Aula 2 Reatores Introdução

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U S P – E E L - E s c o l a d e E n g e n h a r i a d e L o r e n a 
Reatores – Aula 2 – Introdução a Engenharia de Reatores 
 
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Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira 
 
1 – Revisão de Conceitos Fundamentais 
 
 
Estequiometria: Regra Geral 
 
aA + bB → rR + Ss e então tem-se que : 
s
N
r
N
b
N
a
N SRBA Δ=Δ=Δ=Δ 
 
 
Conversão (ou fração convertida) de uma espécie química A em uma reação química é a 
relação entre o número de moles de A que reage e o número inicial de moles introduzido no 
reator. 
 
0
0
A
AA
A N
NN
X
−= 
 
AAAA NNXN −= 00 ⇒ ( )AAA XNN −= 10 e AAA NXN 0 Δ= 
 
 
Concentração Molar é o número de moles de uma espécie A em função do volume. 
 
V
NC AA = e ( )AAA XNN −= 10 e ( )AA XVV ξ+= 10 
 ( )
( )
( )
( )AA
AA
AA0
AA
A Xξ1
X1C
 
Xξ1V
X1N
 C 00 +
−=+
−= 
 
 
Velocidade de Reação Química 
 
Seja a reação : A → produtos 
 
n
AA Ckr =− onde: k = constante de velocidade e n = ordem de reação. 
 
 
Unidades de constante de velocidade 
Para uma equação de velocidade geral do tipo : ( ) nAA Ckr =− ou nAA kCdt
dC =− 
tem-se que as unidades da constante de velocidade sempre serão do tipo : 
n
volume
molk
tempovolume
mol
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
 
*
 e ( ) ( ) 11 −−= temponvolumemolk 
 
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Efeito da Temperatura na Velocidade de uma Reação 
 
RTEekk −= 0 ⇐ Lei de Arrhenius ⇒ TR
Ekk 1 ln ln 0 −= 
 
 
Reações Isotérmicas a Volume Constante 
(i) as reações em fase líquida ou 
(ii) as reações em fase gasosa onde Δn=0 (Δn é o somatório dos coeficientes 
estequiométricos dos produtos gasosos subtraído do somatório dos coeficientes 
estequiométricos dos reagentes gasosos em uma reação química). 
 
 
 
2 – Conceitos Gerais de Sistemas Contínuos 
 
 
Velocidade molar (ou vazão molar) 
É a razão entre o número de moles pelo tempo. Seu símbolo é F. 
 
 
Vazão 
É a relação entre o volume por unidade de tempo. Seu símbolo é v0 . 
 
 
Relação entre velocidade molar (F) e vazão (v0) 
 
C
volume
mol
tempo
volume
tempo
mol
v
F
tempo
volumev
tempo
molF
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
=⇒
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
 
 
Em resumo : i
i C
v
F = 
 
 
Conversão para Operações Contínuas 
 
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
=−=
t
N
t
N
t
N
N
NN
X
A
AA
A
AA
A
0
0
0
0 ⇒ 
0
0
A
AA
A F
FF
X
−= 
 
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3 – Conceitos Gerais de Diluição 
 
 
3.1 - Sistemas Descontínuos 
Conforme já visto no curso de Cinética tem-se que: 
 
 solução 1 solução 2 
 
 
 
 
 
 
 Seja: 
 CA1 concentração da substancia A na solução 1 
 CA2 concentração da substancia A na solução 2 
 CA0 concentração inicial da substancia A para a reação química (após a mistura de 
ambas as soluções) 
 V1 volume da solução 1 
 V2 volume da solução 2 
 V0 volume inicial da reação (V1 + V2 ) 
 
A regra geral de uma diluição sempre será somar os números de moles de cada uma das soluções: 
21 AAA
NNN
o
+= 
 
e que analisada sobre o conceito de concentração, conduz a : 21 21 VCVCVC AAAo += 
 
e que conduz a : V
VCVC
C AAAo
21 21
+= 
 
 
3.2 - Sistemas Contínuos 
Raciocínio idêntico ao anterior se aplica aos sistemas contínuos (que serão amplamente estudados na 
disciplina de Reatores). 
 
