3 Balanço molar em reatores industriais

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Balanço molar em 
reatores industriais
Luz Amparo Palacio Santos / UERJ
Conteúdo da disciplina
� Tipos de reatores
� Balanço material em reatores
� Definições básicas
� Projeto de reatores ideais
• Reações simples
• Reações múltiplas
� Projeto de reatores ideais não-
isotérmicos
Mapa conceitual da disciplina
Conteúdo – Balanço molar
� Balanço molar geral
� Batelada
� CSTR
� Tubular
• PFR
• PBR
Balanço molar geral
0
j
j j j
dN
F F G
dt
− + =
Fj0 FjGj
V
j jG r V=
0
j
j j j
dN
F F r dV
dt
− + =∫
Reator batelada
Reator ideal (suposições):
� Perfeitamente misturado
j
j
dN
r dV
dt
=∫
j
j
dN
r V
dt
=
CSTR
0 0j j jF F r dV− + =∫
Reator ideal 
(suposições):
� Perfeitamente 
misturado 0j j
j
F F
V
r
−
=
PFR
0 0j j jF F r dV− + =∫
Reator ideal 
(suposições):
� Escoamento uniforme
j
j
dF
r
dV
=
PBR
0 0
'
j j jF F r dW− + =∫
Reator ideal 
(suposições):
� Escoamento uniforme
j '
j
dF
r
dW
=
Resumo
� Geral
� Batelada
� CSTR
� PFR
� PBR
0
j
j j j
dN
F F r dV
dt
− + =∫
0j j
j
F F
V
r
−
=
j
j
dN
r V
dt
=
j
j
dF
r
dV
=
j '
j
dF
r
dW
=
Exemplo Exemplo 1-1 Fogler 4ª Ed.
Considere a isomerização cis-trans do 2-buteno, em 
fase líquida, que escreveremos simbolicamente 
como A � B
A reação de primeira ordem (-rA = kCA) ocorre em 
um reator em que a vazão volumétrica, v, é
constante, ou seja, v = v0. Para um reator CSTR e 
para um PFR:
1.Deduza uma equação relacionando o volume do 
reator às concentrações de A entrando e saindo 
2. Determine o volume necessário do reator de 
modo a reduzir a concentração existente para 10% 
da concentração de entrada, quando a vazão de 
entrada for igual a 10 dm3/min e a velocidade 
específica de reação, k, for 0,23 min-1. 
Resolução . 
CSTR:
1. 
2. V = 391,3 dm3
PFR:
1.
2. V = 100 dm3
0 0 1A
A
v CV
k C
 
= − 
 
0 0A
A
v CV ln
k C
=