out11
AULA DE EXERCÍCIOS25/out12
AULA DE REVISÃO01/nov13
AV08/nov14
NOVA CHANCE AV22/nov15
AVS29/nov16
AJUSTES DE NOTAS, PRESENÇAS E FECHAMENTO DA DISCIPLINA06/dez17
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BIBLIOGRAFIA
Bibliografia básica
 FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas. 6. ed. Rio de Janeiro: 2022.
Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788521638353/epubcfi/6/2[%3Bvnd.vst.idref%3Dcover]!/4
/2/2%4051:2
 LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. São Paulo: 2000.
Bibliografia complementar
 FELDER, R. M.; ROSSEAU, R. W. Princípios elementares de processos químicos. 4 ed. Rio de Janeiro: 2018.
Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788521634935/epubcfi/6/10[%3Bvnd.vst.idref%3Dcopyrigh
t]!/4/24/6/1:26[ndi%2Cce]
 HIMMELBLAU, D. M.; RIGGS, J. B. Engenharia química: princípios e cálculos. 8 ed. Rio de Janeiro: 2014.
Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/978-85-216-2711-
1/epubcfi/6/10[%3Bvnd.vst.idref%3Dcopy]!/4/38/1:15[-08%2C96]
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Conhecemos algumas reações químicas
que ocorrem diariamente como assar
um pão ou bolo, respirar, utilizar água
sanitária nas roupas, queimar um
combustível ou acender uma vela. Em
geral não nos preocupamos com o
recipiente onde ocorrem tais reações.
Industrialmente quais são os recipientes
utilizados para realizar as reações
químicas e qual o principal objetivo
deles?
O reator químico é um recipiente
onde ocorrem reações químicas,
transferências de massa e calor.
O projeto de um reator químico
trata com múltiplos aspectos de
engenharia química, sobre os quais
os engenheiros químicos trabalham
para obter a maximização de
produtos para a reação dada.
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Visão geral
As matérias-primas são
convertidas nos produtos nos
reatores químicos
Introdução à Cinética e Cálculo de Reatores Químicos
Cinética química é o estudo das velocidades de reação e dos mecanismos de 
reação.
O estudo da engenharia das reações químicas (ERQ) combina o estudo da 
cinética química com os reatores nos quais as reações ocorrem;
A cinética química e o projeto de reator são partes essenciais da produção de 
quase todos os produtos químicos industriais;
É principalmente o conhecimento da cinética química e do projeto de 
reatores que diferencia o engenheiro químico de outros engenheiros;
A seleção de um sistema de reação que opera da maneira mais segura e 
eficiente pode ser a chave para o sucesso ou o fracasso econômico de uma 
instalação química;
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Classificações
• Mistura perfeita – Todo o meio reacional
é misturado de forma que todas as
propriedades (concentrações,
temperatura) sejam as mesmas ao longo
do volume do reator. Ex.: Tanque agitado
• Obs.: Distribuição de tempos de
residência
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Tempo de residência
• Quantidade média de tempo que uma partícula reside em um sistema
Classificações
• Fluxo empistonado – O meio
reacional é deslocado ao longo do
volume de reação sem acontecer
mistura. Ex.: Tubo
• Obs.: Mesmo tempo de residência
para todas as moléculas
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Classificações
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Homogêneo
• Reação em apenas uma 
fase
• Variações de temperatura, 
pressão e composição
Heterogêneo
• Reação em mais de uma 
fase
• Variações de temperatura, 
pressão, composição, taxa 
de transferência de massa 
e de calor
Classificações
O sistema é carregado
com os reagentes e
após certo tempo a
reação é encerrada
Reator 
batelada Reagentes e produtos
são adicionados e
removidos
continuamente no
reator
Reator 
contínuo
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Tipos de ativação dos reatores
Térmica Catalítica Iniciador Eletroquímica Bioquímica
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Tipos básicos de reatores
REATOR EM 
BATELADA
TANQUE DE 
MISTURA (CSTR)
REATOR 
TUBULAR (PFR)
SEMIBATELADA
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Reator em batelada
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Reator tanque de mistura (CSTR)