 corrente 1 corrente 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Seja: 
 FA1 velocidade molar da substancia A na corrente 1 
 FA2 velocidade molar da substancia A na corrente 2 
 FA0 velocidade molar da substancia A no inicio da reação química (após a mistura de 
ambas as soluções) 
 v1 vazão da solução 1 
 v2 vazão da solução 2 
 v0 vazão inicial da reação (v1 + v2 ) 
 
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A regra geral de uma diluição sempre será somar os números de moles de cada uma das soluções 
(expressos aqui em função do tempo): 
21 AAA
FFF
o
+= 
e que analisada sobre o conceito de concentração, conduz a : 21 21 vCvCvC AAoAo += 
 
e que conduz a : 
o
AA
A v
vCvC
C
o
21 21
+= 
 
 
4 – Tabela Estequiométrica 
 
 
4.1 – Introdução 
Seja a reação química: aA + bB → rR + sS 
 
s
N
r
N
b
N
a
N SRBA Δ=Δ=Δ=Δ 
 
AAAB XNa
b
ΔN 
a
b
ΔN
0
== 
 
AAAR XNa
r
ΔN 
a
r
ΔN
0
== 
 
AAAS XNa
s
ΔN 
a
s
ΔN
0
== 
 
 
4.2 - Operação Descontínua 
 
aA + bB → rR + sS 
 
em t = 0 ⇒ 
00000 ISRBA
N,N,N,N,N 
 
em t = t ⇒ ΙSRΒΑ Ν,Ν,Ν,Ν,Ν 
 
Espécie Início da reação Reage Final da reação 
A 
0A
N AA XN 0− AAA XNN 00 − 
B 
0B
N AA XN 0a
b− AAB XNN 00 a
b− 
R 
0R
N AA XN 0a
r+ AAR XNN 00 a
r+ 
S 
0S
N AA XN 0a
s+ AAS XNN 00 a
s+ 
I 
0I
N _ 
0I
N 
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 É comum expressar os parâmetros reacionais da reação em função de concentração. 
Entretanto, como concentração é função do volume a tabela estequiométrica deve ser montada 
para N (número de moles) e em seguida aplicada às reações químicas com variação de volume 
(onde 0ξA ≠ ) ou sem variação de volume (onde 0ξA = ). 
 
 Para as reações químicas a volume variável [ ( )AA0 Xξ1 VV += ], tem-se: 
 
Espécie Final da reação (Ni) Final da reação (Ci) 
A AAA XNN 00 − ( )AA Xξ+
−
1
XCC AAA 00 
B AAB XNN 00 a
b− ( )AA X
a
b
ξ+
−
1
XC C AAB 00 
R AAR XNN 00 a
r+ ( )AA X
a
r
ξ+
+
1
XC C AAR 00 
S AAS XNN 00 a
s+ ( )AA X
a
s
ξ+
+
1
XC C AAS 00 
I 
0I
N ( )AA Xξ+1
C
0I 
 
 
 Para as reações químicas a volume constante (onde 0ξA = ), tem-se que: 
 
Espécie Final da reação (Ni) Final da reação(Ci) 
A AAA XNN 00 − AAA XCC 00 − 
B AAB XNN 00 a
b− AAB XCC 00 a
b− 
R AAR XNN 00 a
r+ AAR XCC 00 a
r+ 
S AAS XNN 00 a
s+ AAS XCC 00 a
s+ 
I 
0I
N 
0I
C 
 
 
 
4.3 – Operação Contínua 
 
aA + bB → rR + sS 
 
em t = 0 ⇒ 
00000 ISRBA
F,F,F,F,F 
 
em t = t ⇒ ΙSRΒΑ F,F,F,F,F 
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Espécie Início da reação Reage Final da reação 
A 
0A
F AA XF 0− AAA XFF 00 − 
B 
0B
F AA XF 0ab− AAB XFF 00 a
b− 
R 
0R
F AA XF 0a
r+ AAR XFF 00 a
r+ 
S 
0S
F AA XF 0a
s+ AAS XFF 00 a
s+ 
I 
0I
F _ 
0I
F 
 
 Como concentração é função do volume, e para operação continua: 
v
FC ii = . 
 Para as reações químicas a volume variável [ ( )AA0 Xξ1 VV += ], tem-se: 
 
