0 MA COC REATORES HOMOGÊNEOS E HETEROGÊNEOS

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REATORES HOMOGÊNEOS E 
HETEROGÊNEOS 
Cláudio Monico Innocencio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
2 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 CINÉTICA DAS REAÇÕES ........................................................................... 3 
2 CINÉTICA DAS REAÇÕES II ...................................................................... 21 
3 OS REATORES QUÍMICOS ....................................................................... 42 
4 EQUAÇÕES E LEIS DE VELOCIDADE ........................................................ 64 
5 REATORES HOMOGÊNEOS ..................................................................... 87 
6 REATORES HOMOGÊNEOS E HETEROGÊNEOS ..................................... 110 
 
 
, 
 
 
3 
 
 
1 CINÉTICA DAS REAÇÕES 
Apresentação 
Neste bloco, veremos conceitos básicos da cinética das reações. Para saber projetar 
um reator é extremamente necessário conhecer o que vem a ser a cinética química e 
seus entendimentos sobre a velocidade de reação químicas e os fatores que a 
influenciam. 
1.1 Entendendo o fenômeno da velocidade das reações químicas 
Existem em nosso dia a dia reações químicas mais lentas e outras mais rápidas. 
Uma ferrugem poderá levar anos para corroer um ferro ou a queima de uma vela 
demora algumas horas, esses são exemplos de reações mais lentas. 
Posso acelerar uma reação através de uma panela de pressão, adiantando o cozimento 
dos alimentos. 
1.1.1 Explicando a velocidade média de uma reação química 
Se fizermos um parâmetro com a física, a velocidade está diretamente envolvida com o 
deslocamento de um corpo na unidade de tempo. 
Caso um automóvel percorre 180 km em duas horas, dizemos que sua velocidade 
média é 90 km/h. 
Explorando o conceito da química não será muito diferente. 
Quantificar a velocidade de uma reação mostra a quantidade de reagente que 
desaparece ou a quantidade de produto que se forma, por unidade de tempo. 
Por exemplo, seja a equação: 
 
, 
 
 
4 
 
À medida que a reação acontece, vai ocorrendo um consumo de reagentes N2 e H2 e o 
surgimento do produto NH3. 
A figura 1.1 demonstra que caso a reação seja completa, terá a representação gráfica 
do transcorrer dessa reação. 
Com o passar do tempo (t), os reagentes N2 e H2 são consumidos e a reação para. 
Teremos então a quantidade máxima possível de NH3. 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.1 – Comportamento entre produtos e reagentes na reação química 
A química mostra que existe a melhor maneira de medir a quantidade de uma 
substância. 
Esta melhor maneira é usando a unidade mol. 
Durante o estudo da cinética química, utilizaremos a quantidade de mols da substância 
por litro de mistura reagente. 
Essa grandeza é chamada molaridade. 
Assim, define-se: 
A velocidade média de uma reação química é o quociente da variação da molaridade 
dos reagentes (ou produtos) da reação pelo intervalo de tempo em que essa variação 
ocorre. 
, 
 
 
5 
 
 
Vamos traçar um exemplo experimental? 
Reação a ser considerada: 
 
Os resultados experimentais estão expostos na tabela 1.1: 
Tabela 1.1 – Quadro experimental tempo x molaridade 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Calculando as velocidades médias teremos: 
 
Conclusões a serem tiradas da tabela 1.1: 
• Analisando as duas primeiras linhas da tabela 1.1, concluímos que, nos 
primeiros 5 minutos, essa reação produziu 20 mol/L de NH3; 
• 20 mol/L, corresponde a uma velocidade média de 4,0 mol/L de NH3 por 
minuto; 
• O NH3 é produzido a partir de N2 e de H2. 
 
, 
 
 
6 
 
Conclui-se que a equação estequiométrica fica demonstrada como: 
 
• Serão necessários 10 mol/L de N2 e 30 mol/L de H2 para produzir os citados 20 
mol/L de NH3. 
Calculando as velocidades médias no momento de 5 minutos teremos: 
 
Vamos ser práticos para obtermos um resultado único que expresse a velocidade 
média da reação: 
1) Vamos dividir cada um desses valores pelo coeficiente estequiométrico da 
substância na equação química obtendo: 
 
2) Vamos considerar outras situações através do quadro 1.1: 
Quadro 1.1 – Considerações conclusivas do experimento 
Conclusões 
Durante o processamento da reação, a molaridade do produto NH3 está crescendo. 
Em consequência a ∆[NH3 ] será uma variação positiva, assim como a velocidade 
, 
 
 
7 
 
média. 
Diferentemente da molaridade anterior, a molaridade de cada um dos reagentes [N2 ] 
e de [H2 ], irá diminuir com o tempo. 
Em função disto as variações ∆[N2 ] e ∆[H2 ] serão negativas, bem como a vm 
relacionada ao N2 e a vm relativa ao H2. 
Para evitar que isso aconteça, convencionou-se trocar o sinal algébrico dos valores 
relativos aos reagentes. 
 
A tradução da velocidade média da reação é dada por: 
 
1.1.2 Entendendo os conceitos de velocidade instantânea e iniciais cinética química 
A distância entre São Paulo e Campinas perto da rodovia dos bandeirantes é 100 km. 
Se andamos de uma cidade-estado para outra em um hora durante uma viagem de 
carro, podemos dizer que nossa velocidade média foi de 100 km/h. Porém, se um 
computador conectado ao velocímetro do veículo gera um gráfico que mostra a 
velocidade para cada momento. Um fator possível para esse gráfico é o seguinte: 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.2 – Gráfico da velocidade instantânea 
, 
 
 
8 
 
Nesse gráfico notamos os seguintes trechos: 
• A — de velocidade baixa e irregular na saída de São Paulo; 
• B, D e F — de velocidades máximas na estrada; 
• C e E — paradas (velocidade zero) nos pedágios; 
 • G — diminuição da velocidade na chegada a Campinas. 
A velocidade a cada instante (velocidade instantânea) também é diferente da 
velocidade média, quando utilizadas nas reações químicas. 
A velocidade média tenderá a assumir valores cada vez mais próximos da velocidade 
em um dado instante, com a diminuição dos intervalos de tempo (∆t) usados na 
medida da velocidade média. 
Com base neste fato temos a definição da velocidade da reação em um dado instante 
(ou velocidade instantânea), como sendo o valor para o qual tende a velocidade média 
quando os intervalos de tempo vão se tornando cada vez menores. 
1.2 Entendendo a cinética química 
1.2.1 Conceitos importantes 
Caro aluno, a Cinética química é o ramo da físico-química que estuda a velocidade e a 
velocidade das reações. Entre os principais fatores estão a concentração do reagente 
da reação, a temperatura, a pressão, o catalisador utilizado, a superfície de contato 
entre os reagentes, a luz e a eletricidade. 
Além destes, os parâmetros que controlam os vários processos de transporte físico, 
como as condições de fluxo, o grau de mistura e os parâmetros envolvidos na 
transferência de calor e massa, também são fatores influentes na velocidade das 
reações químicas. 
No mesmo momento em que a Termodinâmica lida com os detalhes da transformação 
de um sistema de um estado para outro, lida também com o tempo necessário para a 
transformação. 
, 
 
 
9 
 
O estudo da cinética química é bastante complexo, pois envolve um grande número de 
variáveis. Por isso, em qualquer caso, é necessário recorrer a experimentos de 
laboratório e na maioria dos casos é necessário realizá-los para todas as faixas 
possíveis de condições de operação, raramente é possível extrapolar dados em bases 
puramente teóricas. 
O quadro 1.2 abaixo mostra a relação da cinética química com alguns eventos. 
Quadro 1.2 – Relacionamento da cinética química com alguns eventos 
Eventos 
1) Estabelecimento do mecanismo químico da reação; 
2) Obtenção de dados cinéticos experimentais; 
3) Correlação destes dados cinéticos pelo emprego de gráficos, tabelas ou 
equações matemáticas; 
4) Projeto do reator apropriado ao processamento de uma reação específica; 
5) Especificação de condições operacionais do reator. 
Fonte: FELTRE, 2004. 
1.2.2 Aplicabilidade da cinética química nas áreas profissionais. 
Quando se trata de aplicabilidades temos que fazer uma varredura perante outras 
áreas de conhecimento. 
Oquadro 1.3 mostra a aplicabilidade da cinética química por área de conhecimento. 
Quadro 1.3 – Aplicabilidade da cinética química com áreas de conhecimento 
Áreas Aplicabilidades 
Físico Química • Instrumento indispensável no conhecimento da natureza do 
sistema reagente, formação e quebra das ligações químicas, 
quantidades energéticas e condições de estabilidade da 
reação; 
Teste Doping • Teste de doping é usado pelo Comitê Olímpico Internacional 
para investigar a existência de substâncias anabolizantes e 
estimulantes no organismo do atleta, ingeridas, 
possivelmente, antes dos jogos para seu melhor 
desempenho; 
Química 
Orgânica 
• Na Química Orgânica, o valor da cinética química é grande, 
pois o modo de reagir dos compostos traz informações 
sobre sua estrutura; 
, 
 
 
10 
 
• Além disso, é um instrumento que permite investigar a 
força de ligações químicas e a estrutura molecular dos 
compostos; 
Combustão • Constitui a base de importantes teorias da combustão e da 
dissolução no estudo da transferência de massa e calor, 
sugerindo, por outro lado, meios para a determinação da 
velocidade com que ocorrem fenômenos em outras áreas 
de estudo; 
Engenharia 
Química 
• Na Engenharia Química, a cinética de uma reação precisará 
ser conhecida se quisermos projetar adequadamente o 
equipamento em que se vão efetuar essas reações, em 
escala industrial; 
• É claro que, se a reação for suficientemente rápida, a ponto 
de ser considerada em equilíbrio, o projeto ficará bem mais 
simplificado; 
• Neste caso, as informações cinéticas não serão necessárias, 
bastando, para o projeto, informações termodinâmicas. 
Fonte: FELTRE, 2004. 
1.3 Conhecendo as reações químicas 
1.3.1 Definições e condicionais envolvendo as reações químicas 
Prezado aluno, pode-se definir uma reação química como sendo o rearranjo ou 
redistribuição dos átomos constituintes de dadas moléculas, para formar novas 
moléculas, diferentes das primeiras em estrutura e propriedades. 
 Quais as condições de ocorrência de uma reação química? 
Pode-se responder essa questão para que duas (ou mais) substâncias reagirem 
quimicamente, são necessárias duas condições: 
a) A eficácia dos contato envolvendo as moléculas dos reagentes. 
Podemos exemplificar bem este fato quando colocamos um comprimido 
efervescente na água: se pusermos um comprimido inteiro, notaremos uma 
certa efervescência. 
Porém, se moermos o comprimido e colocarmos o pó na água, a efervescência 
será muito mais rápida. 
, 
 
 
11 
 
Constata-se esse fato pois, em pó, a superfície de contato do comprimido com 
a água é muito maior. 
b) A afinidade química entre os reagentes (tendência natural de reação). 
Vamos exemplificar através do ferro que se oxida (enferruja) lentamente 
quando exposto ao ar. 
Porém quando temos o exemplo envolvendo a oxidação do sódio no ar é muito 
rápida, pois devido à afinidade química entre o sódio e o oxigênio. 
Concluímos então que a afinidade química se trata de um fator que depende da 
própria natureza das substâncias envolvidas na reação. 
1.3.2 Como se classificam as reações 
O quadro 1.4 mostra a classificação das reações e seus desmembramentos. 
Quadro 1.4 – Classificação das reações 
Especificidade Classificação da reação 
Quanto à fase de 
agregação em que 
se encontram as 
espécies químicas 
na reação 
a) Reação homogênea: espécies químicas se encontram na 
mesma fase (líquida ou gasosa). 
Ex.: Reações de neutralização em fase aquosa, reações 
enzimáticas e microbianas. 
b) Reação heterogênea: espécies químicas se encontram 
em fases diferentes (fase sólida + fase líquida; fase 
sólida + fase gasosa; fases sólida + líquida + gasosa, etc.). 
Ex.: Queima de coque, craqueamento do óleo cru, redução de 
minério de ferro, etc. 
Quanto à 
estequiometria 
a) Reação simples ou isolada: apresenta uma única 
estequiometria para as substâncias reagentes diante de 
qualquer modificação nas condições do processo. 
 
 
, 
 
 
12 
 
b) Reações múltiplas: apresentam mais de uma 
estequiometria para as substâncias reagentes diante de 
modificações nas condições de processo. 
As reações múltiplas podem ser classificadas também em: 
reações em série ou consecutivas, reações paralelas 
competitivas e laterais, reações combinadas série-paralelo e 
reações independentes. 
A 140°C, em presença de ácido sulfúrico: 
 
A 170°C, em presença de ácido sulfúrico: 
Quanto ao número 
de etapas 
a) Reação elementar: uma única etapa 
 
b) Reação não-elementar: mais de uma etapa 
 
--------------------------------------------------------- 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
1.3.3 Conhecendo a teoria das colisões 
Caro aluno, apresento a você uma das teorias mais importantes para o entendimento 
do processo de reação química: a Teoria das Colisões. Ela parte do princípio que a 
partir do estudo dos fatores que influem na velocidade das reações, traduz-se uma 
explicação simples para o modo pelo qual são quebradas as moléculas dos reagentes e 
são formadas as moléculas dos produtos de uma reação. 
 
De acordo com a teoria das colisões, essa reação se processa do seguinte modo, de 
acordo com a figura 1.3: 
, 
 
 
13 
 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.3 – Teoria das colisões 
A teoria das colisões ainda prevê que a velocidade da reação depende: 
a) Da frequência dos choques entre as moléculas: um maior número de choques 
por segundo implicará um maior número de moléculas reagindo e, portanto, 
maior velocidade da reação; 
b) Da energia (violência) desses choques: uma trombada violenta (chamada 
colisão eficaz ou efetiva) terá mais chance de provocar a reação entre as 
moléculas do que uma trombada fraca (chamada de colisão não-eficaz ou não-
efetiva); 
c) De uma orientação apropriada das moléculas no instante do choque: uma 
trombada de frente (colisão frontal) será mais eficaz que uma trombada de 
raspão (colisão não-frontal); esse fator depende também do tamanho e do 
formato das moléculas reagentes. 
1.4 Fatores que influenciam a velocidade das reações químicas 
Caro aluno, o efeito das várias formas de energia sobre a velocidade das reações 
químicas é real no fenômeno dos reatores químicos. 
Você quer saber quais são as principais? 
, 
 
 
14 
 
As principais se concentram nos subitens no quadro 1.5 abaixo: 
Quadro 1.5 – Fatores que influenciam a velocidade das reações químicas 
Fatores Detalhamento da influência 
A pressão • Um aumento de pressão num sistema em reação implica 
um contato maior entre os reagentes, pois o número de 
colisões aumenta, acarretando numa maior velocidade de 
reação; 
• Exemplo: A queima do cigarro se dá mais rapidamente 
quando ele é tragado, pois gera uma diferença de pressão 
entre a base e a ponta do cigarro; 
• Neste caso, moléculas de oxigênio colidem com maior 
frequência na ponta do cigarro (região de combustão). 
 
A superfície de 
contato 
• Chama-se superfície de contato a área de um determinado 
reagente efetivamente exposta aos demais reagentes; 
• Como a realização de uma reação química depende 
fundamentalmente do contato entre as substâncias 
reagentes, conclui-se que, mantendo os demais fatores 
constantes, “quanto maior a superfície de contato dos 
reagentes envolvidos, maior a velocidade da reação e vice-
versa”; 
• Exemplo: uma barra de ferro oxida-se mais lentamente, 
enquanto que, uma palha, também de ferro, oxida-se 
rapidamente, devido à maior superfície de contato entre o 
ferro, na palha, o oxigênio e a umidade do ar. 
A concentração 
dos reagentes 
 
• Quanto maior o número de moléculas reagentes por 
unidade de volume (maior concentração), maior a 
probabilidade de essas partículas colidirem de modo 
efetivo; 
• Consequentemente, maior será a velocidade da reação; 
• Exemplo: Num incêndio, o vento ajuda a renovar o 
comburente, ou seja, aumenta a concentração de um dos 
reagentes (gás oxigênio). 
A eletricidade e 
a luz 
• Quando é necessária a presença de radiaçõesluminosas 
para que uma reação se realize, dizemos que se trata de 
uma reação fotoquímica; 
• Em reações fotoquímicas há sempre a presença de um 
reagente colorido que é dito fotoquimicamente ativo; 
• As moléculas do reagente fotoquimicamente ativo são 
ativadas energeticamente quando absorvem energia 
luminosa, podendo desse modo dar início à reação, por 
exemplo: 
Reação entre gás hidrogênio e gás cloro: 
, 
 
 
15 
 
No escuro: H2(g) + Cl2(g) → não ocorre 
Na presença de luz: H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) 
A natureza dos 
reagentes 
 
• Para que uma reação química se realize, é necessário que 
as ligações existentes nos reagentes sejam rompidas, 
possibilitando a formação de novas ligações que darão 
origem aos produtos; 
• Desse modo é fácil concluir que: quanto maior for o 
número de ligações a serem rompidas nos reagentes e 
quanto mais fortes forem essas ligações, mais lenta será a 
reação e vice-versa; 
• É por isso que, de um modo geral, as reações orgânicas, 
que envolvem moléculas grandes com muitas ligações a 
serem rompidas, são mais lentas que as reações 
inorgânicas, que normalmente envolvem íons e poucas 
ligações a serem rompidas, por exemplo: 
 
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(L) (Muito lenta a 20°C) 
HCl(Aq) + NaOH(Aq) → NaCl(Aq) + H2O(L) (Instantânea a 20°C) 
 
A Temperatura (*) 
Fonte: FELTRE, 2004. 
(*) A temperatura 
Uma observação comum em nossas vidas diárias é o fato de que um aumento na 
temperatura sempre causa um aumento na velocidade das reações. 
Como a temperatura é uma medida da energia cinética média de uma molécula de 
uma substância, um aumento na temperatura representa diretamente um aumento na 
energia cinética ou um aumento no movimento de uma molécula. A medida que se 
move mais acelerada, as moléculas colidem com maior frequência e força, o que 
aumenta a velocidade da reação. 
Deve-se reconhecer, no entanto, que a temperatura é um dos fatores que mais 
influencia a velocidade de uma reação. 
De fato, o aumento da temperatura não apenas aumenta a frequência de colisões 
entre moléculas reativas, mas também aumenta a energia na qual as moléculas 
colidem. 
, 
 