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Reator tubular (PFR)
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Reatores ideais
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Batelada 
ideal
Alimentação dos reagentes
(inertes, solvente,
catalisador) no tempo
inicial e retirada do meio
reacional no tempo final
pré-estabelecido
Não tem adição ou retirada
de material ao longo da
operação e a agitação deve
manter o meio homogêneo
Reatores ideais
Reator tanque 
agitado contínuo 
(CSTR)
Também chamado de 
reator de retromistura, 
tanque agitado
Mistura perfeita
Alimentação e retirada
de material
continuamente
No estado estacionário
as propriedades são
contínuas ao longo do
tempo e volume
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Reatores ideais Reator tubular de fluxo empistonado 
(PFR)
Fluxo sem mistura
Alimentação e
retirada ao longo da
operação contínua
No estado
estacionário as
propriedades mudam
ao longo do volume
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Reatores ideais
Ba
te
la
da
Prós
• Ideal para plantas piloto
• Flexível, comporta diferentes
reações
• Produtos com alto valor
agregado e baixa demanda
• Higienização fácil
Cons
• Altas conversõesrequerem
muito tempo
• Mais força de trabalho
• Qualidade de produto variável
CS
TR
Prós
• Operam por muito tempo e
com pouca força de trabalho
• Produção de grandes
quantidades
• Bom controle de temperatura
• Controle e construção simples
Cons
• Menores valores de conversão
• Dificilmente comporta
diferentes reações
• Higienização requer
desligamento
PF
R Prós
• Operam por muito tempo e
com pouca força de trabalho
• Produção de grandes
quantidades
• Permite altas conversões
• Boa transferência de calor
• Comum para reações gasosas
Cons
• Controle de temperatura
complexo
• Manutenção mais cara que
CSTR
• Higienização mais difícil e
requer desligamento do
processo.
Exercício 1
(FUNDATEC - 2023 - IF-SC - Professor EBTT - Química Industrial) Um processo químico é qualquer operação ou conjunto de
operações coordenadas que acarretam a transformação física ou química em um material ou misturas de materiais. O
objetivo dos processos químicos é a obtenção de produtos desejados a partir de matérias primas selecionadas ou
disponíveis. Considere um processo químico constituído de um reator industrial. Sabe-se que o modo de operação desse
reator é tal que este é carregado com toda a matéria-prima necessária, em seguida, efetuado o processamento e, então, são
removidos os produtos. Acerca do modo de operação desse reator, analise as assertivas a seguir:
I. Na situação descrita, diz-se que o processo químico está operando em regime transiente.
II. Variáveis como temperatura e concentração não variam com a posição dentro desse equipamento industrial, mas variam
com o tempo.
III. Uma das vantagens desse modo de operação é a grande capacidade de processamento quando comparado a outros
modos de operação.
Quais estão corretas?
a) Apenas I.
b) Apenas III.
c) Apenas I e II.
d) Apenas II e III.
e) I, II e III.
Exercício 2
(INSTITUTO AOCP - 2020 - Prefeitura de Novo Hamburgo - RS - Engenheiro Químico) Na engenharia
química, reatores químicos são vasos projetados para conter reações químicas de interesse na
indústria. Entre os diferentes tipos de reatores, está o reator batelada (Batch Reactor). Sobre esse
reator e o processamento de suas reações, assinale a alternativa correta.
a) Os reagentes são introduzidos conforme os produtos são formados. Há entrada de reagentes e
saída de produtos ao longo da reação.
b) Os reagentes são introduzidos no reator de uma só vez. A saída do produto ocorre ao longo do
processamento da reação.
c) Não admite entrada nem saída de reagentes ou produtos durante o processamento da reação.
Todos os reagentes são introduzidos no reator de uma só vez.
d) É viável para produção em larga escala, possui baixo custo de mão de obra e o tempo para
alimentação, esvaziamento e limpeza não precisa ser contabilizado no processamento, pelo
fato de não inviabilizar o processo.
e) Ao longo da reação, o número de mols de cada reagente diminui e o número de mols de cada
produto aumenta. Assim, as concentrações das espécies no reator não variam com o tempo.