Espécie Final da reação (Fi) Final da reação(Ci) 
A AAA XFF 00 − ( )AA Xξ+
−
1
XCC AAA 00 
B AAB XFF 00 a
b− ( )AA X
a
b
ξ+
−
1
XC C AAB 00 
R AAR XFF 00 a
r+ ( )AA X
a
r
ξ+
−
1
XC C AAR 00 
S AAS XFF 00 a
s+ ( )AA X
a
s
ξ+
−
1
XC C AAS 00 
I 
0I
F ( )AA Xξ+1
C
0I 
 
 
 Para as reações químicas a volume constante (onde 0ξA = ), tem-se que: 
 
Espécie Final da reação (Fi) Final da reação(Ci) 
A AAA XFF 00 − AAA XCC 00 − 
B AAB XFF 00 a
b− AAB XCC 00 a
b− 
R AAR XFF 00 a
r+ AAR XCC 00 a
r+ 
S AAS XFF 00 a
s+ AAS XCC 00 a
s+ 
I 
0I
F 
0I
C 
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5– Equações Gerais de Reatores Ideais 
 
 
5.1 – Reator Descontínuo Ideal 
 
 
entra = sai + reage + acumula 
 
Como não existe entrada ou saída durante a 
reação, os termos entra e sai são portanto iguais a 
ZERO, e a equação geral de balanço de massa de um 
reator batelada se resume a : 
 
⊕ (Reage) = (-) (Acumula) 
 
( ) ( )
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
−=
⎟⎟
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
+
reator do
dentroA reagente do
acúmulo Velocidade
 
química reação à
devidoreator do
dentroA reagente do
consumo de Velocidade
 
 
[ ] ( ) ( )( ) ⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=−=
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
=
reagente mistura
pela ocupado
reator do volume
 
reagente fluido do volumetempo
A reagente do molesV r
po)(moles/tem
reação pela
A de consumo
Re Aage 
 
 
[ ] ( )
( )[ ]
dt
dXN
dt
XNd
dt
dNacúmulo AA
AAA
0
0
1
 
 omoles/temp 
A de acúmulo
 −=−==⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 
 
( )
dt
dN A=− V rA ⇒ ( ) ( ) ( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −−=−
dt
dXN V r AAA 0 
 
( )V r
dX N
dt 
A
AA0
−= ⇒ ( )∫ −= A0
X
0
A
A
A V r
dX Nt 
 
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5.2 – Reator de Mistura Ideal 
 
entrada = saída + consumo + acúmulo 
 
Como não existe acumulo durante a reação, o 
termo acumulo é portanto igual a ZERO, e a equação 
geral de balanço de massa de um reator de mistura 
se resume a : 
 
Entrada = Saída + Consumo 
 
entrada de A,mol/tempo = ( )
000 AAA
FX1F =− ; 
 
saída de A, mol/tempo = ( )AAA X1FF 0 −= ; 
 
( )
( ) ⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=−⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
reagente
fluido pelo ocupado
reator do volume
 
reagente
fluido do volume
 tempo
A reagente de molesV r 
mol/tempo
reação, pela
A de consumo
A 
 
entrada = saída + consumo 
 ( )V r XF FF AAAAA 000 −+−= 
 
( )V rXF AAA0 −= ⇒ ( )A
AA
r
XF
V 0−= 
 
 
 
5.3 – Reator Tubular Ideal 
 
entrada = saída + consumo + acúmulo 
 
Como não existe acumulo durante a reação, 
o termo acumulo é portanto igual a ZERO, e a 
equação geral de balanço de massa de um reator 
de mistura se resume a : 
 
Entrada = Saída + Consumo 
 
entrada de A, moles/tempo = FA; 
 
saída de A, moles/tempo = FA + dFA; 
 
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( )dVrA−=⎟⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎜
⎝
⎛
omoles/temp
reação pela
A de consumo
 = ( ) ( )⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
reagente fluido do volume tempo
A reagente de moles
* ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
aconsideradreator do
seção na fluido do volume
 
 
(entrada) = (saída) + (consumo) 
 