 
16 
 
Consequentemente, a conjectura da colisão, como chegamos antes, aumenta a 
probabilidade da reação das moléculas, ou seja, a taxa de reação. 
Um aumento na temperatura favorece mais fortemente as reações endotérmicas, mas 
aumenta a velocidade das reações químicas endotérmicas e exotérmicas. 
A termoquímica mostra as variações de energia durante as reações químicas, 
conforme mostrado na figura 1.4. 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.4 – Comportamento das reações exotérmicas e endotérmicas 
Nesses gráficos a entalpia é a energia a ser considerada. 
O primeiro "empurrão" é necessário para levar os reagentes a um estado ativado onde 
o complexo ativado é formado. Supõe-se que no momento da colisão há um 
enfraquecimento da ligação intermolecular inicial e fortalecimento da ligação 
intermolecular final (Figura 1.5). 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.5 – Teoria do complexo ativado 
, 
 
 
17 
 
Para o sistema chegar ao complexo ativado, é necessária certa quantidade de energia. 
Se essa energia for incluída nos gráficos vistos na figura 1.4, teremos os seguintes 
resultados na figura 1.6: 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.6 – Comportamento da energia no estado ativado 
Para obter um aumento correspondente ao estado ativado, a molécula reativa possui 
uma energia de ativação (Eat.). 
Essa energia corresponde à intensidade mínima de colisão necessária para que duas 
moléculas realmente reajam uma com a outra, a chamada colisão efetiva ou eficiente. 
Pode ser definido para energia de ativação (Eat.) é a energia mínima que uma 
molécula deve ter para uma reação de colisão (ou seja, para uma colisão efetiva). 
Na reação H2 + I2 → 2 HI, efetuada no estado gasoso, temos seu gráfico de variação de 
energia como sendo o esboçado na figura 1.7. 
, 
 
 
18 
 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.7 – Exemplo do comportamento da energia no estado ativado da reação 
envolvendo hidrogênio e o iodo 
1.5 Conhecendo os mecanismos das reações 
Prezados alunos, a reação ocorre em duas ou mais etapas, e não diretamente, como 
mostra a reação abaixo: 
 
Quando efetuada a 200 °C, essa reação ocorre, na realidade, em duas etapas: 
 
Segundo Ferrari (2021), na etapa de reação a reação elementar que compõe um dos 
estágios de uma reação em etapas, na qual um intermediário (ou reagentes, se for a 
primeira etapa) é convertido em um próximo intermediário (ou produtos, se for a 
última etapa) na sequência de intermediários entre reagentes e produtos. 
Cada etapa é denominada reação elementar e ocorre pelo choque direto das 
moléculas participantes. Evidentemente, a soma das duas etapas (ou reações 
, 
 
 
19 
 
elementares) nos leva à equação global, dada no início; nessa soma, “cancela-se” o 
NO3, que é apenas um “intermediário” nessa reação. 
Somando-se as duas reações teremos a reação global: 
 
Sua velocidade será dada por v = k[NO2 ]², que corresponde à primeira etapa (etapa 
lenta). 
Veja como é importante conhecer o andamento ou mecanismo da reação para 
entender sua velocidade. 
Então podemos definir o mecanismo de uma reação como sendo o conjunto das 
reações elementares pelas quais passa uma reação global. 
É importante lembrar que o mecanismo e a velocidade de uma reação só podem ser 
determinados experimentalmente. 
Vale a pena lembrar que, quando uma reação ocorre em várias etapas, cada etapa 
(reação elementar) tem sua própria energia de ativação. Quando temos a reação 
abaixo, podemos representar graficamente a mesma , através da Figura 1.8. 
 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 1.8 - Exemplo do mecanismos da reação 
 
, 
 
 
20 
 
Conclusão 
Este bloco mostrou para o aluno os primeiros entendimentos sobre a cinética química, 
sobre a velocidade das reações, os comportamentos das reações químicas, além dos 
fatores principais que influenciam sua velocidade e seus mecanismos. 
REFERÊNCIAS 
FELTRE, R. Química / Ricardo Feltre. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. 
FERRARI, T.C. et al. Cinética e projeto de reatores homogêneos. Revisão técnica: 
Bruno Selim Avian Valente. Porto Alegre: SAGAH, 2021. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
21 
 
 
2 CINÉTICA DAS REAÇÕES II 
Apresentação 
Neste bloco, continuaremos vendo conceitos básicos importantes para o conteúdo da 
cinética das reações, envolvendo particularidades conceituais das reações químicas e 
das velocidades químicas e finalizando com o balanço molar e como ele se relaciona 
com a equação da velocidade da reação, o que é fundamental para o projeto de 
reatores. 
2.1 A engenharia das reações e seus fundamentos 
Caro aluno, saiba que cada processo químico industrial é projetado para produzir um 
produto desejado, visando o retorno econômico. 
Para isso, são necessárias matérias-primas e uma sucessão de etapas de 
transformação, incluindo as reações químicas. 
As reações químicas são transformações que envolvem o rompimento e a formação de 
ligações químicas, governadas pelas interações entre as moléculas dos reagentes, 
produtos e solventes envolvidos no processo (LEVENSPIEL, 2000). 
Essas reações ocorrem em reatores, e entender como reatores químicos funcionam é 
compreender como funciona o coração de quase toda operação de processos químicos 
e da engenharia das reações. 
A rentabilidade máxima dessa reação só será obtida quando se utilizam dados 
termodinâmicos e cinéticos no projeto dos diversos elementos que vão constituir a 
planta industrial, assim como na condução das operações e processos 
correspondentes. 
Por isso, a termodinâmica química e a cinética química são os instrumentos mais 
importantes para o engenheiro químico (PILLA, 2010). 
, 
 
 
22 
 
A termodinâmica se preocupa com a energia envolvida nas transformações químicas e 
se estas ocorrem naturalmente ou não. 
Por outro lado,a cinética química possibilita a relação entre a velocidade de reação e 
os parâmetros de processo em nível macroscópico, como concentração, pressão e 
temperatura. 
Ou seja, ela cria a possibilidade para realizar a ligação entre o sistema de moléculas 
reagentes e o sistema macroscópico da engenharia de reações industriais (SILVEIRA, 
2015). 
Para compreender a engenharia das reações, alguns conceitos são necessários. 
Veja a seguir quais são eles. 
2.1.1 Entidade molecular, espécie química e intermediário de reação 
De acordo com Silveira (2015), os principais conceitos da engenharia das reações 
químicas são: 
Entidade molecular: qualquer átomo, molécula, íon, par de íons, radical, complexo 
etc., identificável como uma entidade distinta. 
O quadro 2.1 esboça os conceitos iniciais relacionados com a entidade molecular, 
espécie química e intermediário de reação. 
Quadro 2.1 – Conceitos e detalhamentos 
ITENS CONCEITOS E DETALHAMENTOS 
Entidade molecular Qualquer átomo, molécula, íon, par de íons, radical, complexo 
etc., identificável como uma entidade distinta. 
Espécie química • Conjunto de entidades moleculares quimicamente 
idênticas, ou seja, com uma certa identidade; 
• A identidade de uma espécie química é determinada 
pelo tipo, número e configuração dos átomos daquela 
espécie; 
• Elas podem explorar os mesmos grupos de níveis de 
, 
 
 
23 
 
energia molecular na escala de tempo da experiência; 
• O nome de um composto pode referir-se a uma 
entidade molecular ou a uma espécie química. Metano, 
por exemplo, pode significar uma única molécula de 
CH4 (entidade molecular) ou uma quantidade molar, 
especificada ou não (espécie química), participante de 
uma reação. 
Intermediário de 
reação 
É uma entidade molecular (átomo, íon, molécula etc.) com vida 
(tempo decorrido entre nascimento e morte), apreciavelmente 
maior que uma vibração molecular, formada, direta ou 
indiretamente, a partir de reagentes e que reage 
posteriormente para dar direta ou indiretamente, os produtos 
de uma reação. 
Fonte: FERRARI, 2021. 
2.1.2 Reações químicas, etapas de reação, estágio de reação, equação química e 
ordem de reação 
No Quadro 2.2 apresenta-se os conceitos envolvendo as reações. 
Quadro 2.2 – Conceitos e detalhamentos de reações 
ITENS CONCEITOS E DETALHAMENTOS 
Reações 
químicas 
• Processo que resulta na interconversão de espécies químicas e 
envolve a reorganização de átomos de uma ou mais substâncias; 
• Uma reação química pode ocorrer em uma única etapa (nesse 
caso, é denominada reação elementar) ou em várias etapas (nesse 
caso, é chamada de reação em etapas); 
• Reações químicas detectáveis normalmente envolvem um grupo 
de entidades moleculares, como indicado pela definição, mas 
muitas vezes é conceitualmente conveniente usar o termo 
também para mudanças que envolvem uma única entidade 
molecular; 
, 
 
 
24 
 
• Tais mudanças são chamadas de eventos químicos microscópicos. 
Etapas de 
reação 
Reação elementar que compõe um dos estágios de uma reação em 
etapas, na qual um intermediário (ou reagentes, se for a primeira etapa) é 
convertido em um próximo intermediário (ou produtos, se for a última 
etapa) na sequência de intermediários entre reagentes e produtos. 
Estágio de 
reação 
Conjunto de uma ou mais etapas de reação que conduz para um 
intermediário ou é proveniente de um intermediário de reação presumido 
ou detectável. 
Equação 
química 
• Representação simbólica de uma reação na qual as substâncias 
presentes inicialmente (denominadas reagentes) são colocadas do 
lado esquerdo e as novas substâncias que vão sendo formadas 
(denominadas produtos) são colocadas do lado direito; 
• Há diferentes símbolos para conectar reagentes e produtos; 
• Os mais usados são a seta para a direita (→) para representar 
reações irreversíveis e as duas setas em sentidos contrários (⇄) 
para representar reações reversíveis; 
• Caso uma reação reversível esteja em condições de equilíbrio, é 
representada por apenas duas metades de setas (⇌). 
, 
 
 
25 
 
Ordem de 
reação 
➢ Número de átomos ou moléculas cujas concentrações sofrem 
alterações durante uma reação, ou seja, é o número de átomos ou 
moléculas cujas concentrações determinam a velocidade da 
reação; 
➢ Podemos dar o seguinte exemplo: 
o 
o representa a velocidade da reação e com 
base nela dizemos: 
• a ordem em relação ao NO2 é dois (expoente da 
concentração de NO2); ou, então, dizemos que a 
reação é de 2 a ordem; 
• a ordem em relação ao CO é zero (pois não aparece 
na fórmula da velocidade); 
• a ordem global da reação é: 2+0 = 2. 
➢ Portanto: 
➢ Ordem de uma reação é a soma dos expoentes que aparecem na 
fórmula da velocidade. 
Fonte: FELTRE, 2021. 
2.1.3 Molecularidade de uma reação de única etapa 
Queridos estudantes, a molecularidade é um termo extremamente importante, pois 
representa o número de entidades moleculares envolvidas em colisões simultâneas 
que causam uma reação química. 
Este conceito é teórico, é sempre um inteiro pequeno e diferente de zero, inclui 
apenas uma etapa de reação e é aplicado apenas a reações elementares. 
Consequentemente, a molecularidade exige um conhecimento dos mecanismos de 
reação. 
Consequentemente, o conceito de molecularidade de uma reação geral ocorrendo em 
várias etapas não faz sentido. 
Com base nesse conceito, as reações podem ser uni, bi ou trimoleculares, quando 
uma, duas ou três espécies químicas participam como reagentes, respectivamente. 
, 
 
 
26 
 
A maioria das reações elementares são monomoleculares ou bimoleculares. 
As reações trimoleculares são mais raras, pois envolvem a colisão de três moléculas ao 
mesmo tempo. 
No caso da reação anterior do Quadro 2.2 na ordem de reação, tanto na primeira 
etapa (2NO2) quanto na segunda (NO3 + CO), coincidentemente, há duas moléculas 
que colidem. 
Ou seja, a molecularidade da reação é igual a 2 em ambas as etapas. 
2.1.4 Sistema 
Podemos pensar nele como aquela parte do todo escolhida para o estudo, por 
exemplo, um elemento do volume de reação (volume reacional) ΔV ou dV de um 
determinado reator. 
Essa parte do conteúdo do reator (sistema de reação) é retirada e o restante é 
chamado de ambiente (circunvizinhança). 
A linha imaginária que separa o sistema do ambiente é chamada de fronteira, como 
mostrado na Figura 2.1. 
Possua em mente que os limites não contêm matéria ou volume, mas calor, trabalho 
ou mesmo massa podem fluir através dos limites durante o processo. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 2.1 - Esboço de um reator com um sistema reacional 
, 
 
 
27 
 
Lembre-se que os sistemas podem ser homogêneos se configurados para uma única 
fase, ou heterogêneos se configurados para várias fases. As reações também podem 
ser classificadas como homogêneas ou heterogêneas, dependendo do número de fases 
envolvidas. Uma reação homogênea envolve apenas uma fase, enquanto uma reação 
heterogênea inclui mais de uma fase como uma reação entre um líquido e um gás e 
geralmente ocorre na interface entre as fases. O sistema também pode ser dividido em 
aberto e fechado. Eles são abertos se houver troca de massa e energia com o ambiente 
e fechados se não houver troca de massa, mas pode ocorrer troca de energia. Se não 
houver variação de massa ou energia durante a operação diz-se que o sistema está 
isolado (FERRARI, 2021). 
2.2 Entendendo os catalisadores 
Caros alunos, os catalisadores chamados enzimas exercem um papel importante em 
nosso organismo. 
Vamos a um exemplo? 
Quando usamos água oxigenada para desinfetar um corte, aparece uma 
“efervescência”, devido à liberação de O2 gasoso (pela reação: 2H2O2 → 2H2O + O2 ). 
No processo essa reação é catalisada pela enzima chamada catalase, que existe em 
nosso sangue, e o O2 liberado é o que age como bactericida sobre o ferimento. 
Resumindo temos os seguintes conceitos: 
• Quando temos uma substância que aumenta a velocidadede uma reação, sem 
ser consumida durante o processo, estamos nos referindo a um CATALISADOR; 
• Quando temos um aumento de velocidade da reação, provocado pelo 
catalisador, temos uma CATÁLISE. 
2.2.1 Falando de catálise 
O Quadro 2.3 resume a classificação da catálise para a sua análise: 
 
, 
 
 
28 
 
Quadro 2.3 – Classificação da catálise 
Tipo de Catálise Definição 
Homogênea Vamos considerar a reação abaixo: 
 
Nessa reação, temos um caso de catálise homogênea porque 
todas as substâncias (SO2, O2, SO3) e o catalisador (NO) são gases 
e constituem uma única fase (conjunto homogêneo). A catálise 
homogênea ocorre, por exemplo, em sistemas gasosos catalisados 
por um gás. 
Heterogênea Vejamos agora a mesma reação, catalisada por platina: 
 
Trata-se de um exemplo de catálise heterogênea porque o sistema 
em reação é gasoso, enquanto o catalisador é sólido (são duas 
fases distintas). 
A catálise heterogênea em geral ocorre quando uma substância 
sólida catalisa uma reação entre gases ou líquidos. 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
2.2.2 Falando de catalisador 
Sobre os catalisadores vamos dividir os assuntos em duas frentes: a ação do 
catalisador e os principais catalisadores. 
a) Ação do catalisador 
Qualquer que seja o mecanismo da catálise, a ação do catalisador sempre é criar para 
a reação um novo caminho com energia de ativação menor. 
Podemos tomar como exemplo a reação do hidrogênio e o iodo: 
 
, 
 
 
29 
 
 
Sabe-se que para essa reação, a energia de ativação sem catalisador é Eat.= 45 
kcal/mol, enquanto, sob a catálise da platina em pó, a energia de ativação torna-se 
E’at.= 14 kcal/mol. 
Graficamente falando, gera-se a Figura 2.2. 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 2.2 – Gráfico de entalpia da reação do Hidrogênio e o Iodo 
 
Quando analisamos a Figura 2.3, chegamos a algumas conclusões. 
 
Fonte: FELTRE, 2004. 
Figura 2.3 – Ação do catalisador 
As conclusões são seguintes: 
• O catalisador nunca muda o ∆H da reação (isto é, a quantidade total de calor ou 
energia liberada ou absorvida pela reação); 
, 
 
 
30 
 
• O catalisador age tanto na reação direta como na reação inversa; 
• O catalisador não altera o rendimento da reação (quantidade de produto 
formado), apenas permite obter os produtos mais rapidamente. 
b) Principais catalisadores 
Para a escolha de um melhor catalisador em uma suposta reação, não há uma regra 
geral. 
Porém, de uma maneira geral, podemos dizer que os catalisadores mais comuns do 
mercado são: 
• Metais: especialmente metais de transição, como Co, Ni, Pd, Pt, etc.; 
 
• Óxidos metálicos: por exemplo, Al2O3 , Fe2O3 , Co2O3 , V2O5 , etc.; 
 
• Ácidos: catalisam muitas reações da Química Orgânica; 
 
• Bases: também atuam como catalisadores de muitas reações. 
 