Uso industrial
Batelada
• Indústria alimentícia, de 
pigmentos e de polímeros
• Tratamento de efluentes
• Química fina
• Indústria farmacêutica
• Produção de cosméticos
CSTR
• Reações de polimerização, 
esterificação,
saponificação, desidratação, 
hidrólise
• Cloração de aromáticos
• Epoxidação da propeno
• Produção de SO2 , nitrato 
de amônia
PFR
• Reações de polimerização, 
hidrólise, hidrogenação,
alquilação, desidrogenação, 
oxicloração, etc
• Cloração de aromáticos
• Oxidação do etileno a 
acetaldeído ou a óxido de
etileno
• Produção de acetato de 
etila, nitroanilina
AULA 2 – NOÇÕES DE 
ESTEQUIOMETRIA, CONVERSÃO, TAXA 
DE REAÇÃO E DILUIÇÃO
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Estequiometria
• Define as proporções em que as espécies químicas se combinam ou são produzidas
2𝑁𝑂 + 𝑂 ⇄ 2𝑁𝑂 • Em menores inteiros possíveis
𝑁𝑂 + 
1
2
𝑂 ⇄ 𝑁𝑂
200 𝑁𝑂 + 100 𝑂 ⇄ 200 𝑁𝑂
𝐻 𝑂 + 𝐶𝑂 ⇄ 𝐶𝑂 + 𝐻
• Se a reação for realizada numa proporção diferente dessa, então teremos um reagente em excesso e um reagente limitante
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Exemplo 1: (UPE) A remoção de impurezas contidas na água turva da piscina de um condomínio deve ser realizada
com adição de sulfato de alumínio, seguida pela adição de hidróxido de cálcio. Com isso, forma-se uma substância
gelatinosa que se deposita no fundo do tanque, com todas as impurezas. A reação química é descrita pela equação:
Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 3CaSO4 + 2Al(OH)3
Para limpar essa piscina, o condomínio utiliza 500 g de sulfato de alumínio e 500 g de hidróxido de cálcio.
Qual o reagente limitante da reação e quanto de hidróxido de alumínio é formado?
Dados de massas molares: H = 1 g/mol; 0 = 16 g/mol; Al = 27 g/mol; S = 32 g/mol; Ca = 40 g/mol
a) Hidróxido de cálcio; 228 g de Al(OH)3
b) Hidróxido de cálcio; 351,3 g de Al(OH)3
c) Sulfato de cálcio; 500 g de Al(OH)3
d) Sulfato de alumínio; 228 g de Al(OH)3
e) Sulfato de alumínio; 351,3 g de Al(OH)3
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Conversão
• Relação da quantidade reagida pela quantidade alimentada de um reagente
• Deve-se usar preferencialmente o reagente limitante
• Para um sistema em batelada:
𝑋 =
𝑁 − 𝑁
𝑁
• Para um sistema com operação contínua:
𝑋 =
𝐹 − 𝐹
𝐹
Onde é o 𝑁 número de moles e 𝐹 é a vazão molar
Considere os cenários a seguir de um sistema em batelada. Determine o
reagente limitante e taxa de conversão de cada um dos reagentes.
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012Inícioa)
10.51Fim
011Iníciob)
10.50Fim
 2𝑁𝑂 + 𝑂 ⇄ 2𝑁𝑂
Exemplo 2
Sendo um reator contínuo e isotérmico operado em estado estacionário com
vazão de 10 L/min. Sabendo que as concentrações de alimentação e descarga
são CA0 = 100 mol/L e CA = 40 mol/L, qual a conversão do reator.
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Exemplo 3
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Taxa de reação
•É uma medida
da velocidade
de reação
Sua expressão 
matemática 
depende do 
modelo do reator
•Reator
batelada, CSTR,
PFR
E do modelo 
cinético da 
reação
• Reação de
ordem 0, de
primeira ordem,
segunda ordem
𝑟 =
𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑖
(𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒)(𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜)
DILUIÇÕES
• Em sistemas descontínuos a diluição é função da variação volumétrica do 
sistema.
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Solução 1
C1, V1
Solução 2
C2, V2
Mistura
C0, V0
𝑛0 =n1 + n2
𝐶 =
𝑛
𝑉
C0= 
Balanço molar:
DILUIÇÕES
• Em sistemas contínuos a diluição é função das correntes de alimentação 
do sistema.