FA = FA + dFA + (-rA) dV 
 
(-rA) dV = (-) dFA 
 
→ mas ( )[ ] ( ) AAAAA dX FX1F ddF 00 −=−= 
 
→ então : ( ) AAA dX FdV r 0=− 
 
( )∫ ∫ −=
V
0
X
0
A
A
A
A
0 r
dXFdV ⇒ ( )∫ −= A0
X
0
A
A
A r
dX FV 
 
 
5.4 – Quadro Resumo das Equações Gerais de Reatores Ideais 
 
Quadro 1 – Equações em função de NA 
Reator Forma diferencial Forma integral Forma algébrica 
Batch ( )V r
dt
dN
A
A −=− ( )∫ −−= A0A
N
N
A
A
V r
dNt - 
CSTR - - ( )A
AA
r
FF
V −
−= 0 
PFR ( )AA rdV
dF −= ( )∫ −= AA
F
F
A
A
r
dFV
0
 - 
 
 
Quadro 2 – Equações em função de XA 
Reator Forma diferencial Forma integral Forma algébrica 
Batch ( )V rA0 −=dt
dXN AA ( )∫ −= A00
X
A
A
V r
dXt AN - 
CSTR - - ( )A
AA
r
XF
V −=
0 
PFR ( )AAA rdt
dXF −=
0
 ( )∫ −= A
X
A
A
A r
dXFV
00
 - 
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Avaliação do Aprendizado 
 
 
 
Operações em Sistemas Contínuos 
 
 
1 - (P1 – 1999) - A reação química em fase líquida 2A + ½B → 2R + 3S ocorre conforme o 
esquema abaixo. 
Determine a conversão do reagente critico no interior do reator? (XA = 0,75) 
 
 (4) A e B 
(1) (v=2 L/min e CA=2 M) (2) (v=4 L/min e CB=3 M) 
 
 
 
 separador 
 (3) 
 
 
 
 
 (5) CR = 3 M 
 v = 1 L/min 
 
 
 
 
2 - (P1 – 1998) - A reação química em fase líquida 3 A + ½ B → 2 R ocorre no 
esquema apresentado abaixo, determine na saída do separador : 
 A - a produção de R (moles/hora) e a concentração de R (moles/litro) 
 b - a concentração de A (moles/litro). 
 (6) A e B E 10% R 
 
(1) (v=10 L/min) (2) (v=5 L/min e CB=3 M) 
 CA=2 M) 
 
 (5) (v=5 L/min e CA=1 M) 
 
 separador 
 
 XA = 0,30 
 
 
 
 
 
 
 (7) 90 % R (v=12 L/min) 
 
 
Resposta: CA6 = 2,37 M; NR7 = 216 mols/h; CR7 = 0,30M 
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 3 - (P1 – 1998) - A reação química em fase líquida 2A + ½B → 3R ocorre no esquema 
apresentado abaixo. 
Determine na saída do separador a produção de R (moles/hora) e a concentração de R (M)? 
Resposta: (CR8 = 0,60M) 
 
 
 (3) (v=5 L/min e CA=4 M) (7) A e B 
 
(1) (v=10 L/min e CA=2 M) (2) (v=5 L/min e CB=3 M) 
 
 (4) 
 
 separador 
 XA = 0,05 
 (5) 
 
 
 
 
 
 (8) R (v= 5 L/min) 
 
 
 
 
4 – Calcule a concentração de R na saída do separador do sistema abaixo. (CR = 1,98M) 
 
 (2) v =3 L/min(7) A e B 
 CB =4M (4) 
 (1) v =5 L/min (6) 
 v1 = 2 L/min (3) CA =1M 10 L/min 
 CA =3M água 
 Separador 
 
 XA =0,30 (5) 
 
 
 A + 1/2B → 3R 
 
 (8) R (5 l/min) 
 
 
 
 
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5 - Calcule a concentração de S na saída do separador do sistema apresentado a seguir: 
Resposta CS = 0,4125M 
 
 
 (2) 
 água 
 5 L/min 
 
 (1) 10 L/min (3) (4) 5 L/min (6) v6 = 1/3 v5 
 CA =1,5M CS=0,2M 80% de A e B 
 CB=3M 
 
 Separador 
 XA=0,60 
 
 
 A + 2B → ½ S 
 
 
 
 (7) S e 20% A e B 
 
 
 
 
 
6 - (P1 – 1997) - Para o esquema de reação apresentado abaixo, determine na saída do separador: 
 A – Qual a concentração de R (moles/litro)? 
B - Qual a produção de R (moles/hora)? 
 C - Qual a nova concentração (mol/litro) e produção (mol/hora) de R se o volume de água 
adicionado na corrente 4 for dobrado? 
 