 
2.3 Conhecendo mais detalhadamente a velocidade de reação 
Através do Quadro 2.4 temos um “jogo “ de perguntas e respostas bem focados a 
explicação do fenômeno “Velocidade de Reação”: 
 
 
, 
 
 
31 
 
 
 
Quadro 2.4 – Velocidade de Reação: perguntas e respostas 
PERGUNTAS RESPOSTAS 
Quando ocorrem as reações? Uma reação química ocorre quando as ligações 
químicas dos reagentes são rompidas e novas 
ligações são formadas nos produtos. 
Há uma explicação formal? Formalmente, se a variação da energia livre de 
Gibbs (G = H – TS = U + PV – TS) à pressão e 
temperatura constantes é positiva (ΔGTP> 0), a 
reação é espontânea. 
Há um exemplo que explica por 
que algumas reações são rápidas 
e outras lentas? 
Sim. Por exemplo, na produção de polietileno ou 
na produção da gasolina a partir do petróleo cru, 
o desejado é que a reação se complete em menos 
de um segundo. 
Já no tratamento de água, temos reações que 
podem levar dias para ocorrer. 
Então qual a definição que 
podemos dar a VELOCIDADE DE 
REAÇÃO? 
Podemos definir como o quão rapidamente um 
número de mols de uma espécie química está 
sendo consumido para a formação de outra 
espécie química. 
Efetivamente, quando que uma 
reação química ocorre? 
• Dizemos que uma reação química ocorreu 
quando um número detectável de 
moléculas perdeu sua identidade e 
adquiriu uma nova forma, seja pela 
modificação do tipo ou do número de 
átomos no composto, seja pela 
modificação na estrutura ou configuração 
desses átomos; 
• Nessa abordagem clássica de mudança 
, 
 
 
32 
 
química, considera-se que a massa total do 
conjunto de todas as espécies do sistema 
não é criada nem destruída quando ocorre 
uma reação química; 
• Quando analisamos as espécies individuais 
envolvidas em uma reação qualquer, 
temos o conceito de taxa de consumo de 
massa de uma espécie. 
Exemplifique o processo de uma 
reação química? 
Para uma espécie A, por exemplo, é o número de 
moléculas de A que perdem sua identidade 
química por unidade de tempo e volume, por 
meio da quebra e subsequente recomposição das 
ligações químicas durante o andamento da 
reação. 
 Isso significa que, para que determinada espécie 
seja formada no sistema, alguma fração de outra 
espécie deve perder sua identidade química. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
No contexto das reações químicas existem três maneiras básicas de uma espécie 
perder sua identidade química: 
a) Decomposição; 
b) Combinação; 
c) Isomerização. 
Detalhando conceitos: 
a) Em uma reação de decomposição, uma molécula perde sua identidade por sua 
quebra em moléculas menores, sendo do tipo A → C + D; 
, 
 
 
33 
 
b) Em uma combinação, uma molécula perde sua identidade por se juntar com 
outra molécula, formando outra mais complexa, como: A + B → C. 
c) Na isomerização, a molécula perde sua identidade por mudanças de 
configuração na própria molécula, podendo ser representada por A → C 
(FOGLER, 2009). 
Podemos expressar a velocidade em que uma reação ocorre por diversas maneiras.: 
1) Para ilustrar essa situação, considere a seguinte reação: 
A + 2B → C + D 
2) O valor numérico da taxa de consumo do reagente A = −𝑟𝐴 (número positivo). 
3) A velocidade da reação, −𝑟𝐴 , é o número de mols de A reagindo (nesse caso, 
desaparecendo) por unidade de tempo e volume (por exemplo mols/dm3.s). 
4) Podemos expressar a velocidade da reação para todos os reagentes e produtos 
dela. 
5) Assim, fica mais fácil expressar a velocidade de reação com o símbolo 𝑟𝑗, que 
representa a velocidade de formação (geração) da espécie j. 
6) Se a espécie j for um reagente, o valor numérico de 𝑟𝑗será um número 
negativo. 
7) Se a espécie j for um produto, então 𝑟𝑗será um número positivo. 
8) A relação entre essas velocidades se dá dividindo-se cada uma pelo respectivo 
coeficiente estequiométrico e igualando-as, conforme descrito na equação 
abaixo: 
 
, 
 
 
34 
 
9) A velocidade de reação (ou seja, a lei de velocidade) para 𝑟𝑗 é uma equação 
algébrica que é somente uma função das propriedades dos reagentes e das 
condições de reação (por exemplo, concentração das espécies, temperatura, 
pressão ou tipo de catalisador, se existir catalisador) em um ponto do sistema. 
A equação de velocidade é independente do tipo de reator no qual a reação ocorre. 
Entretanto, como as propriedades e condições de reação dos reagentes podem variar 
com a posição em um reator químico 𝑟𝑗, pode, por sua vez, ser uma função da posição 
e variar de ponto a ponto no sistema (FOGLER, 2009). 
A lei de velocidade da reação química é, essencialmente, uma equação algébrica que 
envolve a concentração. 
Por exemplo, a forma algébrica da lei da velocidade para −𝑟𝐴 a reação “A → produtos” 
pode ser uma função linear da concentração, conforme a equação abaixo: 
 
onde: 
✓ k = constante de velocidade; 
✓ CA = concentração do reagente A no tempo t. 
Observações : 
✓ Em temperatura constante, considera-se a constante de velocidade (k) como 
constante; 
✓ A lei de velocidade também pode ser outra função algébrica da concentração, 
conforme mostra as equações abaixo: 
 
, 
 
 
35Para uma dada reação, a dependência particular da concentração que a lei de 
velocidade segue tem de ser determinada a partir de observação experimental 
(FOGLER, 2009). 
2.4 A equação geral de balanço molar 
Para realizar um balanço molar em qualquer sistema, as fronteiras dele devem ser 
identificadas. 
O volume envolvido por essas fronteiras é chamado de volume do sistema. 
Devemos fazer um balanço molar para a espécie j em um volume do sistema, em que a 
espécie j representa a espécie química particular de interesse, podendo ser água ou 
NaOH, por exemplo (FLOGLER, 2009). 
 Um esquema desse processo é apresentado na Figura 2.4. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 2.4 – Balanço molar no volume do sistema 
Um balanço molar de espécie j em qualquer instante de tempo t resulta na equação 
abaixo: 
, 
 
 
36 
 
 
 
 
Onde: 
𝑁𝑗 = número de mols da espécie j no sistema no tempo t. 
Se todas as variáveis do sistema (por exemplo, temperatura, atividade catalítica, 
concentração da espécie química, entre outras) forem especialmente uniformes em 
todo volume do sistema, a velocidade de geração da espécie j (𝐺𝑗) será simplesmente o 
produto do volume de reação (V) e a velocidade de formação da espécie j (𝑟𝑗), 
conforme a equação abaixo: 
 
Vamos supor que a velocidade de formação da espécie j para a reação varie com 
posição no volume do sistema. Isto é, ela tem um valor 𝑟𝑗1na localização 1, cercada por 
um pequeno volume, Δ𝑉1, dentro do qual a velocidade é uniforme. De forma similar, a 
velocidade de reação tem um valor 𝑟𝑗2na localização 2 e um volume associado Δ𝑉2, 
conforme a Figura 2.5 (FOGLER, 2009). 
, 
 
 
37 
 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 2.5 – Dividindo o volume do sistema V 
 
Então temos: 
 
Onde : 
 = Velocidade de Geração 
𝑟𝑗1 = velocidade de reação da espécie j em termos 1 
Δ𝑉1 = Subvolume 1 
Se o volume total do sistema for dividido em M subvolumes, a velocidade total de 
geração é a representada na equação abaixo: 
 
Tomando os limites apropriados (por exemplo, fazendo M → ∞ e ΔV → 0) e usando a 
definição de integral, podemos reescrever a equação anterior na abaixo: 
 
, 
 
 
38 
 
Com base nesta equação, verificamos que 𝑟𝑗 será uma função indireta da posição, 
devido que as propriedades dos reagentes e as condições de reação (por exemplo, 
concentração e temperatura) podem ter valores diferentes em diferentes localizações 
no reator (FOGLER, 2009). 
O formato da equação do balanço molar para qualquer espécie química j que está 
entrando, saindo, reagindo e/ou acumulando no interior do volume do sistema V, está 
na fórmula abaixo: 
 
Através da equação geral de balanço molar, desenvolveremos as equações de projeto 
para os mais variados tipos de reatores industriais: batelada, semibatelada e 
escoamento contínuo. 
Sob aspecto avaliativo destas equações, determinaremos o tempo (batelada) ou o 
volume do reator (escoamento contínuo) necessário para converter uma quantidade 
especificada de reagentes em produtos (FOGLER, 2009). 
2.5 Equilíbrio químico 
Há muitas reações que são reversíveis e, para as quais, a velocidade de formação dos 
reagentes a partir dos produtos (formados) vai aumentando com o tempo de reação 
devido ao aumento da concentração dos produtos. Considere a reação elementar 
reversível a seguir: 
A  B 
Sendo que: 
Na reação direta temos: 
 
 
, 
 
 
39 
 
Na reação inversa temos: 
 
Os índices ‘d’ e ‘i’ representam as reações direta e inversa respectivamente. 
Observa-se pelas equações acima que, à medida que o reagente A é consumido, sua 
concentração diminui e, consequentemente, a velocidade da reação direta também 
diminui. 
Por outro lado, a concentração de B aumenta, resultando num aumento na velocidade 
da reação inversa, conforme mostrado no gráfico da Figura 2.6. 
 
Fonte: LEVENSPIEL, 2000. 
Figura 2.6 – Comportamento das velocidades das reações direta e inversa 
No equilíbrio, as duas velocidades são iguais, o que foi reconhecido pela primeira vez 
por Van’t Hoff. Uma vez atingido o equilíbrio, mantém-se constante as concentrações 
dos reagentes e produtos da reação. 
Ao se estudar uma reação reversível, é importante saber como varia a quantidade (ou 
concentração) de um determinado reagente ou produto no meio reacional. 
Tomando-se como exemplo o reagente A da reação A  B, sua quantidade dentro do 
reator depende das taxas de consumo (pela reação direta) e produção (pela reação 
inversa). 
, 
 
 
40 
 
Desta forma, a taxa líquida de consumo de A pode ser escrita como: 
 
Sendo que (−𝒓𝑨 ) representa a taxa líquida de consumo de A, já descontando a 
produção ocasionada pela reação inversa. Aplicando-se a proporção estequiométrica 
para a reação inversa. 
 
Com base na equação acima temos as equações abaixo: 
 
 
No equilíbrio, a taxa de produção se iguala à taxa de consumo, de forma que a taxa 
global de reação, (-rA) = 0. 
Desta forma, no equilíbrio teremos: 
 
Esta relação é representada por uma constante KC, denominada constante de 
equilíbrio: 
 
 
 
 
 
, 
 
 
41 
 
Conclusão 
Esse bloco mostrou para o aluno uma continuidade dos entendimentos sobre a 
cinética química, envolvendo conceitos importantes para o contexto sobre a 
velocidade das reações e equação geral de balanço molar. 
REFERÊNCIAS 
FELTRE, R. Química / Ricardo Feltre. 6. ed. São Paulo : Moderna, 2004. 
FERRARI, T. C. [et al.]. Cinética e projeto de reatores homogêneos [recurso 
eletrônico]; revisão técnica: Bruno Selim Avian Valente. Porto Alegre : SAGAH, 2021 
FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas. 4. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2009. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2000. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2009. 
OLIVEIRA, N. M. B. Fundamentos de cinética e introdução ao cálculo de reatores. 
Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 
PILLA, L. Físico-química I: termodinâmica e equilíbrio químico. 2. ed. rev. e atual. Porto 
Alegre: Editora da UFRGS, 2010. 
SILVEIRA, B. I. Cinética química das reações homogêneas. 2. ed. rev. e amp. São Paulo: 
Blucher, 201 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
42 
 
 
3 OS REATORES QUÍMICOS 
Apresentação 
Neste bloco veremos os contextos importantes para o conteúdo dos reatores, onde 
você vai estudar os tipos de reatores e as funcionalidades de cada tipo, conhecendo os 
detalhamentos dos reatores de batelada e de reatores contínuos, além das subdivisões 
dos reatores contínuos. 
3.1 Conceitos iniciais e classificações 
Caro aluno os reatores químicos são basicamente recipientes munidos de vasto 
aparato tecnológico para cumprirem a função de produzir e controlar rigorosamente 
reações químicas em larga ou pequena escala, nos mais variados ramos industriais. 
Muitos requisitos e atributos estão envolvidos em seu contexto tecnológico. 
Diante disso, o engenheiro químico cumpre importante papel não apenas na operação 
de reatores, como também em decisões envolvendo avaliação, dimensionamento, 
processos e fluxo de trabalho junto a esses equipamentos. 
3.1.1 Conceitos gerais iniciais 
Seguem abaixo alguns conceitos gerais iniciais importantes para progredir para o 
conhecimento dos reatores químicos: 
A) Definindo os processos químicos 
Quando temos um conjunto de processos unitários e operações unitárias interligados 
entre si, tendo uma sequência lógica, visando a obtenção de um produto químico, 
intermediário ou final, se concretiza um PROCESSO QUÍMICO. 
A Figura 3.1 mostra o processo. 
 
, 
 
 
43 
 
 
Fonte: O autor, 2022. 
Figura 3.1 – Posicionamento dos reatores químicos no processo químico 
Segundo Fábregas (2012), as etapas para a produção de qualquer produto químico 
podem ser divididas em 3 situações: 
Situação 1: No REATOR QUÍMICO acontece as transformações dos reagentes em 
produtos, se tornando o centro da unidade produtiva; 
Situação2: Na PREPARAÇÃO DE CARGA PARA O REATOR, os reagentes são processados 
em outros equipamentos, para ajustes de temperatura, pressão, de composição e de 
fase, para adequação às condições em que ocorrem as reações químicas; 
Situação 3: A SEPARAÇÃO envolvendo os efluentes do reator (uma mistura de 
produtos, contaminantes e reagentes não convertidos) devem ser realizados em 
equipamentos apropriados para se obter o(s) produto(s) na pureza adequada para 
ser(em) colocado(s) no mercado. 
B) Definindo os reatores químicos: 
Quando você descobre onde acontecem as reações químicas e o local é em um ou em 
vários equipamentos, você descobriu os REATORES QUÍMICOS, podendo ser em dois 
tipos: tanques ou tubos. 
Podemos realizar algumas ponderações em relação aos reatores químicos: 
, 
 
 
44 
 
B1) Se baseando no olhar da Engenharia Química, os reatores e equipamentos 
devidamente dimensionados para contenção de reações químicas, são rotulados como 
REATORES. 
Estes reatores possuem os seguintes objetivos (FÁBREGAS, 2012): 
• Maximizar a geração de produtos desejados e de maior valor agregados; 
• Produzir o maior rendimento com o menor custo; 
• Gerar intermediários químicos para novos processos; 
• Operar dentro de normas pré-estabelecidas de segurança (controlada) e de 
respeito ao meio-ambiente; 
• Gerar lucro. 
B2) Os engenheiros químicos possuem várias responsabilidades em relação aos 
reatores químicos (FÁBREGAS, 2012): 
• Escolher a rota de uma reação química para obter um determinado produto; 
• Determinar o tipo de reator que será utilizado e o regime de operação; 
• Determinar as condições de operação do reator e em que fase se dará a 
reação; 
• Especificar a necessidade ou não do uso de um catalisador e, se for o caso, 
desenvolver este catalisador; 
• Dimensionar o projeto do reator químico e características; 
• Determinar condições ótimas de operação; 
• Especificar um sistema de controle de operação; 
• Especificar materiais e sistemas de segurança. 
, 
 
 
45 
 
• B3) Para exercer a função de projetar um reator químico serão necessários os 
seguintes conhecimentos (FÁBREGAS, 2012): 
• Balanços de Massa e Energia; 
• Mecânica dos Fluidos (fenômenos de transportes); 
• Transferência de Calor; 
• Transferência de Massa; 
• Cinética das reações químicas; 
• Resistência dos materiais; 
• Instrumentação e controle; 
• Física, química e cálculo. 
3.1.2 Classificação em relação a escala 
O Quadro 3.1 mostra o tipo de escala e sua funcionalidade. 
Quadro 3.1 – Classificação de acordo com a escala 
Tipos de Escala Funcionalidades 
Laboratório ou 
bancada 
Proporcionar informações cinéticas sobre a reação química 
(seletividade, conversão etc.) utilizados no desenvolvimento de 
modelos matemáticos e de reatores industriais; 
Semi-piloto Uma antecipação da escala Piloto (Laboratório para piloto); 
Piloto Usada para conseguir informações que gerem entendimento mais 
apurado dos problemas que poderão ocorrer em um processo 
industrial real e para a garantia que o modelo laboratorial pode 
ser validado para o projeto de um reator em escala industrial; 
Semi-industrial Uma antecipação da escala Industrial (Piloto para Industrial); 
, 
 
 
46 
 
Industrial Usado para produção em escala comercial. Apresenta 
características diferentes da planta piloto (atividade catalítica, 
estabilidade etc.). 
Fonte: FÁBREGA, 2012. 
A Figura 3.2 exemplifica reatores em uma planta industrial. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 3.2 – Reatores em planta industrial 
A tabela 3.1 mostra um cenário da escala de operações em função dos kg/h por 
sistemas. 
Tabela 3.1 – Escala de operação dos reatores químicos 
 
Fonte: FÁBREGA, 2012. 
, 
 
 
47 
 
3.1.3 Classificação de acordo com as fases 
1) Reatores Homogêneos (contendo uma fase) 
Ex: reações em fase gasosa, líquido-líquido (catalisador). 
2) Reatores Heterogêneos (contendo duas ou mais fases) 
Ex: gás-sólido, gás-líquido, gás-líquido-sólido (catalisador) . 
O Quadro 3.2 mostra um cenário de reatores homogêneos e heterogêneos em função 
das fases. 
Quadro 3.2 – Natureza das fases 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
3.1.4 Classificação quanto à maneira de operação 
De acordo com o modo de operação podemos ter a seguinte classificação de reatores, 
segundo mostra o quadro 3.3. 
Quadro 3.3 – Tipos de reatores 
TIPOS DE REATORES Decomposição dos tipos de reatores 
 
A. Reator Batelada ou 
Descontínuo 
A1. Reator batelada encamisado (camisa externa simples); 
 A2. Reator batelada com camisa externa (meia cana); 
 A3. Reator batelada encamisado com fluxo constante 
(coflux). 
 
, 
 
 
48 
 
B. Escoamento contínuo 
ou em regime 
estacionário 
B.1. Reator Tanque-Agitado Contínuo ou Reator de 
Retromistura ou Reator de Mistura Completa ; 
 (CSTR – continuous-stirred tank reactor ou CFSTR – 
constant flow stirred tank reactor); 
 
 B2. Reator Tubular ou reator de fluxo pistonado (PFR – 
Plug Flow Reactor) ; 
 
 B.3. Reator de Fluxo Oscilatório (OFM - Oscillatory Flow 
Mixing Reactor); 
 
 B.4. Reator de Leito Recheado ou de Leito Fixo (PBR – 
Packed Bed Reactor); 
 
 B.5. Reator de Leito Fluidizado (Fluidized Bed Reactor – 
FBR); 
 B.5.1. Craqueador Catalítico de Fluidos (Fluid Catalytic 
Cracking ou Fluid Catalytic Cracker ou Cat Cracker. Sigla: 
FCC); 
 B.5.2. Reator de transporte ascendente (Straight-Through 
Transport Reactor -STTR). 
 