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Corrente 1
C1, v1, F1
Corrente 2
C2, v2, F2
Mistura
C0, v0, F0
F0 = F1 + F2
𝐹 = 𝐶 v
C0= 
Balanço molar:
EXEMPLO 4:
Encontre os valores de vazão e concentração desconhecidas do sistema de
equalização e mistura de salmoura representado abaixo. Admita que os
tanques apresentam mistura perfeita.
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v1 = 10L/s
C1 = 8 mol/L
v2 = 5L/s
C2 = 2 mol/L
v3 = 3L/s
C3 = ?
v4 = ? 
C4 = ?
v5 = 3L/s
C5 = 4 mol/L
v6 = 5L/s
C6 = ?
v7 = ?
C7 = ?
v8 = 2L/s
C8 = 5mol/L
v9 = ?
C9 = ?
AULA 3: PROJETO DE REATORES: 
BALANÇO MOLAR
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• PROJETO DE REATORES - BALANÇO MOLAR
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𝐹 , 𝐹 , 𝐸
T, 𝑃 , 𝑣
𝐹 , 𝐹 , 𝐸
T, P, 𝑣
𝑛 , 𝑛 , 𝐸
T, 𝑃, 𝑉
𝐺
Onde:
𝐹 é a vazão molar total
𝐹 é a vazão molar da espécie j
𝐺 é a taxa de geração da espécie j
𝐸 é a energia por unidade de mol
𝑣 é a vazão volumétrica
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Taxa de geração:
𝐺 = ∫𝑟 𝑑V
Se a taxa é a mesma em todo o volume:
𝐺 = 𝑟 V
PROJETO DE REATORES - BALANÇOMOLAR
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PROJETO DE REATORES - BALANÇO MOLAR
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑗 𝑞𝑢𝑒 
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑛𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
−
𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑗 
𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑖 𝑑𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
+
𝑡𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑔𝑒𝑟𝑎çã𝑜 
𝑑𝑒 𝑗 𝑛𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
=
𝑡𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐ú𝑚𝑢𝑙𝑜 
𝑑𝑒 𝑗 𝑛𝑜 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
Entrada – saída + geração = acúmulo
𝐹 − 𝐹 + 𝐺 =
𝑑𝑁
𝑑𝑡
𝐹 − 𝐹 + 𝑟 𝑑V =
𝑑𝑁
𝑑𝑡
ou
ou
ou
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PROJETO DE REATORES - BALANÇO MOLAR
𝐹 − 𝐹 + 𝑟 𝑑V =
𝑑𝑁
𝑑𝑡
REATOR BATELADA
• Sem alimentação e retirada das espécies
• A agitação mantem as propriedades constantes ao longo do volume
𝑑𝑁
𝑑𝑡
= 𝑟 V 𝑁 0 = 𝑁
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PROJETO DE REATORES - BALANÇO MOLAR
𝐹 − 𝐹 + 𝑟 𝑑V =
𝑑𝑁
𝑑𝑡
REATOR CSTR
• Tem alimentação e retirada de espécies
• A agitação mantem as propriedades constantes ao longo do volume
V=No estado estacionário
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PROJETO DE REATORES - BALANÇO MOLAR
𝐹 − 𝐹 + 𝑟 𝑑V =
𝑑𝑁
𝑑𝑡
REATOR PFR
• As propriedades mudam ao longo do volume
𝑑𝐹
𝑑𝑉
= 𝑟 𝐹 𝑉 = 0 = 𝐹No estado estacionário
REATOR PBR (Packed Bed Reactor)
• As propriedades mudam ao longo do volume
• O leito é formado por uma massa de catalisador
𝑑𝐹
𝑑𝑤
= 𝑟
Onde: 
w é a massa de catalisador
𝑟 mol/kgcat . s
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1) EXERCÍCIO 1: Calcule o tempo necessário para reduzir o número de moles de A a 1% de seu valor inicial
em um reator batelada a volume constante para a reação de primeira ordem (-rA = kCA):
𝐴 → 𝐵
Considere que a velocidade específica de reação, k é igual a 0,23 min-1.