 
 (1) v= 0,5 L/min (4) v= 1 L/min 
 
 CA= 4M água v6= ½ v5 
 A e B (6) 
 
 
 (2) v= 2 L/min (3) v= 0,5 L/min 
 
 CB= 1M CR= 1M 
 
 (5) 
 XA= 0,90 
 
 
 
 A + ½ B → 3R 
 
 v7 (7) 
 R 
 
 
Respostas: C) CR7 = 2,36M e FR7 = 354 mols/h 
 
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7 – (P1 – 1997) - Para o esquema de reação apresentado abaixo, determine na saída do separador: 
A – Qual a concentração de R (moles/litro)? 
B – Qual a produção de R (moles/hora)? 
 
Para se produzir o dobro de R por hora, determine: 
 C – Qual deve ser a concentração inicial de A e/ou B mantida a vazão constante? 
D – Qual deve ser a vazão da(s) corrente(s) 1 e/ou 2 mantidas as concentrações iniciais 
constantes? 
 
 (2) v= 2 l/min 
 CB= 10M 
 v5= 4 l/min 
 (3) (5) 
 (1) v1= 4 l/min A e B 
 CA= 2M 
 CB= 1M 
 Separador 
 XA= 0,40 
 A +3B → ½ R 
 
 
 (6) 
 R 
 
Respostas: A) CR = 0,80M e D) v1 = 8 L/min; ; v2 = 4L/min 
 
 
 
 
Tabela Estequiométrica 
 
 
1 – (P1 – 2004) - A reação química em fase gasosa A → 2R + 3S + ½T é realizada 
em um reator de escoamento continuo a pressão atmosférica e a temperatura de 300oC. A alimentação é 
constituída de uma mistura com 30% de inertes e o restante do reagente A . A conversão obtida neste 
reator é de 25%. 
A) Qual a concentração de R na saída deste reator? 
B) Qual a pressão de T na saída do reator? 
C) Qual a fração molar do inerte na saída do reator? (yI = 0,168) 
D) Por que a fração molar do inerte na saída do reator mudou em relação a entrada do reator? 
 
 
2 - (P1 – 2006) - Uma mistura (28% SO2 e 72% de ar) é carregada em um reator no qual ocorre a 
oxidação do SO2. Esta alimentação é introduzida no reator a pressão total de 15 atm e a temperatura 
constante de 227oC. 
Considere que esta reação pode ser realizada em dois experimentos distintos: 
Experimento I - a pressão e temperatura constante. 
Experimento II - a volume e temperatura constante. 
A) Calcule a concentração do O2 e do SO3 para uma conversão de 20% no experimento I e no 
experimento II. 
B) Calcule a concentração do O2 e do SO3 para uma conversão de 90% no experimento I e no 
experimento II. 
C) A vazão final em ambos os experimentos, independente da taxa de conversão, será a mesma? 
Explique a sua resposta. 
 
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Reatores – Aula 2 – Introdução a Engenharia de Reatores 
 
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Notas de Aula - Reatores – Prof. Dr. Marco Antonio Pereira 
3 - (Fogler 3-7) – Construa uma tabela estequiométrica para cada uma das seguintes reações e 
expresse a concentração de cada espécie na reação como uma função da conversão, avaliando todas as 
constantes. 
A - A reação em fase líquida: CH2OCH2 + H2O → (CH2OH)2 onde as concentrações 
iniciais de óxido de etileno e água são 1 lb mol/ft3 e 3,47 lb mol/ft3 (62,41 Ib/ft3 ÷18), respectivamente. 
 
B - A pirólise isotérmica e isobárica em fase gasosa: C2H6 → C2H4 + H2 
Etano puro entra no reator de escoamento a 6 atm e 1100K. 
Como sua equação para a concentração mudaria se a reação fosse conduzida em um reator 
batelada a volume constante. 
 
C – a oxidação catalítica em fase gasosa, isotérmica, isobárica: C2H4 ½ O2 → CH2OCH2A alimentação entra em um PBR a 6 atm e 260oC e é uma mistura estequiométrica de oxigênio e 
etileno. 
 