C. Semi-batelada ou semi-
contínuo 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
3.1.5 Classificação de acordo com o comportamento 
a) Comportamento Ideal (FÁBREGAS, 2012) 
• Nos reatores batelada e tanques agitados, ocorre a mistura completa do sistema 
reacional, com homogeneização das variáveis do sistema; 
• Nos reatores tubulares ocorre um escoamento pistonado que não possuem 
alterações das variáveis do sistema na direção axial. 
b) Comportamento Não-ideal (FÁBREGAS, 2012) 
• Ocorre uma distribuição do tempo de residência; 
, 
 
 
49 
 
• Vamos a um exemplo: reação em interface gás-líquido quando um gás é 
borbulhado em um líquido; 
• Mistura deficiente em qualidade; 
• Vamos a um exemplo: reação em fase gasosa em reator recheado de 
catalisador, com formação de canais preferenciais de escoamento; 
• Ocorre uma formação de zonas de estagnação (mortas) e desvio de 
escoamento; 
• Vamos a um exemplo: formação de curtos-circuitos. 
3.2 Reatores (F de Batelada ou descontínuo: (BSTR – Batch Stirred Tank Reactor ou 
SBR – Stirred Batch Reactor) 
3.2.1 Vantagens e desvantagens entre os reatores descontínuos e contínuos 
Prezado aluno, vamos iniciar nossa análise detalhada sobre os reatores começando 
pelo reatores de batelada. 
Antes iremos fazer uma análise mais generalizada das vantagens e desvantagens, 
envolvendo os dois grupos de reatores: os descontínuos (reatores de batelada) e 
contínuos, conforme mostra o quadro 3.4. 
Quadro 3.4 – Principais vantagens e desvantagens dos reatores batelada e dos 
reatores contínuos 
 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
, 
 
 
50 
 
3.2.2 Reatores de batelada ou descontínuos 
É um tipo de vaso amplamente utilizado nas indústrias de processos químicos, em 
diversas aplicações: reações químicas; dissolução de sólidos; mistura de produtos; 
destilação; cristalização; extração líquido/líquido; polimerização etc. 
A Figura 3.3 mostra uma visão real dos reatores de batelada. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 3.3 – Exemplo de reatores tipo batelada 
A Figura 3.4 mostra uma panorâmica mais funcional do reator de batelada. 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Figura 3.4 – Reator BSTR 
, 
 
 
51 
 
Funcionalmente falando o Reator de Batelada possui os seguintes aspectos: 
• Estruturado por um tanque com agitador e um sistema integrado de 
aquecimento/resfriamento; 
• Variação de tamanho de 1 L a 15000 L; 
• Fabricação em aço inoxidável, aço recoberto com vidro, ou ligas especiais; 
• Líquidos e sólidos normalmente são carregados no topo do reatore retirados 
pelo fundo; 
• Vapores e gases são carregados pelo fundo do reator e retirados pelo topo; 
• A versatilidade é a principal vantagem; 
• Demais componentes: o agitador possui lâminas impelidoras acopladas ao eixo 
central e a maioria dos reatores utiliza chicanas (baffles) para quebrar o fluxo 
causado pelo agitador e aumentar a mistura do sistema. 
A Figura 3.5 traduz as partes principais de um reator de batelada. 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Figura 3.5 – Partes de um Reator BSTR 
, 
 
 
52 
 
Uma das partes mais importantes dos reatores de batelada são os impelidores e as 
pás, as peças responsáveis pela agitação do produto na parte interna, havendo certa 
variabilidade em relação a sua quantidade e sua angulação. 
Os impelidores e agitadores mecânicos (Figura 3.6) são encontrados em diferentes 
composições. 
Logo, o comportamento e a eficiência do conjunto impelidor e agitador estão 
associados à sua rotação, bem como a demais fatores, como o tipo de fluido, a forma 
do reator e a disposição do sistema como um todo, que determinam o necessário 
suprimento de energia a ser fornecido no processo. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 3.6 – Exemplo de agitador mecânico 
Para elevar a eficiência das reações, diferentes impelidores podem ser usados, sendo 
os mais comuns no mercado os impelidores de hélice, chicanas e turbina. 
Suas pás podem assumir os mais diversos diâmetros, formatos e comprimentos, 
mostrados na Figura 3.7. 
, 
 
 
53 
 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 3.7 – Exemplos de pás de impelidores 
O Quadro 3.5 foca nas principais características dos reatores de batelada ou 
descontínuo. 
Quadro 3.5 – Características gerais dos reatores de batelada ou descontínuo 
ITEM CARACTERÍSTICAS GERAIS 
a) São usados em pequena escala produtiva; 
b) Usados em protótipos de novos processos; 
c) Usados na fabricação de produtos de alto valor agregado; 
d) Usados em processos difíceis de se converter em operações contínuas (difícil 
controle); 
e) Possibilita altas conversões, pois pode ser adotado um longo tempo de 
residência dos reagentes no reator; 
f) Não possibilita a entrada nem saída de reagentes ou produtos durante o 
processamento da reação; 
g) Composição varia no tempo (dispositivo essencialmente transiente); 
h) Necessita de pouca instrumentação; 
i) Altíssimo custo de mão-de-obra; 
j) A operação pode ser feita a pressão e/ou temperatura constantes; 
l) Dificuldade produtiva em larga escala. 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Vimos através do Quadro 3.3 os tipos de reatores, classificando os reatores de 
batelada em três tipos. 
, 
 
 
54 
 
No Quadro 3.6 iremos detalhar as características de cada tipo de reator de batelada 
para sua consulta. 
Quadro 3.6 – Características funcionais dos tipos de reatores de batelada 
Tipo de reator Características Funcionais Figuras 
Reator 
batelada 
encamisado 
(camisa 
externa 
simples) 
▪ Em grandes reatores esse sistema de 
aquecimento pode demorar muito tempo 
para ajustar a temperatura; 
▪ A distribuição de transferência de calor não 
é ideal. 
 
Reator 
batelada com 
camisa externa 
(meia cana) 
▪ É construído soldando-se uma metade de 
tubo na parede externa do reator; 
▪ Permite uma transferência de calor melhor 
que o reator encamisado e 
aquecimento/resfriamento mais uniforme. 
Reator 
batelada 
encamisado 
com fluxo 
constante 
(coflux) 
▪ É um tipo de reator relativamente recente; 
▪ Possui uma série de camisas e uma válvula 
para regular a área encamisada, variando a 
área de transferência de calor, 
possibilitando assim regular a temperatura 
do processo sem precisar alterar a 
temperatura na camisa; 
▪ Apresenta um tempo muito rápido de 
resposta ao controle de temperatura; 
▪ Permite medir sensivelmente o calor 
transferido ao sistema, permitindo o 
monitoramento da taxa de reação, controle 
de cristalização etc. 
 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
3.3 Reatores de escoamento contínuo ou em regime estacionário / CSTR 
Vamos abordar em um primeiro momento uma análise geral dos reatores de 
escoamento contínuo e um segundo momento abordar o reator CSTR, um dos mais 
utilizados no mercado. 
 
, 
 
 
55 
 
3.3.1 Falando dos reatores de escoamento contínuos 
Prezado aluno, entramos em um dos contextos mais importantes no universo dos 
reatores, pois a maior parte dos processos químicos utiliza reatores que operam em 
regime contínuo ou estacionário. 
O Quadro 3.7 apresenta as principais características destes reatores. 
Quadro 3.7 – Características dos reatores de escoamento contínuo 
ITEM CARACTERÍSTICAS GERAIS 
a) Ocorre uma alimentação e retirada respectiva de reagentes e produtos 
continuamente do reator; 
b) Tais reatores são usados em processos produtivos em grande escala, com 
grandes quantidades de material e também com alta velocidade de reação; 
c) A composição do sistema num dado ponto do reator é constante no tempo; 
d) Necessitam de uma instrumentação para monitoramento constante das 
variáveis do processo; 
e) Necessitam pouca mão-de-obra, porém especializada devido o controle dos 
parâmetros de automação rígidos, pois são mais variados e complexos; 
f) Por processo ser fechado, não exigindo parada do reator para retirada e 
inserção de reagentes, o sistema pode funcionar de maneira contínua; 
g) Importância do alto nível de automação exigido nesse processo, especialmente 
quando há risco de acidente grave, como de explosão. 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
3.3.2 Reator Tanque-Agitado Contínuo ou Reator de Retromistura ou Reator de 
Mistura Completa (CSTR – continuous-stirred tank reactor ou CFSTR – constant flow 
stirred tank reactor) 
Em termos operacionais em um CSTR ocorre a introdução de um ou mais reagentes 
fluidos no reator, contendo um agitador, enquanto ocorre a remoção do efluente do 
reator. 
Uma mistura ocorre no agitador envolvendo os reagentes assegurando uma 
homogeneização do sistema reativo. 
A Figura 3.8 mostra um perfil desta operação no reator CSTR. 
, 
 
 
56 
 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Figura 3.8 – Reator CSTR 
O Quadro 3.8 traduz as características funcionais dos reatores CSTR. 
Quadro 3.8 – Características funcionais dos reatores CSTR 
ITEM CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO CSTR 
a) Durante um regime estacionário, a taxa mássica de alimentação dos reagentes 
é igual à taxa mássica dos efluentes; 
b) É levada em consideração a hipótese de que a mistura no interior do reator é 
perfeita, isto é, sem possuir variações espaciais na concentração, temperatura 
ou velocidade de reação através do tanque; 
c) Em qualquer ponto no interior do reator, a temperatura e a concentração são 
as mesmas no ponto de saída; 
d) Usualmente, por questões orçamentárias, utilizam-se reatores em série, com a 
finalidade de uma alta conversão os quais em geral são de tamanhos 
diferentes; 
e) Usado quando se necessita de agitação intensa. 
Reagentes e produtos apresentam um mesmo tempo de escoamento, o que 
promove o não acúmulo de materiais de partida no seu interior, mantendo o 
volume constante; 
f) Pode ser utilizado isoladamente ou em uma bateria de reatores em série; 
g) Possui um bom controle de temperatura; 
h) A conversão do reagente por unidade de volume é a menor dentre os reatores 
com escoamento contínuo; 
i) Para se obter uma alta conversão serão necessários reatores de grandes 
volumes; 
j) Como os reatores CSTR trabalham com menores valores de conversão, a 
agitação é um fator relevante e precisa ter força suficiente para ocorrência da 
reação de forma satisfatória. 
Fonte: FERRARI, 2021. 
, 
 
 
57 
 
3.4 Reator Tubular ou reator de fluxo pistonado (PFR – Plug Flow Reactor) 
O reator PFR é classificado como reator de fluxo pistonado quando não há variação 
brusca dos regentes ao longo da reação, devido à sua construção interna em forma de 
tubos, quer por um tubo longo ou vários tubos finos. O Quadro 3.9 traduz as 
características funcionais dosreatores PFR. 
Quadro 3.9 – Características funcionais dos reatores PFR 
ITEM CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO PFR 
a) A taxa de reação química varia ao longo do tubo, criando um gradiente de 
concentração na direção axial do reator; 
b) Pode ocorrer do escoamento do fluido ser ordenado (fluxo pistonado), não 
havendo mistura ou sobreposição de nenhum elemento de volume no seu 
interior (back-mixing); 
c) Reator com escoamento uniforme; 
d) Fácil manutenção (não há partes móveis); 
e) Usualmente produz a conversão mais alta por volume de reator dentre os 
reatores com escoamento contínuo; 
f) Uma desvantagem é o difícil controle da temperatura do reator, podendo 
ocorrer pontos quentes quando a reação é exotérmica; 
g) Existe tanto na forma de um tubo longo como na de vários reatores menores 
em um feixe de tubos; 
h) Custo igual ao de um trocador de calor; 
i) Reagentes podem ser introduzidos no PFR em diferentes pontos do reator, a 
fim de obter maior eficiência do processo ou como forma de reduzir o tamanho 
e o custo do reator, conforme Figura 3.9; 
j) Um PFR possui tipicamente uma eficiência maior que um CSTR para um mesmo 
volume de reator, ou seja, dado um mesmo tempo de residência, uma reação 
terá maior conversão em um PFR do que em um CSTR; 
l) O tempo de contato é igual para todas as moléculas (com mesma velocidade) 
ou elementos de fluido ao longo do reator quando a velocidade for uniforme 
na secção transversal do tubo, satisfazendo assim o escoamento empistonado; 
m) Possui o ideal do movimento de fluido, em que todos os componentes se 
movem a uma mesma velocidade uniforme ao longo de linhas de fluxo 
paralelas, conforme Figura 3.10; 
n) A elevada taxa de conversão provoca grandes variações de temperatura, 
tornando complexo o controle e monitoramento desse parâmetro para a 
segurança do processo. 
Fonte: FERRARI, 2021. 
, 
 
 
58 
 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Figura 3.9 – Reator tubular com alimentação distribuída do reagente B 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 3.10 – Modelo de reator PFR 
3.5 Outros reatores contínuos e reatores semi contínuos 
Conforme a classificação de reatores contínuos temos outros reatores que 
complementam a mesma classificação. 
3.5.1 Reator de Fluxo Oscilatório (OFM - Oscillatory Flow Mixing Reactor) 
É um tipo de reator tubular que possui chicanas internas que se comportam como se 
fosse um CSTR. O Quadro 3.10 traduz as características funcionais dos reatores OFM. 
Quadro 3.10 – Características funcionais dos reatores OFM 
ITEM CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO OFM 
a) Geometria é discretizada de forma que seu comportamento se aproxima de um 
reator PFR; 
b) Melhoria na transferência de calor e de massa; 
c) Exige um volume bem menor que o de um reator batelada para o mesmo 
propósito; 
d) Aplicação tem se voltado à produção de produtos químicos que requerem 
longo tempo de reação. 
Fonte: FERRARI, 2021. 
 
, 
 
 
59 
 
3.5.2 Reator de Leito Recheado ou de Leito Fixo (PBR – Packed Bed Reactor) 
É semelhante a um reator tubular (PFR), diferenciando-se pelo fato de ser recheado 
com partículas de catalisador sólido. O Quadro 3.11 traduz as características funcionais 
dos reatores PBR. 
Quadro 3.11 – Características funcionais dos reatores PBR 
ITEM CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO PBR 
a) Não apresenta gradientes radiais de temperatura, concentração ou velocidade 
de reação na direção radial, variando no formato axial; 
b) Em sua essência um reator heterogêneo utilizado para catalisar reações em 
fase gasosa (reagentes e produtos gasosos e catalisador sólido), conforme as 
Figuras 3.11 e 3.12; 
c) Ocorrem as mesmas dificuldades de controle de temperatura dos reatores 
tubulares; 
d) Possui uma desvantagem com relação à dificuldade de substituição do 
catalisador; 
e) Formação de canais preferenciais de escoamento do gás gera uma utilização 
ineficiente do leito catalítico; 
f) Grande parte das reações produz a mais alta conversão por massa de 
catalisador; 
g) Custo do catalisador torna este reator mais caro que um trocador de calor; 
h) Escoamento em geral também é considerado como sendo de fluxo pistonado; 
i) Controle de temperatura para leitos muito grandes pode ser difícil porque 
normalmente o material sólido dos leitos não são bons condutores de calor; 
j) Não serão utilizados catalisadores com diâmetro de partícula muito pequeno 
para não causar entupimento ou queda de pressão muito alta; 
l) Dificuldades e custo em operações de manutenção para troca ou regeneração 
de catalisadores representam uma grande desvantagem desses reatores; 
m) Reatores de leito recheado esféricos: muito utilizados quando pequenas 
partículas de catalisador são necessárias, o que pode causar uma queda de 
pressão significativa. É um reator que minimiza essa queda de pressão e possui 
baixo custo de construção. 
Fonte: FERRARI, 2021. 
, 
 
 
60 
 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Figura 3.11 – Reator de Leito Recheado (PBR) 
 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
Figura 3.12 – Reator de Leito Recheado (PBR). Oxidação Catalítica de SO2 a SO3 
3.5.3 Reator de Leito Fluidizado (Fluidized Bed Reactor – FBR) 
Este tipo de reator é muito parecido a um reator tanque agitado no sentido de que seu 
conteúdo, embora seja um sistema heterogêneo, é bem misturado, resultando em 
uma distribuição homogênea de temperatura através do leito, evitando-se pontos 
quentes no reator. 
O Quadro 3.12 expõe as características funcionais do FBR. 
 
 
, 
 
 
61 
 
Quadro 3.12 – Características funcionais dos reatores FBR 
ITEM CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO FBR 
a) Sem comparação a um reator tubular e nem como um de tanque agitado, 
requerendo um modelo próprio; 
b) É utilizado em um grande número de aplicações; 
c) Mostra-se fácil substituição e/ou regeneração do catalisador; 
d) Alto custo de equipamento; 
e) Processamento de grandes volumes de fluido; 
f) Fluidização ocorre quando pequenas partículas sólidas (podem ser do próprio 
catalisador) são suspensas por uma corrente ascendente de fluido; 
g) As partículas sólidas circulam rapidamente no leito, criando excelente condição 
de mistura entre elas; 
h) Ótimas características de transferência de massa; 
i) Principais desvantagens: volume do reator é grande; alto custo de energia de 
compressão do fluido; alta perda de carga; arraste de partículas; erosão dos 
componentes internos e dificuldade de entendimento e modelagem. 
Fonte: FÁBREGAS, 2012. 
O Reator de Leito Fluidizado (Fluidized Bed Reactor – FBR) pode ser ramificado em 
outras duas derivações de reatores: o Craqueador Catalítico de Fluidos (Fluid Catalytic 
Cracking ou Fluid Catalytic Cracker ou Cat Cracker. Sigla: FCC) e o Reator de transporte 
ascendente (Straight-Through Transport Reactor -STTR). 
Vamos falar primeiro do Craqueador Catalítico de Fluidos (Fluid Catalytic Cracking ou 
Fluid Catalytic Cracker ou Cat Cracker. Sigla: FCC), descrevendo algumas 
características funcionais do mesmo: 
• A quebra de moléculas maiores (C12-C20) gera uma produção de frações leves 
de hidrocarbonetos; 
• Na indústria do petróleo os reatores FCC estão entre as maiores unidades de 
processamento mais utilizadas; 
• Uma unidade típica possui de 4 a 10 m de diâmetro interno, 10 a 20 m de altura 
e contém uma massa de catalisador em torno de 50 ton. Processa 
aproximadamente 40.000 barris de óleo cru por dia; 
, 
 
 
62 
 
• Com o objetivo de aumentar a produção de gasolina este processo foi 
desenvolvido inicialmente em 1942. 
Em segundo momento vamos abordar o segundo tipo de reator FBR, isto é, o Reator 
de transporte ascendente (Straight-Through Transport Reactor -STTR), descrevendo 
algumas características funcionais do mesmo: 
• Também apresentado como “riser” ou reator de leito fluidizado circulante CFB 
(circulating fluidized bed); 
• As partículas de catalisador são alimentadas no fundo do reator e lançadas para 
cima através do reator, juntamente com a misturagasosa reagente de entrada 
e então separadas do gás em um silo de sedimentação; 
• É usado nos processamento nos quais o catalisador é desativado muito 
rapidamente. 
3.5.4 Reatores de Semi-batelada ou Semi-contínuo 
Após vermos os reatores de batelada ou descontínuos, os reatores de escoamento 
contínuo, veremos agora os reatores de semi-batelada ou semi-contínuo, na qual Inclui 
todos os reatores que não se enquadram nas classificações anteriores (batelada ou 
contínuo), apontando suas características funcionais: 
• Muito utilizado em reações bifásicas (borbulhamento de gás); 
• Composição varia no tempo; 
• Permite um bom controle da reação (reagente é alimentado aos poucos); 
• Utiliza mão-de-obra; 
• Possui as vantagens de permitir um bom controle de temperatura e a 
capacidade de minimizar reações laterais indesejáveis através da manutenção 
de uma baixa concentração de um dos reagentes. 
 