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EXERCÍCIO 2: A reação irreversível de segunda ordem em fase líquida (−rA = kCA2) é conduzida em um reator CSTR. A 
concentração de entrada de A, CA0, é de 2 mol/dm3, e a concentração de saída de A, CA, é de 0,1 mol/dm3. A vazão 
volumétrica, v0, é constante igual a 3 dm3/s. Qual é o volume do reator?
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EXERCÍCIO 3: Qual o tamanho?
A reação de primeira ordem:
𝑨 → 𝑩
é conduzida em um reator tubular no qual a vazão volumétrica, v, é constante. Derive uma equação relacionando o 
volume do reator às concentrações de entrada e de saída de A, a constante de velocidade de k e a vazão volumétrica 
v. Determine o volume de reator necessário para reduzir a concentração de saída a 10% da concentração de entrada 
quando a vazão volumétrica de entrada for de 10 dm³/min (i.e., litros/min), e a velocidade específica de reação, k, for 
de 0,23 min-1.
AULA 4 – BALANÇOS MOLARES EM 
TERMOS DA CONVERSÃO
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• RELACIONANDO A CONVERSÃO COM O NÚMERO DE MOLES E A VAZÃO MOLAR
Em sistemas onde ocorre somente uma reação é conveniente usar a conversão como
variável e relacioná-la com a quantidade de todas as espécies presentes.
Lembrando que conversão: 
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• Para um sistema em batelada:
𝑋 =
𝑁 − 𝑁
𝑁
• Para um sistema com operação contínua:
𝑋 =
𝐹 − 𝐹
𝐹
E preferencialmente A deve ser o reagente limitante
• RELACIONANDO A CONVERSÃO COM O NÚMERO DE MOLES E A VAZÃO MOLAR
Para o reator batelada
Para o reator contínuo
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• RELACIONANDO A CONVERSÃO COM A CONCENTRAÇÃO
𝑨 𝑨
𝑨𝟎 𝟎 𝑨𝟎
Reator batelada:
Se o volume for constante:
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• RELACIONANDO A CONVERSÃO COM A CONCENTRAÇÃO
𝑨 𝑨
𝑨𝟎 𝟎 𝑨𝟎
Reator contínuo:
Se a vazão volumétrica for constante:
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Para sistemas gasosos, CA0 pode ser calculada a partir da temperatura e pressão de
entrada, usando-se a lei dos gases ideais, ou de alguma outra lei dos gases. Para um gás
ideal:
Onde é a fração molar de A na entrada e é a pressão parcial de A na entrada
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1) EXEMPLO 2-1 do Fogler – Uma mistura de gases consiste de 50% de A
e 50% de inertes a 10 atm (1013 kPa), e entra no reator com uma vazão
de 6 dm³/s a 300°F (422,2 K). Calcule a concentração de entrada de A,
CA0, e a vazão molar de entrada FA0. A constante dos gases ideais é: R =
0,082 dm³.atm/mol.K
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BALANÇOS MOLARES EM TERMOS DA CONVERSÃO (Dedução no quadro):
Reator batelada
𝑨𝟎
𝒅𝑿𝑨
𝒅𝒕 𝑨 𝑨𝟎
𝒅𝑿𝑨
( 𝒓𝑨)𝑽
𝑿𝑨
𝟎
Se o volume for constante
𝒅𝑿𝑨
𝒅𝒕
𝒓𝑨
𝑪𝑨𝟎
𝑨𝟎
𝒅𝑿𝑨
𝒓𝑨
𝑿𝑨
𝟎
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BALANÇOS MOLARES EM TERMOS DA CONVERSÃO(Dedução no quadro):
CSTR
𝑨𝟎 𝑨
𝑨
Mas, sabemos que 𝑨𝟎 𝟎 𝑨𝟎, então:
𝒗𝟎𝑪𝑨𝟎𝑿𝑨
𝒓𝑨
𝟎
𝑨𝟎
𝑨
𝑨
Onde τ é o tempo espacial, também chamado de tempo de retenção ou tempo médio de residência
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TEMPO ESPACIAL
É o tempo necessário para se processar um volume de reator considerando-se o fluido
nas condições de entrada.