 
4 - (Fogler 3-12) – (A) Tomando o H2 como sua base de cálculo, construa uma tabela 
estequiométrica completa para a reação: 
 
½ N2 + 3/2 H2 → NH3 
 
para um sistema de escoamento isobárico e isotérmico com alimentação equimolar de N2 e H2. 
 
(B) Se a pressão total de entrada for 16,4 atm e a temperatura for de 1727ºC, calcule as 
concentrações de amônia e hidrogênio quando a conversão de H2 for de 60% (R: CH2 = 0,025 M e CNH3 = 
0,025 M). 
C) Se você tomar o N2 como sua base de cálculo, poderia ser alcançada uma conversão de 60%? 
 
 
5 - (Fogler 3-13) - O ácido nítrico é fabricado comercialmente a partir de óxido nítrico. O óxido nítrico 
é produzido por oxidação da amônia em fase gasosa: 
 
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O 
 
A alimentação consiste de 15 mol % de amônia em ar a 8,2 atm e 227ºC. 
a) Qual é a concentração total de entrada? (Co = 0,20 M) 
b) Qual é a concentração de entrada da amônia? (CNH3)o = 0,03 M 
c) Construa uma tabela estequiométrica tomando a amônia como base de cálculo. Então, 
1) Expresse Pi e Ci para todas as espécies como funções da conversão para um reator 
batelada operado isotermicamente à pressão constante. Expresse o volume como uma 
função de conversão. 
2) Expresse Pi e Ci para todas as espécies como funções da conversão para um reator 
volume constante. Expresse PT como uma função da conversão X. 
3) Expresse Pi e Ci para todas as espécies como funções da conversão para um reator de 
escoamento. 
 
 
6 - (Fogler 3-16) - A reação em fase gasosa: 2A + 4B → 2C que é de primeira ordem em 
relação a A e de primeira ordem em relação a B deve ser conduzida isotermicamente em um reator de 
escoamento uniforme. A vazão volumétrica de entrada é de 2,5 dm3/min e a alimentação é equimolar em A 
e B. A temperatura e a pressão de entrada são 727ºC e 10 atm, respectivamente. A velocidade específica 
de reação nesta temperatura é de 4dm3/mol min e a energia de ativação é de 15.000 cal/mol. 
a) Qual deverá ser a vazão volumétrica para a conversão de A de 25%? (R: v = 1,88 dm3/min). 
b) Qual será a velocidade da reação na entrada do reator, ou seja quando X=0? (R: -rA = 1,49X10-2 
mol/dm3.min.) 
c) Qual será a velocidade de reação quando a conversão de A for de 40%? (Dica: Primeiramente, 
expresse -rA como uma função apenas de X.) (R: -rA = 4,95 X 10-3 mol/dm3.min.) 
d) Qual será a concentração de A na entrada do reator? (R: CAO = 0,0609 mol/dm3) 
e) Qual será a concentração de A para conversão de A de 40%? (R: CA = 6,09 X 10 –2 mol/dm3) 
f) Qual será o valor da velocidade específica de reação a 1227ºC? (R: k = 49,6 dm3/mol.min) 
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Aplicações Básicas de Reatores 
 7 – (Missen 12-2) - A decomposição da fosfina [4PH 3(g) ⇒ P4(g) + 6 H 2(g)] é de primeira 
ordem em relação a fosfina e sua constante de velocidade k é igual a 0,0155 s-1 a 953K. SE esta 
decomposição ocorre em reator batelada a volume constante a 953 K, calcule para 40% de conversão de 
fosfina: 
 A) o tempo necessário (segundos) 
 b) a fração molar de H2 na mistura reacional 
 R : A) t = 33 s B) yH2 = 0,46 
 
 
 8 – (Missen 12-4) Uma reação em fase liquida A + B ⇒ produtos ocorre em um reator batelada 
isotérmico. Esta reação é de primeira ordem em relação ao reagente A, com kA = 0,025 Lmol-1s-1, CAO = 
0,50 M e CBo = 1,0 M. Determine o tempo necessário para uma conversão de 75% de A (t = 73 s) 
 
 
 