, 
 
 
63 
 
Conclusão 
Este bloco mostrou para o aluno os conceitos iniciais envolvendo processos químicos e 
reatores químicos e sua classificação, abordando os principais reatores como os 
descontínuos, contínuos e semi-contínuos, detalhando suas características gerais e 
funcionais. 
REFERÊNCIAS 
FÁBREGA, F. M. Cálculo de reatores I. Pitágoras. Jundiaí. 2012 
FERRARI, T.C. [et al.]. Cinética e projeto de reatores homogêneos [recurso eletrônico]; 
revisão técnica: Bruno Selim Avian Valente. – Porto Alegre: SAGAH, 2021 
FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas. 4. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2009. LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 
2009. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2000. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
64 
 
 
4 EQUAÇÕES E LEIS DE VELOCIDADE 
Apresentação 
Neste bloco, veremos os contextos importantes para o conteúdo dos reatores, 
basicamente falando de equações de conversão, leis de velocidade e aplicações de 
estequiometria que proporcionam condições para desenvolvimento de projetos de 
reatores. 
4.1 Conversão e aplicação aos reatores 
Caro aluno, como os reatores englobam reações químicas, que são fontes de produtos 
de valor comercial considerável, é importante avaliar a viabilidade do processo em 
relação à sua conversão, ou seja, pela medida do progresso da reação até a sua 
conclusão. 
Assim, podemos usar o termo fração de conversão, que é a fração de qualquer 
reagente do processo convertida em produto, também chamada de fração consumida. 
Considere a reação genérica abaixo: 
 
 
A evolução dessa reação tem uma métrica em termos do reagente A. 
A conversão de A alimentado é dada por: 
 
 
Sendo que : 
𝑵𝑨𝑶 = quantidade de mol de A alimentado no reator no tempo zero de reação; 
𝑵𝑨𝑶 = quantidade de mol de A no reator em um tempo t. 
 
, 
 
 
65 
 
Podemos explicitar a equação como sendo; 
 
 
Sendo que: 
CA = concentração molar do reagente A no tempo t; 
CA0 = concentração molar na corrente de alimentação do reator. 
A equação pode ser escrita no formato diferencial: 
 
 
Segundo Himmelblau e Riggs (2014), o balanço material traduz o princípio da 
conservação de massa e podendo ser escrito para um reagente. 
Para que isto aconteça, as fronteiras do sistema em estudo devem ser especificadas, 
conforme a Figura 4.1. 
Elas mostram os limites do volume de controle (o reator). 
 
Fonte : PEREIRA, 2012. 
Figura 4.1 – Balanço de massa no volume de controle do sistema 
, 
 
 
66 
 
O balanço material para processos químicos é normalmente estabelecido em função 
da quantidade de matéria. 
Escreve-se a equação da seguinte maneira: 
 
O balanço material será: 
 
Fogler (2014) indica que 𝑁𝑖 é o número de mol da espécie i no sistema no tempo t. 
A velocidade de geração será o produto entre o volume de reação (V) e a velocidade 
de formação da espécie i (𝑟𝑖). Com isto teremos: 
 
A temperatura e concentração, validam-se como variáveis do sistema, da espécie 
química, se forem uniformes em todo o volume do sistema. 
 Com a equação acima, reescreve-se o balanço material como: 
 
A equação logo acima é a relação geral do balanço molar nesse volume de controle. 
Esta equação poderá gerar e determinar as equações de projetos dos reatores 
contínuos ou descontínuos. 
, 
 
 
67 
 
Com isto pode-se determinar o tempo de reação ou o volume do reator necessário 
para atingir a conversão de reagente em produtos. 
Quando em aplicação no reator em batelada, o balanço relaciona apenas as taxas de 
acúmulo e de reação, pois durante a reação química no reator descontínuo não há 
entrada ou saída de espécies (reagentes ou produtos) no equipamento, como 
esquematizado na Figura 4.2. 
 
Fonte: LOPES, 2016. 
Figura 4.2 – Etapas de funcionamento do reator descontínuo 
Considerando a seguinte hipótese: 
, temos: 
 
No início da reação (t = 0) e em um tempo t de reação (t = t1), as concentrações 
respectivas a esses tempos serão: 
 
Isolando dt e integrando os membros teremos: 
 
, 
 
 
68 
 
Verificamos que essa equação é a forma integral do balanço molar de um processo no 
reator em batelada. 
Quando focamos nos reatores com escoamento contínuo, o maior montante das 
operações realiza as transformações em estado estacionário. 
Quando se trata de CSTR é considerada a mistura perfeita e as variáveis do sistema 
independem do tempo e da posição. 
Nestas condições a velocidade será a mesma em qualquer ponto do reator. 
Para o balanço molar para o reator CSTR será: 
 
 
Chegamos a equação de projeto de um reator CSTR, onde determina o volume do 
reator necessário para reduzir a vazão da espécie reagente i: 
 
 
Portanto, a vazão molar de uma espécie será o produto da concentração molar e da 
vazão volumétrica: 
 
 
O volume do CSTR poderá ter seu resultado através de: 
 
 
, 
 
 
69 
 
Vamos analisar outro reator contínuo é o PFR. 
Neste tipo de reator, os reagentes são convertidos em produtos ao longo do 
escoamento do tubo. Assim, a concentração varia de modo axial no reator, bem como 
a velocidade de reação, pois funciona de acordo com a concentração de reagentes no 
sistema reacional. 
O balanço molar será equacionado da seguinte forma: 
 
 
Quando temos um estado estacionário, o balanço no elemento diferencial de volume, 
conforme a Figura 4.3 e a equação abaixo, resultará para uma espécie A em: 
 
 
Fonte: PEREIRA, 2012. 
Figura 4.3 – Volume diferencial em um PFR 
Caso reordenemos a equação anterior teremos: 
 
 
Podemos escrever a equação de projeto para um reator contínuo tubular (para uma 
espécie i) no formato: 
 
, 
 
 
70 
 
O volume do reator necessário para que ocorra a redução da vazão molar de 
alimentação poderá ser calculado em função da seguinte igualdade: 
 
4.2 Equações de projeto para reatores de batelada e escoamento contínuo 
Sabemos que durante o balanço molar em reatores contínuos e descontínuos, teremos 
equações que poderão ser utilizadas para dimensionar os reatores industriais de 
acordo com a conversão desejada em cada processo de transformação de matéria-
prima em produtos. 
Quando se trata do reator em batelada, geralmente, quanto maior for o tempo que o 
reagente permanece no equipamento, maior será a sua conversão em produto. 
Quando o reagente for esgotado ou o sistema atingir o equilíbrio, a conversão será 
interrompida. 
Traduzindo: a conversão no processo descontínuo depende do tempo. 
Então, é relevante para esse processo a determinação do tempo necessário para 
ocorrer a variação do número de mol do reagente (FOGLER, 2014; LEVENSPIEL, 2000). 
Para Levenspiel (2000), ao escrever o balanço molar, tem-se que o número de mol que 
reage de uma espécie química i será: 
 
Para o reator de batelada o balanço material em termos da conversão do reagente i, 
será: 
 
 
, 
 
 
71 
 
A forma diferencial da equação de projeto para um reator descontínuo será: 
 
Considerando o volume constanteteremos: 
 
 
Segundo Himmelblau e Riggs (2014) e Levenspiel (2000), se o volume for variável (por 
exemplo, se envolver reações simples em fase gasosa), o volume da mistura varia 
proporcionalmente com a conversão, a pressão e a temperatura constante. Portanto 
teremos: 
 
Onde: 
V0 = volume inicial do reator; 
V = volume em um tempo qualquer. 
= fração de variação no volume do sistema, medida desde o início da reação até a 
conversão completa do reagente i, dada por: 
 
 
Vamos considerar as seguintes equações abaixo: 
 e 
, 
 
 
72 
 
Tomando por base as equações acima em função do tempo, as formas integrais da 
equação de projeto, é especificado o tempo de operação com variação de temperatura 
isotérmica do reator em batelada, com o entendimento envolvendo a velocidade de 
reação e da conversão (FOGLER, 2014). 
Segundo Fogler (2014), as equações de projeto para os reatores contínuos são obtidas 
a partir do fato de que a conversão em produtos é função do volume do reator, 
indicando que quanto maior (CSTR) ou mais longo (PFR) o equipamento, mais tempo 
será necessário para o escoamento dos reagentes. 
Por consequência, levará mais tempo para reagir. 
O dimensionamento do reator contínuo é feito pelo cálculo determinado do volume 
necessário para que seja atingida determinada conversão. 
Quando se escreve o balanço molar, tem-se que a vazão molar de alimentação de uma 
espécie química i menos a vazão molar dessa espécie alimentada no reator e 
multiplicada a sua conversão, resulta na vazão molar de i que deixa o reator, ou seja: 
 
 
Calcula-se o volume do CSTR para atingir a conversão especificada: 
 
 
Para um reator de mistura perfeita teremos: 
 
 
 
, 
 
 
73 
 
Segundo Levenspiel (2000), quando o reator é tubular com escoamento contínuo, à 
medida que a corrente de alimentação escoa, as substâncias são consumidas e a 
conversão aumenta ao longo do reator. 
Com isto, a equação de projeto do PFR considerando i como a espécie química 
reagente será: 
 
Quando integramos com os limites, sendo X = 0 no início da reação até 𝑋𝑖, que 
representa a conversão planejada para esse sistema contínuo, teremos a seguinte 
equação: 
 
 
Observações: 
• As equações de projeto, tanto para um reator em batelada quanto para um 
reator contínuo, dependem da velocidade de reação, que varia conforme a 
concentração; 
• Pode ser relacionada à conversão em produtos; 
• Para a avaliação do processo, é extremamente importante conhecer a lei de 
velocidade. 
4.3 Conhecendo o tempo de residência 
De acordo com Levenspiel (2000), as medidas adequadas de desempenho para 
reatores contínuos, como o tempo espacial e a velocidade espacial, são tão 
importantes quanto as medidas de tempo para reatores em batelada, que também 
medem o desempenho desse tipo de reator. 
, 
 
 
74 
 
O tempo espacial, simbolizado por τ (tal), traduz tempo necessário para processar um 
volume de alimentação, proporcional a um volume de reator, medido em condições 
específicas. 
O tempo espacial será calculado através de: 
 
Caso seja um reator CSTR, este apresenta um tempo espacial de 10 min, traduz que a 
cada 10 minutos o reator processa um volume de alimentação que corresponde ao 
volume do equipamento. 
A velocidade espacial mostra o volume de alimentação que é processado em condição 
específica na unidade de tempo. 
A velocidade espacial é calculada através de: 
 
Através de um exemplo, uma velocidade espacial de 3ℎ−1, indica que a cada hora o 
reator processa um volume de alimentação que corresponde a 5 vezes o seu volume. 
Escolhendo as condições de pressão, temperatura e estado sólido, tem-se as condições 
de medir o volume de material (A) alimentado no reator. Podemos calcular tempo 
espacial (τ ) da seguinte forma: 
 
Mostramos abaixo a relação entre o volume do reator e a vazão volumétrica de 
alimentação: 
 
, 
 
 
75 
 
Portanto: 
 
Onde: 
FA0 = vazão molar de A quando XA0 = 0, ou seja, no início da reação (mol/h, kmol/h, 
mol/min). 
v0 = vazão volumétrica quando XA0 = 0 da mistura (m3 /h, l/h, cm3 /min, ...) 
τ = tempo espacial (h, min, s) 
Definimos que o tempo de residência como o tempo que um determinado elemento 
fluido passa no reator. 
Sendo um reator PFR ideal, o tempo de residência será igual ao tempo espacial desde 
que a densidade da mistura reacional permaneça constante. 
Para isso, a fração de variação de volume será nula. 
No caso de reator CSTR, o tempo de residência obedece a uma distribuição 
exponencial. 
Vamos exemplificar o tempo espacial? 
Na figura 4.4 está demonstrado um reator com 20 m de comprimento e um volume de 
0,2 m3. Além disso, a linha tracejada expressa 0,2 m3 de fluido que se situa 
diretamente a montante do reator. Assim, o tempo que leva para esse fluido entrar 
completamente no reator é chamado de tempo espacial (τ), também denominado 
tempo de retenção ou tempo médio de residência. 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Figura 4.4 – Reator tubular mostrando volume idêntico a montante do reator 
, 
 
 
76 
 
Considerando ainda o reator da Figura 4.4, se o seu volume é 0,2 m3 e a vazão 
volumétrica de entrada é 0,02 m3/s, seria necessário o volume equivalente de reator a 
montante (indicado pelas linhas tracejadas) para um tempo espacial (τ) igual a 10 
segundos para entrar no reator. 
Isto é, levaria 10 segundos para o fluido do ponto A mover-se para o ponto B. 
Isso pode ser constatado a partir da substituição dos respectivos valores na Equação 
(15), conduzindo ao valor do tempo, como expresso a seguir. 
 
Conforme Lobo (2018), na presença de escoamento uniforme, o tempo espacial é igual 
ao tempo médio de residência no reator (tm), que é, na verdade, o tempo médio que 
as moléculas permanecem no interior do reator. 
Na Tabela 4.1 está indicada uma faixa típica de tempos de processamento, em termos 
de tempo espacial para diferentes tipos de reatores (em batelada, CSTR e PFR). 
Tabela 4.1 – Tempos espaciais típicos e capacidade de produção para diferentes 
reatores 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Vamos exemplificar a velocidade espacial? 
Analisando o setor industrial, as velocidades espaciais mais utilizadas são a velocidade 
espacial horária de líquido (LHSV) e a velocidade espacial horária de gás (GHSV). Na 
LHSV a vazão volumétrica (v0) é expressa considerando-se o líquido na temperatura de 
60 ou 75°F (Equação 17) (FOGLER, 2014). 
, 
 
 
77 
 
Já na GHSV, a vazão volumétrica é expressa nas condições padrão de temperatura e 
pressão (STP). 
 
Exemplificando: 
Vamos considerar uma vazão volumétrica de entrada de 2 dm3 (0,002 m3 com volume 
de 8,2 m3 /s /s), calcule o tempo e a velocidade espacial de um CSTR. 
O tempo espacial se calcula, uma vez que o volume do reator e sua vazão volumétrica 
de entrada são conhecidos. Portanto: 
 
Concluindo que se leva 1,14 h para encher o reator com 8,2 m3 de fluido. De acordo 
com esse tempo espacial determinado, é possível calcular a velocidade espacial: 
 
4.4 Projetos de reatores - básico 
Caro aluno, como é elaborado e quais são os cálculos envolvidos em um projeto de 
reator, a fim de garantir produtos de qualidade, economia de tempo e recursos, além 
de segurança no ambiente de trabalho? 
Isto que veremos a seguir! 
 
, 
 
 
78 
 
4.4.1 Cálculos básicos de projetos de reatores 
No quadro 4.1 temos um resumo quais variáveis são importantes para o projeto básico 
de um reator químico, considerando os tipos de reatores. 
Quadro 4.1 – Variáveis de cálculo de projeto de reatores 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
4.4.2 Sequenciamento e volume de reatores 
Os reatores são normalmente sequenciados, ou seja, conectados em série, 
consequentemente a corrente de saída de um reator é utilizada como a corrente de 
alimentação de outro reator. 
Conforme Fogler (2009), quando esse arranjo é utilizado, a conversão X é o número 
total de mols que reagiu até aquele ponto i, por mol de A alimentado ao primeiroreator, conforme a equação abaixo. 
 
, 
 
 
79 
 
Além disso, a vazão molar de A no ponto i é igual ao número de mols de A alimentados 
no primeiro reator, menos todos os mols de A reagidos até o ponto i. 
 
Considera-se três esquemas diferentes de reatores em série: dois CSTRs, dois PFRs, e a 
combinação de PFRs e CSTRs em série. 
a) CSTR em série 
A Figura 4.5 mostra o arranjo de dois CSTRs. 
Neste esquema, a velocidade de desaparecimento de A, para o primeiro reator, é 
expressa como −rA1 na condição da conversão 𝑋1. 
Para o segundo reator, a velocidade de desaparecimento de A, expressa como −rA2, é 
calculada na condição da conversão da corrente de saída do reator 2 (𝑋2). 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Figura 4.5 – Dois CSTRs em série 
Assim, de acordo com Fogler (2014), para o reator 1: 
Balanço molar: Entra – Sai + gerado = 0 
 
, 
 
 
80 
 
Vazão molar de A no ponto 1: 
 
Quando combinamos as equações imediatamente anteriores, teremos: 
 no reator 1 
Consequentemente, para o reator 2, têm-se: 
Balanço molar: Entra – Sai + gerado = 0 
 
Vazão molar de A no ponto 2: 
 
Quando combinamos as equações imediatamente anteriores, teremos: 
no reator 2 
 
b) PFRs em série 
A Figura 4.6 mostra o arranjo de dois PFRs. 
Neste esquema, é indiferente se são colocados os dois reatores em série ou se há um 
único reator tubular longo, pois o volume total necessário para alcançar a mesma 
conversão é idêntico, ao contrário do que foi visto para CSTRs. 
, 
 
 
81 
 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Figura 4.6 – Dois PFRs em série 
Segundo Levenspiel (1994), essa relação pode ser constatada a partir da seguinte 
formulação: 
 
4.5 Conhecendo as leis de velocidade e as ordens de reação 
As leis de velocidade das reações fazem parte do cenário da cinética química onde são 
analisados vários parâmetros relacionados à taxa de sumo de reagentes e formação de 
produtos. 
Esse tópico é especialmente importante quando se realiza um balanço de energia ou 
massa em um reator químico em que a reação é considerada e as transformações são 
representadas pelas taxas de reações (SCHMAL, 2017). 
Conforme descrito por Schmal (2017), num sistema aberto faz-se o balanço molar em 
relação a cada um dos componentes de uma reação química do tipo: 
 
O sistema pode ser representado pela Figura 4.7: 
, 
 
 
82 
 
 
Fonte: SCHMAL, 2017. 
Figura 4.7 – Balanço molar entre reagentes e produtos em um reator 
Considerando um sistema homogêneo fechado, isto é, com pressão e temperatura 
constantes, temos algumas definições com suas respectivas variáveis: 
a) Velocidade de reação (r): 
 
Sendo: 
• V = volume da mistura reacional; 
• ξ = grau de avanço da reação (ou seja, o quanto os reagentes já foram 
consumidos e transformados em produto); 
• t = tempo. 
b) A velocidade da reação do componente A 
 
 
, 
 
 
83 
 
Sendo: 
• nA = número de mols de A consumidos ou produzidos; 
• V = volume de reagentes; 
• t = tempo. 
c) Concentração molar 
 
d) taxa de formação dos produtos (ou a taxa de consumo dos reagentes) (rs) 
 
e) número de mols de cada composto 
 
• 𝑛𝐴= número de mols de A; 
• 𝑛𝐴𝑂 = número de mols inicial de A; 
• X = conversão fracional do composto A. 
f) velocidade de consumo dos reagentes do composto A (rA) 
 
Tendo uma certa reação química aA + bB → rR + sS (a, b, c e d são os coeficientes 
estequiométricos dos reagentes e produtos), demonstra-se as velocidades de consumo 
dos reagentes A e B e de formação dos produtos C e D, através da equação: 
 
A velocidade da reação é dependente da temperatura e da composição dos 
componentes. 
, 
 
 
84 
 
A equação da velocidade pode ser descrita como o produto de uma constante de 
velocidade de reação função da temperatura (k) e uma função das concentrações dos 
componentes da reação(f1), conforme mostra a equação a seguir (BADINO JUNIOR; 
CRUZ, 2012). 
 