O tempo que o fluido leva para entrar completamente no reator é o tempo espacial
Velocidade espacial
𝐒𝐕 =
𝒗𝟎
𝑽
=
𝟏
𝝉
LHSV – Liquid Hourly Space Velocity (vazão volumétrica expressa considerando líquido a 60 ou 75°F)
GHSV – Gas Hourly Space Velocity (vazão volumétrica expressa nas condições padrão de temperatura e pressão STP)
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BALANÇOS MOLARES EM TERMOS DA CONVERSÃO(Dedução no quadro):
PFR
𝒅𝑿𝑨
𝒅𝑽
𝒓𝑨
𝑭𝑨𝟎
𝑨𝟎
𝒅𝑿𝑨
𝒓𝑨
𝑿𝑨
𝟎
Mas, sabemos que 𝑨𝟎 𝟎 𝑨𝟎
𝟎
𝑨𝟎
𝑨
𝑨
𝑿𝑨
𝟎
Onde τ é o tempo espacial
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BALANÇOS MOLARES EM TERMOS DA CONVERSÃO(Dedução no quadro):
PBR (reator com recheio catalítico)
𝒅𝑿𝑨
𝒅𝒘
𝒓𝑨
𝑭𝑨𝟎
𝑨𝟎
𝒅𝑿𝑨
𝒓𝑨
𝑿𝑨
𝟎
Onde w é a massa de catalisador
Mas, sabemos que 𝑨𝟎 𝟎 𝑨𝟎
𝟎
𝑨𝟎
𝑨
𝑨
𝑿𝑨
𝟎
Onde τ é o tempo espacial mássico ou “weight time”
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EXEMPLO 2:
Uma corrida experimental de 10 minutos mostra que 75% do reagente líquido é convertido
a produto através de uma reação com taxa de ordem 1 ( 𝑨 𝑨). Qual seria a fração
convertida em uma corrida de 30 minutos?
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Aula 5: Lei de taxa de 
reação e estequiometria
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Taxa de reação
•É uma medida
da velocidade
de reação
Sua expressão 
matemática 
depende do 
modelo do reator
•Reator
batelada, CSTR,
PFR
E do modelo 
cinético da 
reação
• Reação de
ordem 0, de
primeira ordem,
segunda ordem
𝑟 =
𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑧𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑖
(𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒)(𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜)
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LEI DE TAXA DE REAÇÃO
• Relaciona a velocidade de reação com a concentração
Equação de Arrhenius:
A é o fator pré-exponencial ou fator de frequência, E é a energia de ativação, R é a constante dos gases
−𝑟 = 𝑘 𝑇 𝑓𝑛 𝐶 , 𝐶 , …
Tomando como base de cálculo a espécie A (reagente limitante):
𝑘 𝑇 = 𝐴𝑒 ⁄
• Exemplo 5.1: Calcule a energia de ativação da decomposição do
cloreto de benzeno diazônio, que dá origem a clorobenzeno e
nitrogênio. Use as informações da tabela abaixo para essa reação de
primeira ordem:
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LEI DE TAXA DE REAÇÃO
• A taxa de reação precisa ter comprovação experimental;
• Se o coeficiente estequiométrico muda, não muda a taxa de reação;
• O termo que depende das concentrações é uma função que depende de cada reação.
Lei de potências
𝐶𝑂 + 𝐻 𝑂 ⇄ 𝐶𝑂 + 𝐻
𝑟 = 𝑘 𝐶𝑂 𝐻 𝑂
𝛼 e 𝛽 são as ordensde reação relativas a cada uma das espécies. A soma desses valores nos dá a ordem global da
reação
 Nas reações elementares, que são reações cujo mecanismo envolve apenas 1 etapa, as ordens de reação são iguais 
aos coeficientes estequiométricos.
Exemplos de
ordem das
espécies e
ordem global
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LEI DE TAXA DE REAÇÃO
𝒂𝑨 + 𝒃𝑩 ⇄ 𝒄𝑪 + 𝒅𝑫
𝑨 + 
𝒃
𝒂
𝑩 ⇄ 
𝒄
𝒂
𝑪 +
𝒅
𝒂
𝑫
Pela estequiometria, as velocidades de reação estão relacionadas:
−𝒓𝑨
𝒂
=
−𝒓𝑩
𝒃
=
𝒓𝑪
𝒄
=
𝒓𝑫
𝒅
TABELA ESTEQUIOMÉTRICA 
• Apresenta as relações estequiométricas entre as moléculas reagentes para uma reação
simples.