9 - (Missen 14-4) – Para a reação entre acido hidrocianidrico (HCN) e acetaldeído (CH3CHO) em 
solução aquosa a lei de velocidade a 25oC e um certo pH é (-rA) = kACACB, onde kA = 0,210 Lmol-1min-1. Se 
esta reação é realizada a 25oC em um reator CSTR, qual será o volume deste reator para que ocorra 75% 
de conversão de HCN, se a concentração da alimentação é 0,04 molL-1 para cada reagente, e a velocidade 
de alimentação é de 2 Lmin-1 ? (V = 2.860 L) 
 
HCN (A) + CH3CHO (B) → CH3CH(OH)CN 
 
 
 
 10 – (Missen 15-6) – A decomposição do dimetil éter (CH3)2O (E) em CH4 , H2 e CO é uma reação 
irreversível de primeira ordem, e a sua constante de velocidade a 504oC é kE = 4,3x10-4 s-1. Qual deve ser o 
volume requerido em um reator PFR para que ocorra 60% de decomposição do éter, se a alimentação é de 
0,1 mol/s a 504oC e 1 bar e o reator opera a pressão e temperatura constante? (V = 23,3 m3) 
 
 
 
11 – (Missen 15-10) - Uma reação em fase gasosa A → R + T é realizada em um reator 
isotérmico PFR. A alimentação é constituída de A puro a uma vazão de 1Ls-1 , e a pressão do reator é 
constante a 150 KPa. A lei de velocidade desta reação é (-rA) = kAC3A, onde kA = 1,25 L2mol-2s-1. 
Determine o volume do reator necessário pra que ocorra uma conversão de 50% de A, dado que 
CAO = 0,050 mol/L. [V = 1170L] 
 
 
 
12 – (P2 – 2004 / Fogler) - Diagramas esquemáticos da bacia de Los Angeles são mostrados na 
figura a seguir. O fundo da bacia cobre aproximadamente 700 milhas quadradas (2 x 1010 ft2) e é quase 
completamente rodeado por cadeias de montanhas. Se assumirmos uma altura de inversão atmosférica de 
2000 ft, o volume correspondente de ar na bacia seria de 4 x 1013 ft3. Usaremos este volume de sistema 
para modelar a acumulação e a remoção de poluentes do ar. Como uma primeira aproximação grosseira, 
trataremos a bacia de Los Angeles como um recipiente bem misturado (análogo a um CSTR) no qual não 
há variações espaciais na concentração dos poluentes. Considere apenas o monóxido de carbono como 
poluente e assuma que a origem do CO são os gases de exaustão de escapamentos de automóveis e que, 
em média, existem 400.000 carros operando na região em qualquer instante. Cada carro produz 
aproximadamente 3000 pés cúbicos (em condições padrão) de descarga a cada hora contendo 2 mol% de 
monóxido de carbono. 
Realizaremos um balanço molar em regime não-estacionário para o CO visto que o mesmo é 
removido da bacia por uma corrente de vento Santa Ana. Os ventos Santa Ana são correntes de alta 
velocidade, originadas no Deserto de Mojave, situado logo a nordeste de Los Angeles. Este ar limpo do 
deserto escoa para a bacia através de um corredor que se assume tenha 20 milhas de largura e 2000 ft de 
altura, substituindo o ar poluído, que flui para o mar ou em direção ao sul. A concentração de CO no vento 
Santa Ana que entra na bacia é de 0,08 ppm (2,04 x 10-10 lb mol/ft3) 
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DADOS: 
Rlbmol
atmftR o.
.73,0 3= e 7,459+= FR oo e 1 milha = 5279 ft 
 
 
 
A) Quantas libras-mol de gás estão no volume do sistema que escolhemos para a bacia de Los 
Angeles se a temperatura é de 75ºF e a pressão é de 1 atm? 
 
B) Qual é a vazão molar, FCO,A, na qual todos os automóveis emitem monóxido de carbono na bacia 
(lb mol CO/h)? 
(FCO)A = 61.487 lbmol CO/h] 
 
C) Qual é a vazão volumétrica (ft3/h) de um vento de 15 mph através do corredor de 20 milhas e 
2000 ft de altura? (Dado: 1 milha = 5279 ft) 
 
D) A que vazão molar (lb mol/h), FCO,S o vento Santa Ana traz monóxido de carbono para a baciA? 
(FCO)vento = 3.411 lbmol/h]