Para reações elementares, a lei cinética pode ser obtida a partir da equação química e, 
se as reações forem irreversíveis (o produto não se decompõe para os reagentes), as 
velocidades podem ser expressas em função do consumo dos reagentes ou formação 
dos produtos (SILVEIRA, 2015). 
Para a reação aA + bB → cC, a velocidade da reação é dada pela seguinte equação: 
 
onde k, kA, kB e kC são as constantes de velocidade, e C é a concentração de cada 
componente elevado no seu coeficiente estequiométrico: 
 
As ordens de reação podem variar de zero a segunda ordem. 
Conclusão 
Este bloco mostrou para o aluno os conceitos iniciais envolvendo a conversão e a 
aplicação dos reatores, as equações de projeto, o tempo de residência, os projetos 
básicos de reatores e as leis de velocidade e ordens de reação. 
 
 
, 
 
 
85 
 
REFERÊNCIAS 
BADINO Jr, A. C.; CRUZ, A. J. G. Reatores químicos e bioquímicos: um texto 
introdutório. São Carlos: UFSCar, 2012. 
FÁBREGA, F. M. Cálculo de reatores I. Pitágoras. Jundiaí. 2012 
FERRARI, T.C. [et al.]. Cinética e projeto de reatores homogêneos [recurso eletrônico]; 
revisão técnica: Bruno Selim Avian Valente. – Porto Alegre: SAGAH, 2021 
FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas. 4. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2009. LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 
2009. 
FOGLER, H. S. Cálculo de reatores: o essencial da engenharia das reações químicas. 
Rio de Janeiro: LTC, 2014. 598 p. 
HIMMELBLAU, D. M.; RIGGS, J. B. Engenharia química: princípios e cálculos. 8. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2014. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2014. 
LOBO, I. J. V. Síntese de rede de reatores químicos via programação matemática. 
Orientador: Marcelo Escobar. Coorientadora: Juliana da Silveira Espindola. 2018. 42 f. 
Projeto de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Agroindustrial Agroquímica) 
– Universidade Federal do Rio Grande, Santo Antônio da Patrulha, 2018. Disponível 
em: 
https://sistemas.furg.br/sistemas/sab/arquivos/conteudo_digital/567b92790a0684c 
ab7564abe60f5e14d.pdf. Acesso em: 16 jun. 2021. 
PEREIRA, M. A. Introdução a reatores químicos: notas de aula. Lorena: Escola de 
Engenharia de Lorena - USP, 2012. (Apostila de Cinética Química: capítulo 07 - 
Introdução a Reatores Químicos, Curso de Cinética Química - Escola de Engenharia de 
Lorena - USP). Disponível em: 
http://www.marco.eng.br/cinetica/notasdeaula/capitulo-7.pdf. Acesso em: 15 jun. 
2021. 
, 
 
 
86 
 
SCHMAL, M. Cinética e reatores: aplicação na engenharia química. 3. ed. Rio de 
Janeiro: Synergia, 2017. 
WRIGHT, M. R. An introduction to chemical kinetics. West Sussex: John Wiley & Sons, 
2004 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
87 
 
 
5 REATORES HOMOGÊNEOS 
Apresentação 
Neste bloco, veremos os contextos importantes para o conteúdo dos reatores, sendo 
alguns deles como a aplicabilidade da estequiometria, as questões de vazões molares 
envolvendo os projetos, as questões de balanços par fases líquidas e gasosas e o 
conhecimento do universo das reações homogêneas. 
5.1 Aplicações estequiométricas nos projetos de reatores 
Você poderá compreender como as equações de concentração são obtidas e quais são 
as suas aplicações em reatores contínuos e descontínuos. Você também vai conhecer a 
classificação de reações em fase líquida e gasosa, bem como o equacionamento das 
concentrações nessas duas fases. Por fim, descreveremos como é elaborada e como 
deve ser interpretada a tabela estequiométrica. 
5.1.1 Sistemas contínuos e descontínuos: equações para concentração 
Sabe-se que a lei de velocidade pode ser expressa como uma função das 
concentrações. Para tanto, é preciso apresentar a concentração como função da 
conversão para realizar os cálculos de dimensionamento de reatores. Se a lei de 
velocidade for dependente de mais de uma espécie, será necessário relacionar as 
concentrações das diferentes espécies umas comas outras (CHANG; GOLDSBY, 2013). 
Essa relação é estabelecida por meio de uma tabela estequiométrica. Para isso, as 
relações são desenvolvidas baseadas na seguinte reação geral: 
 
Quando se deseja determinar a velocidade de reação como uma função da conversão 
(X), é necessário conhecer as concentrações das moléculas de reagente como uma 
função da conversão (X). 
, 
 
 
88 
 
5.1.2 Equações para concentração em sistemas descontínuos (em batelada) 
Um sistemas em batelada, a concentração do reagente A pode ser calculada da 
seguinte maneira: 
 
Sendo que: 
• CA = número de mols de A 
• NA = número de mols de A 
• V = unidade de volume. 
Essa relação também pode ser expressa para os demais componentes reacionais (B, C 
e D): 
 
Assim, conforme Fogler (2014), obtêm-se as equações apresentadas a seguir, que 
indicam a concentração de cada um dos componentes em termos da conversão (X). 
 
Considerando-se essas equações, em reatores em batelada, o volume do reator é 
constante, e, sendo assim, o volume final será igual ao volume inicial (V = V0). 
, 
 
 
89 
 
Dessa forma, para a concentração do reagente A (CA) em função da conversão (X), 
tem-se a seguinte relação: 
 
Utiliza-se o parâmetro θn na equação imediatamente abaixo, que permite fatorar o 
número de mols inicial de A (NA0) em cada uma das expressões de concentração 
(GOMIDE, 1979). 
 
Aplicando essa fatoração para o componente B, C e D temos: 
 
 
5.1.3 Equações para concentração em sistemas contínuos 
Para sistemas com escoamento contínuo, a concentração de A é calculada: 
 
Sendo que: 
• CA = concentração de A; 
• FA = vazão molar; 
• V = vazão volumétrica. 
 
, 
 
 
90 
 
No caso dos reatores contínuos, para a reação genérica aA + bB ↔ cC+ dD, as 
concentrações dos componentes A, B, C e D são dadas pelas equações de 
concentração dos componentes A, B, C e D para um reator contínuo são as seguintes 
(FOGLER, 2014): 
 
5.1.4 Concentrações em fase líquida 
As equações de concentração em fase líquida são obtidas de maneira muito 
semelhante à que foi apresentada para concentrações em sistemas em batelada. 
Contudo, para reações em fase líquida, a concentração de A(CA) um determinado 
ponto é obtido pela razão entre a vazão molar (FA) e a vazão volumétrica (v) nesse 
ponto. 
 
, 
 
 
91 
 
5.1.5 Concentrações em fase gasosa 
Na maioria dos sistemas em batelada em fase líquida e em alguns em fase gasosa, o 
volume da reação ou a vazão volumétrica não varia conforme a reação progride. 
Porém, existem diversas situações, especialmente no meio industrial, em que o 
volume ou a vazão volumétrica varia. 
A concentração total (CT) é definida pela razão entre a vazão molar total (FT) e a vazão 
volumétrica (v), conforme a equação abaixo. 
 
Segundo Fogler (2014), empregando essas equações e assumindo valores desprezíveis 
de Z (fator de compressibilidade), é possível expressar a concentração de espécies de 
uma reação gasosa em um sistema contínuo, em função da vazão molar (Fn), da 
temperatura (T) e da pressão total (P), como mostra a equação abaixo: 
 
5.16 Aplicabilidade da tabela estequiométrica em reações contínuas e descontínuas 
A partir do que vimos até aqui, pode-se notar que, se a lei de velocidade depender de 
mais de uma espécie do meio reacional, será necessário relacionar as concentrações 
das diferentes espécies umas com as outras, a fim de expressar a concentração como 
uma função da conversão (SCHMAL, 2010). 
Essa relação (entre as concentrações das diferentes espécies) é mais facilmente 
estabelecida utilizando-se uma tabela estequiométrica. 
, 
 
 
92 
 
A seguinte reação genérica é utilizada para representar as relações para a tabela 
estequiométrica: 
 
Para a formulação da tabela estequiométrica, o reagente A será empregado como 
limitante, ou seja, será a base do cálculo. 
Devido a isso, a reação anterior pode ser dividida pelo coeficiente estequiométrico do 
reagente A: 
 
Veremos agora uma análise para reatores descontínuos (Batelada) e contínuos (CSTR e 
Tubular): 
a) Para sistemas descontínuos 
Para sistemas em batelada, pode-se considerar o esquema demonstrado na Figura 5.1. 
Nele, tem-se um sistema em batelada no qual ocorre uma reação do tipo aA + bB ↔ 
cC + dD. 
 No início do processo, ou seja, no tempo t = 0, o reator é aberto, e é adicionado um 
determinado número de mols das espécies A, B, C, D e I (inertes, geralmente o 
solvente). Assim, teremos NAO, NBO, NCO, NDO e NIO no reator. 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Figura 5.1 – Reator em batelada operando uma reação aA + bB ↔ cC + Dd 
, 
 
 
93 
 
O Quadro 5.1 mostra a tabela estequiométrica para reatores descontínuos. 
Quadro 5.1 – Tabela estequiométrica para um sistema descontínuo 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
b) Para sistemas contínuos 
Para sistemas contínuos, a tabela estequiométrica é bastante semelhante à de 
sistemas em batelada. As únicas diferenças consistem na substituição de Nn0 por Fn0 
e de Nn por Fn. Ou seja, o número de mols das espécies é substituído pela sua vazão 
molar. Assim como na construção da tabela estequiométrica para sistemas em 
batelada, para sistemas contínuos o reagente A é utilizado como base (reagente 
limitante) e todos os termos da reação devem ser divididos pelo coeficiente 
estequiométrico da espécie A, resultando, assim, em (LEVENSPIEL, 2000): 
 
Na Figura 5.2, verificamos o esquema geral para determinada reação em um reator de 
fluxo contínuo. Para esse tipo de sistema, há constantemente na entrada as vazões 
molares das espécies (FA0, FB0, FC0, FD0 e FI0) e, na saída, as vazões molares de saída 
das espécies (FA, FB, FC, FD e FI). 
, 
 
 
94 
 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Figura 5.2 - Esquematização de um reator de escoamento contínuo e as vazões 
molares das espécies 
Quadro 5.2 – Tabela estequiométrica para um sistema contínuo 
 
 
Fonte: FOGLER, 2014. 
Conforme Fogler (2014), nesse caso, θn é dado pela equação abaixo (focada para o 
componente B): 
 
, 
 
 
95 
 
 5.2 Vazões molares no projeto de reatores isotérmicos 
Existem muitos casos reais em que é muito mais interessante trabalharmos em termos 
de número de mols (NA, NB) ou de vazões molares (FA, FB, etc.) do que de conversões. 
Reatores com membrana e reações múltiplas ocorrendo em fase gasosa são dois de 
tais casos em que vazões molares são preferíveis à conversão (FOGLER, 2009). 
Cada tipo de reator tem uma equação de balanço molar associada a ele. Para um 
elemento de volume do reator, o balanço molar é representado na Figura 5.3. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 5.3 - Balanço de massa para um elemento de volume do reator 
O balanço molar geral é dado pela equação abaixo para uma espécie j qualquer: 
 
Sendo que: 
▪ Fj0 = taxa de fluxo molar de entrada, 
▪ Fj = taxa de fluxo molar de saída; 
▪ Gj = geração/consumo de mols; 
▪ Termo diferencial = acúmulo de mols em relação ao tempo. 
Se as variáveis do sistema forem uniformes em todo seu volume, teremos : 
, 
 
 
96 
 
 
Podemos a Equação de Balanço Molar Geral variando o volume do sistema: 
 
5.2.1 Para reatores em batelada 
Um reator em batelada não tem entrada ou saída de reagentes/produtos quando a 
reação está ocorrendo (Fj0 = Fj = 0). Assumido que o conteúdo do reator está 
perfeitamente misturado, um balanço de molar no reator pode ser escrito para uma 
espécie j conforme a Equação 4 (DAVIS; DAVIS, 2003): 
 
Como Nj = Cj . V, temos a equação abaixo também válida para um reator em batelada 
de volume constante: 
 
Sendo que: 
Cj = concentração molar (mols/volume) do reagente j. 
5.2.2 Reator contínuo (CSTR) 
Os CSTRs são operados em estado estacionário (acúmulo = 0) e são considerados 
perfeitamente misturados. Isso torna a temperatura, a concentração e a taxa de 
reação independentes da posição no reator (DAVIS; DAVIS, 2003). 
Concluindo, o balanço molar para o componente j em um reator CSTR é mostrado pela 
equação abaixo:, 
 
 
97 
 
 
Sabendo-se que Fj = Cj . V, podemos apresentar outra versão da equação acima: 
 
Sendo que: 
• v e v0 = vazões volumétricas na saída e na entrada do reator. 
5.2.3 Para reatores PFR 
Em um PFR, as propriedades do fluido são uniformes em qualquer seção transversal 
normal à direção do fluxo, e variações existem apenas ao longo do comprimento do 
reator. Além disso, assume-se que nenhuma mistura ocorre entre os elementos de 
volume de fluido adjacentes radialmente (normal ao fluxo) ou axialmente (direção do 
fluxo). Ou seja, cada elemento de volume que entra no reator tem o mesmo tempo de 
residência, uma vez que não troca massa com seus vizinhos (DAVIS; DAVIS, 2003). 
Dessa forma, o balanço molar para o reator PFR é expresso pela equação abaixo: 
 
5.2.4 Reator PFR pistonado (PBR) 
Num reator PRF pistonado, mais conhecido como PBR, normalmente o meio reacional 
se encontra em determinada fase (líquida ou gasosa) e existe um catalisador na fase 
sólida. Também costuma ser chamado de reator catalítico de leito fixo, em que o 
catalisador sólido é constituído de inúmeras e pequenas partículas depositadas ao 
longo do comprimento de um tubo (DAVIS; DAVIS, 2003). 
, 
 
 
98 
 
Para uma reação heterogênea (como as interações fluido–sólido), de acordo com os 
autores, a massa do catalisador sólido, W, é o que importa, ao invés do volume do 
sistema. 
Portanto, a taxa de reação tem unidades de mols de j por unidade de massa de 
catalisador por unidade de tempo. 
Dessa forma, o balanço molar para o reator PBR é expresso pela equação abaixo: 
 
5.3 Balanços molares para reatores — análise em fases líquida e gasosa 
As reações podem ocorrer tanto em fase líquida quanto em fase gasosa. As análises 
para as reações que ocorrem nessas fases apresentam algumas particularidades. 
a) Fase Líquida 
Para reações em fase líquida, em que não há variação de volume, a concentração é a 
variável preferida para trabalharmos. Os balanços molares para a reação genérica visto 
na equação abaixo. 
 
O quadro 5.3 mostra balanços molares para os reagentes A e B de reações em fase 
líquida. 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
99 
 
Quadro 5.3 – Balanços molares para os reagentes A e B de reações em fase líquida 
 
Fonte: Fogler, 2009. 
b) Fase gasosa 
Os balanços molares para reações em fase gasosa são apresentados no Quadro 5.2 em 
termos do número de mols (reator em batelada) ou das vazões molares (outros 
reatores), para a lei genérica de velocidade para a reação genérica (FOGLER, 2009). 
As vazões molares para cada espécie, Fj, são obtidas a partir de um balanço molar para 
cada espécie, conforme mostrado no Quadro 5.4. 
Quadro 5.4 – Balanços molares para os todos os componentes de uma reação em 
fase gasosa 
 
Fonte: Fogler, 2009. 
, 
 
 
100 
 
Para resolvermos esse tipo de problema, precisamos estabelecer uma lei de velocidade 
para o sistema em estudo: 
 
Apenas com a lei de velocidade em relação a A podemos determinar as outras 
velocidades relativas de reação, fazendo uso da estequiometria: 
 
As leis de velocidade relativas de B, C e D, respectivamente: 
 
Se estivermos trabalhando com um reator com escoamento em vazão volumétrica 
variável, para relacionarmos concentrações e vazões molares podemos usar a equação 
abaixo: 
 
Dessa forma, para cada um dos elementos da reação, as concentrações representadas 
são: 
 
, 
 
 
101 
 
5.4 Conhecendo as reações homogêneas 
Caro aluno, antes de mais nada, vamos falar sobre o que vem a ser reações 
homogêneas? 
5.4.1 Reações homogêneas 
As reações químicas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. Porém, na 
engenharia das reações químicas, a forma mais útil e comum de classificá-las é por 
meio do número e do tipo de fases envolvidas na reação estudada, as quais podem ser 
homogêneas ou heterogêneas. Neste capítulo, no entanto, o enfoque será dado às 
reações homogêneas. Uma substância simples pode existir em diferentes fases, isto é, 
em diferentes formas físicas, as quais incluem as formas sólida, líquida e gasosa 
(ATKINS; JONES, 2012). As reações homogêneas, entretanto, são aquelas que ocorrem 
em uma única fase, ou seja, todos os participantes da reação estão no mesmo estado 
físico. Além disso, nas reações homogêneas os participantes têm composição uniforme 
(SILVEIRA, 2015). 
Além dessa classificação, as reações também podem ser classificadas como catalíticas 
e não catalíticas. O que diferencia um tipo do outro é que nas reações catalíticas a taxa 
ou velocidade da reação é alterada por materiais que não são reagentes e nem 
produtos. Esses materiais são denominados catalisadores e não necessitam estar 
presentes em grandes quantidades nas reações, sendo que esses agem acelerando ou 
retardando a reação em que estão atuando e não são significativamente modificados. 
O Quadro 5.5 apresenta a classificação de reações químicas homogêneas não 
catalíticas, catalíticas e alguns exemplos de reações para cada tipo (LEVENSPIEL, 2000). 
Quadro 5.5 – Reações homogêneas catalíticas e não catalíticas 
 
Fonte: Levenspiel, 2000. 
, 
 
 
102 
 
Um exemplo bastante conhecido de reação homogênea catalítica em fase gasosa é a 
oxidação do dióxido de enxofre (ou anidrido sulfuroso) - SO2 sulfúrico (ou anidrido 
sulfúrico, ou trióxido de enxofre) - SO3 a óxido , catalisada pelo óxido nítrico (NO) no 
processo de produção do ácido sulfúrico em câmara de chumbo. O óxido nítrico 
promove a reação de oxidação de acordo com as seguintes equações químicas 
(SILVEIRA, 2015): 
 
Então, reações homogêneas ocorrendo no interior de reatores em processos químicos 
dão origem ao que chamamos de reatores homogêneos, que possuem meios 
totalmente líquidos ou totalmente gasosos, a depender da reação ocorrida (FOGLER, 
2009). Normalmente, as reações homogêneas ocorrem no interior de reatores simples, 
os quais têm três modos de contato ou de escoamento ideal, conforme Figura 5.4, 
sendo eles de batelada, de escoamento pistonado (ou PFR) e de escoamento com 
mistura perfeita. Esses reatores têm uma forma simples para encontrar suas equações 
de desempenho e, frequentemente, é possível verificar qual dos três modos vai nos 
dar a maior quantidade do produto desejado após a reação química (LEVENSPIEL, 
2000). 
 