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Se A for o reagente limitante da reação:
TABELA ESTEQUIOMÉTRICA (Sistema contínuo)
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FinalVariaçãoInícioEspécie
𝐹 = 𝐹 1 − 𝑋−𝐹 𝑋𝐹A
𝐹 = 𝐹 𝜃 −
𝑏
𝑎
𝑋−
𝑏
𝑎
𝐹 𝑋
𝐹 = 𝐹 𝜃B
𝐹 = 𝐹 𝜃 +
𝑐
𝑎
𝑋+
𝑐
𝑎
𝐹 𝑋𝐹 = 𝐹 𝜃
C
𝐹 = 𝐹 𝜃 +
𝑑
𝑎
𝑋+
𝑑
𝑎
𝐹 𝑋
𝐹 = 𝐹 𝜃D
𝐹 = 𝐹 = 𝐹 𝜃0𝐹 = 𝐹 𝜃Inerte I
𝐹 = 𝐹 + 𝛿𝐹 𝑋𝐹Total
Razão molar
𝜃 =
𝐹
𝐹
𝛿 = 
𝑑
𝑎
+
𝑐
𝑎
−
𝑏
𝑎
− 1 𝐹 = 𝐹 𝜃 −
𝜈
𝜈
𝑋
Expressão geral: Em termos de concentração:
𝐶 =
𝐹
𝑣
TABELA ESTEQUIOMÉTRICA (Sistema contínuo)
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PARA GASES:
𝑣 ≠ 𝑣 𝑣 = 𝑣
𝑃
𝑃
𝑇
𝑇
𝐹
𝐹
𝑍
𝑍
𝐶 =
𝐶 𝜃 −
𝜈
𝜈
𝑋
1 + 𝜀𝑋
𝑃
𝑃
𝑇
𝑇
𝑍
𝑍
𝜀 = 𝛿𝑦
Fração molar:
𝑦 =
𝐹
𝐹
Genérico:
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EXEMPLO 5.6: P3-11a) Fogler 4Ed
Para a reação em fase líquida construa uma tabela estequiométrica e expresse a concentração de cada espécie na 
reação como uma função da conversão, avaliando as constantes. As concentrações iniciais do óxido de etileno e água 
são 1lbmol/ft³ e 3,47 lbmol/ft³ (62,41 lb/ft³:18), respectivamente).
Aula de revisão e 
exercícios
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1) (P1-12, Fogler 3ªEd.) A reação em fase gasosa
𝐴 → 𝐵 + 𝐶
é conduzida isotermicamente em um reator batelada de volume constante de 20 dm³. Vinte moles de A puro são
inicialmente colocados no reator. O reator é bem misturado.
a) Se a reação for de primeira ordem:
−𝑟 = 𝑘𝐶 com 𝑘 = 0,865𝑚𝑖𝑛
calcule o tempo necessário para reduzir o número de moles de A no reator para 0,2 mol.
b) Se a reação for de segunda ordem:
−𝑟 = 𝑘𝐶 com 𝑘 =
.
calcule o tempo necessário para consumir 19,0 mol de A.
c) Se a temperatura for de 127°C, qual é a pressão total inicial? Qual é a pressão total final assumindo que a reação se
completa?
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2) Encontre a conversão depois de 0,5h, 1h e 2h em um reator batelada onde ocorre a reação:
𝐴 → 𝑅, −𝑟 = 3 ∗ 𝐶 ,
𝑚𝑜𝑙
𝐿. ℎ
sendo a concentração inicial de A igual a 1 mol/L. Acontece algum resultado estranho? Explique.
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3) Em meados do século XIX, o entomologista Henri Fabre notou que formigas francesas (variedade de jardim)
trabalhavam de forma apressada frenética, em dias quentes e de forma muito lenta em dias frios. Comparando os seus
resultados com os das formigas de Oregon, eu encontrei:
Qual a energia de ativação que representa esta mudança no comportamento das formigas?
370295230160150Velocidade 
de corrida 
(m/h)
2824221613Temperatura 
(°C)