Fonte: Levenspiel, 2000. 
Figura 5.4 – Tipos de reatores simples ideais 
, 
 
 
103 
 
5.5 Cinética química em reações homogêneas 
Cinética química é a ciência que estuda as velocidades com que ocorrem as reações 
químicas. A palavra “cinética” sugere movimento ou mudança e, aqui, ela se refere à 
velocidade de uma reação química, e que normalmente é baseada na variação da 
concentração de um reagente ou de um produto com o tempo (CHANG; GOLDSBY, 
2013). 
 A velocidade de uma reação química pode envolver diferentes variáveis que a 
influenciam, tais como temperatura, pressão, concentração, propriedades do 
catalisador, se estiver presente, grau de mistura, etc. A cinética química possibilita a 
relação entre a velocidade de reação e os parâmetros de processo em nível 
macroscópico, como concentração, pressão e temperatura. Assim, cria a possibilidade 
para realizar a ligação entre o sistema de moléculas reagentes e o sistema 
macroscópico da engenharia de reações industriais (SILVEIRA, 2015). 
5.5.1 Determinação da velocidade de reação 
A cinética ou velocidade de uma reação química pode ser expressa pela taxa de 
reação, identificada por r (do inglês rate). Nas reações homogêneas essa taxa é 
baseada na unidade de volume do fluido e pode ser expressa em relação a um 
componente i, como sendo o número de moles da espécie i que se forma ou 
desaparece por unidade de tempo em um determinado volume do sistema 
(MAZZUCCO, 2007). 
Observe a equação abaixo: 
 
O Quadro 5.6 demonstra várias equações relacionadas com a velocidade. 
 
 
, 
 
 
104 
 
Quadro 5.6 – Equações relacionadas com a velocidade de reação 
 
Fonte:FERRARI, 2021. 
5.5.2 Velocidade e estequiometria 
Ainda considerando a reação homogênea aA + bB → cC + dD e A o reagente limitante, 
que governa a reação, a taxa de reação pode ser dada 
 
Essa equação imediatamente abaixo considera apenas o A interferindo na taxa de 
reação, e o volume da reação está relacionado com a conversão que, por sua vez, 
indica o progresso da reação. 
 Essa conversão pode ser obtida por: 
 
Sendo que: 
▪ CA,O = concentração inicial de A 
▪ CA,f = concentração final de A 
 
, 
 
 
105 
 
▪ Início da reação em t=0: 
▪ Após um tempo = t: 
Portanto, o avanço da reação vai estar relacionado com a concentração do reagente 
limitante CA e a sua conversão xA: 
 
Por meio da estequiometria é possível obter a relação entre esse reagente limitante A 
e os demais a partir das equações abaixo: 
 
A taxa de uma reação química depende basicamente de três fatores (FOGLER, 2009): 
1. volume — volume constante ou variável; 
2. tipo — elementar ou não elementar; 
3. reversibilidade — reversível ou irreversível. 
Vamos analisar cada item acima? 
1. Volume da reação 
As reações químicas podem ocorrer a volume constante, isto é, o volume não se altera, 
conforme utilizamos nos cálculos de estequiometria até aqui. Mas algumas reações 
também podem ocorrer a volumes variáveis. Nesse caso, a relação entre o volume e a 
conversão pode ser dada pela equação abaixo .(SILVEIRA, 2015). 
, 
 
 
106 
 
 
onde ε é a fração de variação do volume é: 
 
e 𝛾𝐴0 é a fração molar inicial de A e 
Se ocorrer variação de volume, teremos outra equação (LEVENSPIEL, 2000). 
 
2. Elementaridade da reação 
Uma reação é considerada elementar quando a expressão da taxa de reação segue as 
proporções estequiométricas, ou seja, as pseudo-ordens de cada um dos componentes 
dessa reação são numericamente iguais aos seus coeficientes estequiométricos. 
Costuma-se dizer que essas reações ocorrem em uma única etapa (LEVENSPIEL, 2000). 
Por exemplo, uma reação homogênea aA + bB → cC + dD com taxa de reação será: 
 
Caso contrário, a reação é chamada de não elementar, como é o caso da reação A + B 
→ 2C, que tem taxa de reação igual a: 
 
Nas reações não elementares isso não acontece, pois nessas reações as pseudo-ordens 
dos componentes não são numericamente iguais aos seus coeficientes, porque 
ocorrem em várias etapas e podem ser descritas por uma série de reações 
elementares. Nesse caso, a etapa mais lenta é que vai determinar a taxa da reação 
(LEVENSPIEL, 2000). 
, 
 
 
107 
 
3. Reversibilidade da reação 
As reações reversíveis são aquelas em que os produtos também conseguem reagir 
entre si, formando novamente os reagentes, e estas terão taxa de reação como sendo 
a soma das taxas da reação direta e da reação reversa (LEVENSPIEL, 2000). 
Para reações do tipo teremos: 
 
Teremos a taxa de consumo de A na reação direta: 
 
E a taxa de formação de A na reação reversa: 
 
A taxa da reação reversível será, portanto: 
 
Conclusão 
Este bloco mostrou para o aluno os conceitos iniciais as aplicações estequiométricas 
nos projetos de reatores, as vazões molares nos projetos de reatores isométricos, os 
balanços molares para reatores em fase líquida e gasosa, as reações homogêneas e a 
cinética química em reações homogêneas. 
REFERÊNCIAS 
ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio 
ambiente. Porto alegre: Bookman, 2012. 
BADINO Jr, A. C.; CRUZ, A. J. G. Reatores químicos e bioquímicos: um texto 
introdutório. São Carlos: UFSCar, 2012. 
, 
 
 
108 
 
CHANG, R.; GOLDSBY, K. A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. 
DAVIS, M. E.; DAVIS, R. J. Fundamentals of chemical reaction engineering. New York: 
McGraw-Hill, 2003.FÁBREGA, F. M. Cálculo de reatores I. Pitágoras. Jundiaí. 2012 
FERRARI, T.C. [et al.]. Cinética e projeto de reatores homogêneos [recurso eletrônico]; 
revisão técnica: Bruno Selim Avian Valente. – Porto Alegre: SAGAH, 2021 
FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas. 4. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2009. LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 
2009. 
FOGLER, H. S. Cálculo de reatores: o essencial da engenharia das reações químicas. 
Rio de Janeiro: LTC, 2014. 598 p. 
GOMIDE, R. Estequiometria industrial. 2. ed. São Paulo: Edusp, 1979. 
HIMMELBLAU, D. M.; RIGGS, J. B. Engenharia química: princípios e cálculos. 8. ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2014. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2014. 
PEREIRA, M. A. Introdução a reatores químicos: notas de aula. Lorena: Escola de 
Engenharia de Lorena - USP, 2012. (Apostila de Cinética Química: capítulo 07 - 
Introdução a Reatores Químicos, Curso de Cinética Química - Escola de Engenharia de 
Lorena - USP). Disponível em: 
http://www.marco.eng.br/cinetica/notasdeaula/capitulo-7.pdf. Acesso em: 15 jun. 
2021. 
MAZZUCCO, M. M. Introdução à cinética química. São Paulo: USP, 2007 
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2014. 
SCHMAL, M. Cinética e reatores: aplicação na engenharia química. 3. ed. Rio de 
Janeiro: Synergia, 2017. 
, 
 
 
109 
 
SILVEIRA, B. I. Cinética química das reações homogêneas. 2. ed. São Paulo: Blucher, 
2015. 
WRIGHT, M. R. An introduction to chemical kinetics. West Sussex: John Wiley & Sons, 
2004. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
, 
 
 
110 
 
 
6 REATORES HOMOGÊNEOS E HETEROGÊNEOS 
Apresentação 
Neste bloco, veremos os contextos importantes para o conteúdo dos reatores, 
basicamente falando dos modelos cinéticos das reações simples e múltiplas, além do 
contexto dos reatores homogêneos ideais e do contexto dos reatores heterogêneos. 
6.1 Modelos cinéticos para reações simples e múltiplas 
Prezado aluno, o conceito de cinética química, portanto, está diretamente ligado ao 
das reações químicas e, como consequência, ao da velocidade de reação. 
De modo geral, Schmal (2010) classifica as reações da maneira apresentada a seguir: 
▪ Reações irreversíveis: ocorrem em um único sentido. Exemplo: 
 
▪ Reações reversíveis: ocorrem nos dois sentidos. Exemplo: 
 
▪ Reações elementares: ocorrem em uma única etapa; 
▪ Reações não elementares: ocorrem em várias etapas, e a resultante pode não 
ser elementar; 
▪ Reações simples: ocorrem em uma etapa única e podem ser elementares ou 
não. Se a ordem da reação coincidir com a estequiometria, a reação será 
simples e elementar; 
▪ Reações complexas: ocorrem várias reações simultaneamente em série, em 
paralelo ou de ambas as formas, de maneira combinada. 
Antes de iniciar a definição das equações, é importante conhecermos dois conceitos: 
equilíbrio químico e constante de equilíbrio (expressa por k neste capítulo). Pode-se 
, 
 
 
111 
 
dizer que uma reação química atinge o equilíbrio quando as velocidades das reações 
direta e indireta são iguais no tempo, assim como, as concentrações dos reagentes e 
dos produtos permanecem iguais, sem sofrer alterações. A constante de equilíbrio (k) 
é a divisão em que o numerador é o produto das concentrações dos produtos, e cada 
elemento elevado ao expoente estequiométrico da equação balanceada e o 
numerador são os reagentes também elevados à exponencial com o respectivo valor 
do coeficiente estequiométrico (CHANG; GOLDSBY, 2013). 
As equações simples ocorrem quando a estequiometria da reação está conforme a sua 
equação em diferentes temperaturas. Quando o modelo da estequiometria adotado e 
a velocidade de reação forem simples, logicamente teremos uma reação simples. Se 
for utilizada mais de uma relação estequiométrica para representar as transformações 
da reação e mais de uma expressão cinética for necessária para acompanhar as 
variações de processo dos componentes da reação, teremos as reações múltiplas 
(LEVENSPIEL, 1994). 
 As reações múltiplas, como definido anteriormente, podem ser separadasem série, 
em paralelo ou podem ser complexas (quando as reações em série e em paralelo 
atuam de forma conjunta) (LEVENSPIEL, 1994). 
▪ Reações em série: 
 
▪ Reações em paralelo laterais: 
 
▪ Reações em paralelo competitivas: 
 
, 
 
 
112 
 
O mecanismo da reação envolve a colisão ou a interação entre as moléculas A e B, 
resultando no produto desejado. O número de colisões ou interações entre as 
moléculas dependerá da velocidade da reação ou, ainda, da mesma proporção da 
velocidade. Nesse caso, a uma dada temperatura, a velocidade de consumo de A pode 
ser expressa como (LEVENSPIEL, 1994): 
 
Nos casos em que a velocidade da reação corresponde a uma equação 
estequiométrica, ela é classificada como elementar. Quando não existe a relação entre 
estequiometria e velocidade mostrada anteriormente, a reação é não elementar, 
como exemplifica a reação entre hidrogênio e bromo (LEVENSPIEL, 1994): 
 
A equação da velocidade da reação é escrita como (LEVENSPIEL, 1994): 
 
O estudo das reações não elementares parte do princípio de que uma reação simples 
é, na verdade, o efeito global de várias reações não elementares. Para estudar a 
cinética do equilíbrio inicial, pode ser considerada a seguinte reação elementar 
(LEVENSPIEL, 1994): 
 
A velocidade de formação R conforme equação direta é (LEVENSPIEL, 1994): 
 
, 
 
 
113 
 
A velocidade da reação inversa é expressa como (LEVENSPIEL, 1994): 
 
No equilíbrio químico, quando não existir mais a formação do R, teremos a seguinte 
expressão (LEVENSPIEL, 1994): 
 
Na equação, devido à relação k1 / k2 conforme a seguir (LEVENSPIEL, 1994): 
 
Para o equilíbrio químico, tem-se (LEVENSPIEL, 1994): 
 
As reações citadas são válidas para o estado de equilíbrio químico. 
Quando o equilíbrio não existe, as reações não são válidas. Uma vez que kC e k1 / k2 
são constantes independentemente da concentração dos produtos e são iguais na 
concentração (quando atingido o equilíbrio), eles devem ser iguais em todas as 
concentrações. Com base nisso, para uma dada reação elementar, teremos 
(LEVENSPIEL, 1994): 
 
, 
 
 
114 
 
No caso das reações não elementares, como já mencionamos, não é possível 
estabelecer a relação no equilíbrio químico, as velocidades de reação e as 
concentrações de forma simples. Por fim, após verificada a classificação das reações, a 
cinética pode ser definida muito mais como funcionando de maneira dinâmica, que 
envolve movimentação entre moléculas de produtos e reagentes, do que como uma 
situação em repouso, mais estática. Em relação à cinética, o sistema estará em 
equilíbrio quando a velocidade das reações elementares, diretas e indiretas, forem 
iguais (LEVENSPIEL, 1994). 
 6.2 Conhecendo os reatores homogêneos ideais 
Prezado aluno, vamos conhecer a performance dos projetos de reatores quando se 
trata de reações simples. Vamos conhecer o rendimento e a seletividade dos reatores 
para os processos em que ocorrem reações múltiplas. Por último, você vai conferir 
como a associação de reatores pode influenciar a conversão dos reagentes nos 
produtos desejados. 
6.2.1 Projeto de reatores ideais — reações simples 
Antes de compararmos os reatores, faz-se necessário relembrar as equações de 
projeto entre os modelos de reatores ideais, apresentadas no Quadro 6.1, abaixo: 
Quadro 6.1 – Equações de projeto para reatores ideais 
 
Fonte: Levenspiel, 2011. 
A partir das equações apresentadas, vamos avaliar um comparativo da performance 
dos reatores para as reações simples. Vamos avaliar os seguintes reatores: 
, 
 
 
115 
 
Os reatores descontínuos ou batelada têm um grande benefício: apresentam menor 
custo de instrumentação e proporcionam flexibilidade de operação (podem ser 
desligados de forma fácil e rápida). Entretanto, eles têm elevado custo operacional e 
de mão de obra, já que requerem algum tempo para realizar o ciclo de esvaziar, limpar 
e encher novamente entre uma batelada e outra. Além disso, há a dificuldade de 
manter o controle de qualidade do produto. Então, conclui-se que os reatores em 
batelada são mais adequados para produzir uma pequena quantidade de material e 
mais de um produto diferente a partir de um único instrumento (LEVENSPIEL, 2011). 
Ao comparar as capacidades dos reatores para um processo definido em εA = 0, 
expressas nas seguintes reações: 
 
No transcorrer desta reação o fluido reage no mesmo intervalo de tempo tanto em um 
reator descontínuo como em um reator PFR (do inglês plug flow reactor). 
No mesmo processo, o volume do reator é o mesmo. 
Porém, para longos períodos de produção é necessário ajustar a capacidade estimada, 
de modo a considerar o tempo de parada entre uma batelada e outra. 
6.2.2 Reações de primeira e segunda ordens: comparação entre reatores CSTR e PFR 
Para certo processo com reações de primeira e segunda ordens, a razão entre as 
capacidades dos reatores CSTR (do inglês continuous stirred tank reactor) e PFR 
depende do grau de avanço (ou extensão da reação), da estequiometria e da equação 
da taxa da reação. 
Vamos comparar as seguintes equações: 
 
Qual o objetivo da comparação? 
Esta comparação dará razão entre as capacidades. 
, 
 
 
116 
 
A equação abaixo, mostra a comparação para a maior parte das reações aproximadas 
pela Lei simples da taxa de ordem n: 
 
Onde n é variável entre 0 e 3. 
Ao avaliar a equação imediatamente acima, de velocidade, pode-se verificar que ela é 
dependente da ordem de reação (n). 
Portanto, podem existir três situações diferentes (LEVENSPIEL, 2011): 
▪ Se n > 0, podemos dizer que a velocidade da reação se REDUZ com o tempo; 
▪ Se n = 0, podemos dizer que a velocidade da reação é CONSTANTE com o 
tempo; 
▪ Se n < 0, podemos dizer que a velocidade da reação se ELEVA com o tempo. 
Sendo assim, ao se considerar os reatores CSTR, o balanço global no reator pode ser 
calculado na equação abaixo: 
 
Já para um reator PFR, o balanço global pode ser calculado conforme a equação 
imediatamente abaixo: 
 
Efetuando uma razão entre as duas últimas equações teremos: 
 
 
, 
 
 
117 
 
 
Considerando a densidade como constante, isto é, εA = 0, tem-se que: 
......Equação (1) 
Considerando que n ≠ 1 então, por integração, tem-se que: 
 
Se n = 1, tem-se que: 
Equação (2) 
As Equações 1 e 2 são postadas em um gráfico (Figura 6.1), facilitando a comparação 
rápida da performance dos reatores CSTR e PFR. 
Quando os valores da composição da alimentação (CA0) e da taxa de escoamento 
(FA0) são iguais, o eixo das ordenadas do gráfico informa diretamente a razão entre os 
volumes requeridos em qualquer conversão determinada. 
, 
 
 
118 
 
 
Fonte: LEVENSPIEL, 2000. 
Figura 6.1 – Comparação da performance dos reatores CSTR e PFR 
A Figura 6.1 mostra a comparação da performance dos reatores CSTR e PFR para 
reações de ordem n A → produtos; O eixo das ordenadas é a razão volumétrica Vm/Vp 
ou a razão dos tempos espaciais 
𝜏𝑚
𝜏𝑝
 , considerando −
se as composições de uma mesma alimentação. 
Conclui-se a partir da Figura 6.1, algumas considerações: 
a) Para uma reação particular qualquer e considerando todas as ordens de reação 
positivas, o reator CSTR é sempre maior que o PFR. 
A razão entre os volumes aumenta conforme a ordem da reação. 
, 
 
 
119 
 
b) Quando há pequenas conversões, a performance do reator é levemente afetada 
pelo tipo de escoamento. 
A razão de performance aumenta rapidamente para altas conversões e, como 
consequência, um perfil apropriado do tipo de escoamento se torna necessário para 
faixas de conversão maiores. 
c) A mudança na densidade do sistema durante a reação afeta o projeto, porém a sua 
influência é secundária quando comparada com a diferença do tipo de escoamento. 
 6.3 Conhecendo as reações heterogêneas 
Na avaliação de um sistema reacional, devemos considerar a quantidade e a fase em 
que ocorrem as reações. Basicamente, em engenharia química, os sistemasreacionais 
são divididos em duas classes: homogêneos e heterogêneos. Uma reação química é 
definida como homogênea quando ocorre em apenas uma fase, geralmente gás-gás ou 
líquido-líquido, isto é, todos os reagentes, catalisadores e produtos estão na mesma 
fase. Nessa condição, geralmente existe um solvente que compatibiliza toda a reação 
entre todos os elementos envolvidos e que participa ativamente da cinética de reação. 
Já as reações heterogêneas ocorrem em no mínimo duas fases, como gás-sólido, 
líquido-sólido ou gás-líquido. Existem ainda algumas reações que podem ter 
especificidades de classificação, como as reações biológicas e as reações 
extremamente rápidas, na queima de gases combustíveis em chama, posto que a fase 
de uma reação implica uniformidade de composição, pressão e temperatura. Para 
casos extremos como esse, uma avaliação particular e profunda é mais recomendada 
(LEVENSPIEL, 2000). 
Além das reações não catalisadas, que podem se apresentar como homogêneas e 
heterogêneas, existe também uma classe de reações com grande emprego na indústria 
química: as reações catalíticas, que também são classificadas em homogêneas e 
heterogêneas. 
As reações catalíticas envolvem o uso de catalisadores, que atuam diretamente na 
velocidade da reação, alterando o caminho da reação para formação de intermediários 
, 
 
 
120 
 
com a energia de ativação diferente da reação sem catalisador, sem, contudo, deslocar 
o equilíbrio da reação ou sofrer alterações químicas significativas, conforme a Figura 
6.2. 
 
Fonte: Ferrari, 2006. 
Figura 6.2 – Representação do ciclo catalítico 
Existem, portanto, dois grandes grupos de reações (catalíticas e não catalíticas) de 
grande importância e interesse industrial, que podem ser classificadas conforme o 
Quadro 6.1. 
Quadro 6.1 – Classificação das reações químicas para uso em projeto de reatores 
 
Fonte: LEVENSPIEL, 2000. 
Para uma avaliação comparativa entre as velocidades das reações para ambos os 
sistemas, é preciso compreender um pouco mais sobre as diferenças entre eles. 
Em um sistema reacional homogêneo, assume-se que a reação ocorre, de maneira 
igual, em todos os pontos do volume de controle. Já para o sistema reacional 
heterogêneo, deve-se considerar onde ocorre a reação heterogênea. 
, 
 
 
121 
 
Além disso, pelo fato de existir no mínimo duas fases, essa reação heterogênea se fará 
presente na fronteira do sistema, estabelecendo a condição de contorno para as 
equações que descrevem o sistema. 
As variáveis que afetam as reações químicas são parâmetros que implicam 
diretamente as taxas das reações. 
Em sistemas homogêneos, é simples designar as variáveis que afetam a reação, como 
composição, temperatura e pressão. 
Entretanto, nos sistemas heterogêneos, além dessas variáveis, existem outras, como o 
movimento de massa entre as fases durante a reação e a transferência de calor entre 
as fases da reação. Esses são parâmetros fundamentais para determinação das taxas 
de reação heterogêneas. 
Segundo Levenspiel (2000), para definir uma taxa de reação, é necessário selecionar 
um integrante (c) da reação e considerar a fase em que esse integrante está envolvido. 
Após essa definição, a taxa de variação do número de mols desse reagente pode ser 
descrita como dNc/dt, considerando o envolvimento desse integrante (c) em cada uma 
das fases, conforme o Quadro 6.2. 
Quadro 6.2 – Velocidade de transformação de um integrante (c) de uma reação em 
diferentes fases 
 
Fonte: LEVENSPIEL, 2000. 
, 
 
 
122 
 
Nos sistemas homogêneos, o volume do fluido é frequentemente o mesmo volume do 
reator. Assim, as equações (a) e (e) tornam-se a mesma, posto que V = Vr. Entretanto, 
nos sistemas heterogêneos, todas essas equações podem ser utilizadas. A seleção de 
uma delas (ou mais) é uma questão de adequação conforme a avaliação da reação. 
Para exemplificar sistemas reacionais homogêneos e heterogêneos na indústria, 
podemos citar a produção industrial do ácido sulfúrico, que inicialmente era obtido 
pela reação homogênea na etapa lenta com óxidos de nitrogênio, como o dióxido de 
nitrogênio (NO2) acelerar a reação de formação do ácido sulfúrico. No entanto, a 
metodologia foi otimizada, e o processo industrial passou a utilizar a reação 
heterogênea na conversão do SO2(g) em SO3(g) utilizando um catalisador contendo 
vanádio ) e o óxido nítrico (NO), para acelerar a reação de formação do ácido sulfúrico. 
Contudo, a metodologia foi otimizada, e o processo industrial passou a utilizar a reação 
heterogênea na conversão do SO2(g) em SO3(g) utilizando um catalisador contendo 
vanádio no estado sólido, para acelerar a conversão do dióxido de enxofre no estado 
gasoso em trióxido de enxofre também no estado gasoso. Como o reagente e o 
catalisador estão em fases distintas, essa reação é denominada catálise heterogênea 
(CAMPOS, 2011). 
Porém, para que a reação ocorra, não basta apenas elas estarem em fases distintas, 
deve-se promover o contato entre os reagentes e catalisadores para potencializar as 
reações. 
6.4 Modos de contato entre fases em um sistema bifásico 
Caro aluno, alguns fatores são fundamentais para o sucesso das reações, conforme 
você vai estudar nesta seção. Interfaces de contato. 
Em reações heterogêneas bifásicas, um importante fator a ser considerado é o contato 
entre os reagentes e/ou catalisadores, para que os choques sejam efetivos e ocorra a 
reação com a maximização dos produtos. 
Considera-se que o contato entre as fases é eficiente para promover a transferência de 
massa e calor necessária à reação. Inicialmente em uma reação, devem ser definidas 
, 
 
 
123 
 
as interfaces envolvidas no processo de escoamento bifásico, que pode ser gás-líquido, 
líquido-líquido, gás-sólido e sólido-líquido: 
a) Reações líquido-líquido: as duas fases líquidas não são miscíveis, a exemplo da 
reação de nitração com tolueno em meio ácido contendo ácido sulfúrico e nítrico. 
b) Reações líquido-sólido: uma ou mais fases líquidas estão em contato com uma ou 
mais fases sólidas, a exemplo da ação do ácido sulfúrico em uma rocha de fosfato. 
c) Reações líquido-gás: uma ou mais fases líquidas estão em contato com uma fase 
gasosa, a exemplo da absorção de um gás numa fase líquida. 
d) Reações gás-sólido: uma ou mais fases sólidas estão em contato com uma ou mais 
fases gasosas, a exemplo da reação de dessulfurização do SO2 em rocha calcária. 
A Figura 6.3. mostra o esquema das principais interfaces de contato entre distintas 
fases de uma reação heterogênea. 
 
Fonte: Vazzoler, 2019. 
Figura 6.3 – Mostra o esquema das principais interfaces de contato entre distintas 
fases de uma reação heterogênea 
, 
 
 
124 
 
Vamos tomar como exemplo uma reação heterogênea bifásica entre dois líquidos 
imiscíveis (Figura 6.4), sendo (A) substrato e (B) o catalisador. A reação pode ocorrer 
em uma das fases, em ambas as fases ou na interface entre as fases e, ao final, será 
obtido o líquido (C), contendo os produtos, e o líquido (D), contendo o catalisador 
(PRADO, 2003). 
 
Fonte: Prado, 2003. 
Figura 6.4 – Contato entre líquidos imiscíveis 
Outra forma de contato entre as fases em reações heterogêneas bifásicas é com 
interface gás-sólido. Um fluxo gasoso passa entre os poros do catalisador, sendo a 
reação favorecida na interface entre as fases, conforme a Figura 6.5. 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 6.5 – Contato entre a fase gás-sólido no catalisador automotivo 
, 
 
 
125 
 
Para cada uma das interfaces envolvidas no processo, haverá um modelo de contato 
mais apropriado para melhor eficiência da reação. 
Além do modelo de contato, devem ser consideradas as taxas de transferência (massa 
e calor) entre as fases, para estimar um fluxo ou modo de contato entre as fases para 
um projeto de reator. 
A partir do reconhecimento das etapas e mecanismos que envolvem as reações 
heterogêneas, é importante também considerara cinética da reação para selecionar 
outro fator determinante ao sucesso da reação: o modo em que os reagentes entrarão 
em contato. 
Cada modo de contato tem uma equação única para sua modelagem matemática e, 
felizmente, para os reatores reais, os modos de contato podem ser aproximados em 
um dos cinco modos ideais de escoamento, conforme destacados no Quadro 6.3. 
Quadro 6.3 – Modos ideais de contato entre dois fluidos em um escoamento bifásico 
 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
, 
 
 
126 
 
O modo de contato entre as fases é um importante item no design de um reator 
químico. 
Partindo do conhecimento da cinética da reação, das transferências de massa e calor, 
o modo de contato vem para incrementar ainda mais a eficiência da reação. 
Entretanto, para muitas reações, não bastam apenas essas variáveis. 
Mesmo selecionando as melhores condições, a reação ocorre a uma taxa tão baixa 
que, mesmo aumentando temperatura e pressão, os custos tornam-se muito elevados 
para viabilizar um processo industrial. 
 Então, considerando que muitas reações podem ser otimizadas ou ampliadas para um 
processo industrial, um importante ator entra em cena: o catalisador, para atuar 
diretamente na velocidade da reação. 
6.5 Conhecendo os fundamentos da catálise 
Prezado aluno, muitos produtos poderiam não existir ou existiriam, mas estariam 
pouco presentes no cotidiano das pessoas e com um valor muito maior se não 
existissem as reações catalíticas. 
Em relação à indústria química e toda a sua evolução, nos últimos anos uma nova 
perspectiva de uso consciente dos materiais e energia envolvidos no processo tem 
impulsionado a revisão, os ajustes e o desenvolvimento de rotas químicas que 
contribuam de maneira significativa para a saúde e o bem-estar humano e ambiental. 
Esse ramo busca sustentabilidade nas ações industriais, denominamos “química 
verde”, que tem como um de seus princípios a catálise. 
A catálise nada mais é do que reações que requerem alterações na sua velocidade, ou 
taxa, e fazem uso de catalisador, podendo este acelerar ou retardar a velocidade de 
uma reação. 
, 
 
 
127 
 
 A ação do catalisador é viabilizar um novo caminho para a reação com a formação de 
intermediários e depois ser recuperado ao final da reação, isto é, o catalisador não é 
convertido em produto. 
Os catalisadores são substâncias ou compostos empregados para a aceleração da 
velocidade em uma reação química. 
 Eles atuam na redução da energia de ativação do complexo ativado. Essa energia é a 
mínima necessária para que ocorra a reação das partículas em colisão, buscando um 
novo mecanismo para a reação química, isto é, um caminho alternativo formando 
intermediários instáveis com menos energia que os complexos da reação não 
catalisada. 
Quando esses catalisadores elevam a velocidade da reação, reduzindo a energia de 
ativação, eles são conhecidos como promotores, e o fenômeno desse tipo de catálise é 
positivo (Figura 6.6). 
 
Fonte: FERRARI, 2021. 
Figura 6.6 – Variação da energia de ativação em função do uso de um catalisador 
positive 
, 
 
 
128 
 
Existem também as reações que fazem o uso de catalisadores para retardar a 
velocidade da reação, ou seja, aumentar a energia de ativação e elevar o tempo de 
reação. 
Esses catalisadores recebem o nome de INIBIDORES, e o fenômeno é dito CATÁLISE 
NEGATIVA. 
Existem ainda substâncias que, quando adicionadas a uma reação, inibem a ação do 
catalisador, conhecidas como VENENOS DE CATALISADOR OU ANTICATALISADORES. 
Há também outro tipo de catalisador, cuja reação produz diversos sub-produtos. Num 
produto específico, ele mesmo catalisa a reação direta, sendo conhecido como 
autocatalisador, e a reação é dita autocatálise. Os catalisadores ainda podem ser 
classificados em função de sua superfície. Os que não têm a superfície definida 
geralmente estão no estado gasoso ou líquido (viscosos), e os que têm superfície 
definida estão no estado sólido. Quando os catalisadores estão no estado sólido, a 
natureza e a sua área superficial são características fundamentais da sua atividade 
catalítica, a exemplo da platina, níquel, alumina, etc. (SILVA; RODRIGUES; NONO, 
2008). 
A aplicação industrial dos catalisadores vai desde sínteses simples, como ácidos nítrico 
e sulfúrico, passa pela indústria petroquímica e de refino, no craqueamento catalítico e 
polimérico, e também no combate à poluição ambiental, na redução da emissão dos 
gases nocivos (NOX, CO e hidrocarbonetos) gerados pelos motores à combustão e 
pelas indústrias químicas. A participação dos catalisadores nas reações, portanto, 
influencia a velocidade da reação. Eles atuam sobre a cinética de reação, elevando a 
constante de velocidade (k) e reduzindo a energia de ativação (Ea) do complexo 
ativado. Porém, isso somente será possível se a escolha do catalisador for apropriada 
para uma dada reação. Para a escolha de um catalisador para uso industrial, devem ser 
consideradas três propriedades principais de ação do catalisador (HAGEN, 2006): 
▪ Atividade: rapidez de uma ou mais reações na presença do catalisador; 
, 
 
 
129 
 
▪ Seletividade: fração de reagente que é convertida no produto desejado 
(considerando que uma reação tenha mais de um produto); 
▪ Estabilidade: vida útil do catalisador considerando as estabilidades química, 
térmica e mecânica nos processos utilizados. 
6.5.1 Reações catalíticas heterogêneas 
Ocorre quando os reagentes e o catalisador estão em estados físicos diferentes. 
Sempre haverá a condição de contorno entre o reagente e o catalisador. 
Geralmente as reações ocorrem na interface entre as fases por mecanismos de 
interação entre a fase do catalisador e o reagente. 
As etapas químicas das reações heterogêneas são a adsorção de uma molécula do 
reagente na superfície de um catalisador sólido, podendo esta ser relativamente fraca, 
pelas forças de Van Der Walls, ou forças mais fortes, conhecidas como quimissorção ou 
adsorção química. 
O processo completo de interação entre um reagente e um catalisador sólido 
compreende sete etapas. Dessas, três são químicas e geralmente lentas, e quatro são 
puramente físicas (Figura 6.7). 
 
Fonte: HAGEN, 2006. 
Figura 6.7 – Etapas envolvidas na catálise heterogênea 
, 
 
 
130 
 
As sete etapas envolvidas na catálise heterogênea são as seguintes: 
▪ 1ª etapa: difusão do gás no seio do fluido para a camada-limite; 
▪ 2ª etapa: difusão do gás para dentro do poro do catalisador até a superfície de 
contato; 
▪ 3ª etapa: adsorção do gás na superfície ativa do catalisador; 
▪ 4ª etapa: reação química; 
▪ 5ª etapa: dessorção do produto do sítio ativo da superfície do catalisador; 
▪ 6ª etapa: difusão do produto de dentro do poro do catalisador para a camada-
limite; 
▪ 7ª etapa: difusão dos produtos da camada-limite para o seio do fluido. 
Diferentemente das reações homogêneas, nas reações catalíticas heterogêneas 
geralmente apenas a superfície do catalisador é a parte ativa da reação. 
Não há uma mistura homogênea das fases. 
 Por isso, a atividade por massa de catalisador é menor quando ambas as reações são 
comparadas. 
No entanto, isso é compensado pela sua facilidade de separação dos produtos ao final 
da reação, que geralmente são automaticamente removidos, considerando reações 
gás-sólido ou apenas técnicas mais simples, como filtração e centrifugação. 
Conclusão 
Este bloco mostrou para o aluno os conceitos iniciais envolvendo os modelos cinéticos 
para reações simples e múltiplas, os reatores homogêneos ideais, as reações 
heterogêneas, os modos de contato entre fases de um sistema bifásico e os 
fundamentos da catálise. 
 
 
, 
 
 
131 
 
REFERÊNCIAS 
CAMPOS, V. R. Ácido sulfúrico. Revista Virtual de Química, v. 3, n. 3, p. 210-214, 2011. 
Disponível em: http://static.sites.sbq.org.br/rvq.sbq.org.br/pdf/v3n3a06.pdf. Acesso 
em: 10 maio 2021. 
CHANG, R.; GOLDSBY, K. A. Química. 11. ed. Porto Alegre:AMGH, 2013. 
FERRARI, T.C. [et al.]. Cinética e projeto de reatores homogêneos [recurso eletrônico]; 
revisão técnica: Bruno Selim Avian Valente. – Porto Alegre: SAGAH, 2021. 
HAGEN, J. Industrial catalysis: a practical approach. 2nd ed. Weinheim: Wiley-VCH, 
2006. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. Rio de Janeiro: Edgard Blücher, 
1994. v. 1 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 3. ed. São Paulo: Blucher, 2000. 
LEVENSPIEL, O. Engenharia das reações químicas. 4. ed. São Paulo: Blucher, 2011. 
PRADO, A. G. S. Química verde, os desafios da química do novo milênio. Quím. Nova, 
v. 26, n. 5, p. 738-744, 2003. Disponível em: 
https://www.scielo.br/j/qn/a/Lr7DQT8pwN DfDPYJ53DwH6J/?lang=pt&format=pdf. 
Acesso em: 9 jun. 2021. 
SCHMAL, M. Cinética e reatores: aplicação na engenharia química: teoria e exercícios. 
Rio de Janeiro: Synergia: COPPE/UFRJ: FAPERJ, 2010. 
SILVA, J. B.; RODRIGUES, J. A. J.; NONO, M. C. A. Caracterização de materiais 
catalíticos. 2008. Tese (Doutorado) – Instituição Nacional de Pesquisas Espaciais, São 
José dos Campos, 2008. Disponível em: http://mtc-
m16c.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc--m18@80/2008/07.08.15.19/doc/publicacao.pdf. 
Acesso em: 10 maio 2021 
VAZZOLER, A. Cálculo de reatores catalíticos gás-sólido: cinética heterogênea e 
fenômenos de transferência. Vitória: Do Autor, 2019. v. 1.