2UN Pratica 1 Cinética Heterogenea

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Universidade Federal de Pernambuco 
Centro de Tecnologia e Geociências 
Departamento de Engenharia Química 
Laboratório de Físico-Química 2 
Professor: Luciano Costa Almeida 
 
2ª Unidade – Prática 1 
Cinética das Reações Heterogêneas 
 
1. Introdução 
 
As Leis cinéticas que regem as reações heterogêneas levam em conta, além do ato químico 
intrínseco, etapas físicas. A transferência de massa externa e interna são exemplos destas 
etapas físicas. 
 A presença de mais de uma fase de matéria durante a transformação química, classifica 
as reações que ocorrem nas interfaces como heterogêneas. Visando as aplicações das reações 
heterogêneas identifica-se as principais classes: fluido-sólido (catalíticas e não catalíticas), 
gás-líquido, líquido-líquido, gás-líquido-sólido (catalítico). 
 
 
2. ETAPAS DAS REAÇÕES HETEROGÊNEAS 
 
 As etapas do processo heterogêneo podem ser identificadas: 
 
 Transferência externa dos reagentes; 
 Transferência interna dos reagentes; 
 Adsorção dos reagentes; 
 Reação química propriamente dita; 
 Dessorção dos produtos; 
 Transferência interna dos produtos; e 
 Transferência externados produtos. 
 
 Os processos de transferência externa fluido/sólido são quantificados pela expressão: 
 
NJ=km(CJe-CJs) (1) 
 
sendo NJ (mol/m
2.s) o fluxo de massa do componente J, km (m/s) o coeficiente de 
transferência de massa e CJe e CJs as concentrações do componente J respectivamente no seio 
do fluído e na superfície de contato fluido/solido. 
 
 Quando da transferência de massa interna, o processo ocorre por difusão através do 
sólido considerado pseudo-homogêneo e isotrópico e o fluxo de transporte de massa pode ser 
quantificado em regime estabelecido pelo uso da primeira de Lei de Fick: 
 
 NJ = - DJm (dCJ/dZ) (2) 
 
sendo DJm (m
2/s) o coeficiente de difusão de componente J no poros do sólido catalítico e Z a 
direção da difusão. 
 
 Na superfície de contato entre um componente da fase fluída e um sólido se estabelece 
um processo de adsorção-dessorção, o qual pode ser quantificado pelas isotermas de 
Langmuir: 
 
 
ii
JJ
J
PK1
PK


 (3) 
 
com J a fração de sítios ativos, PJ a pressão parcial do componente J e Pi as pressões parciais 
de todos os componentes passíveis de adsorção sobre o sólido e Ki seus respectivos constantes 
de equilíbrio de adsorção. 
 
 De uma maneira geral representa-se um processo heterogêneo pelo sistema trifásico 
gás-líquido-sólido, sendo o soluto presente na fase líquida: 
 
 
 
 
 
(a) NJS = km als (CJI - CJS) (Filme Líquido/Sólido) (4) 
 
(b) rJ = k W CJS (Reação química de 1a ordem na superfície) (5) 
 
 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
3.1. Material e Montagem Experimental: 
 
Material: 
 
 agitador magnético 
 cronômetro 
 bomba de vácuo 
 balão de reação 
 água oxigenada 
 MnO2 (catalisador) 
 
Montagem Experimental: 
 
- Reator de Leito de Lama (Slurry), apresentado na Figura 1. 
 
 Figura 1- Reator de Leito de Lama Batelada para as 3 fases 
 
3.2. Reação Química : 
 
 H2O2 (L) MnO2 H2O (L) + ½ O2 (g) (9) 
 
 
3.3. Procedimento Experimental : 
 
 a) Alimentar o reator com 25 mL de água e X g de MnO2 (1,0; 0,75 e 0,50). Proceder o 
acréscimo do volume de 25 mL de H2O2 de: 2,0; 2,5 e 3,0 %. Fechar o reator e conectar o 
sistema ao manômetro de mercúrio. Fazer o vácuo à proveta no sistema e iniciar uma agitação 
Forte da suspensão de MnO2 em água. Em seguida fechar a válvula da bomba de vácuo e abrir 
a da alimentação do reagente H2O2. A partir desse momento proceder a contagem do tempo. 
Acompanhar a variação da altura da coluna de mercúrio com o tempo. Encerrar o processo 
quando se observar um mínimo de variações da coluna de mercúrio; 
 
b) Proceder de maneira idêntica que item a) conforme a tabela abaixo: 
 
 Baixa agitação Alta agitação 
Ensaio CH2O2 inicial (%) Mcat (g) Ensaio CH2O2 inicial (%) Mcat (g) 
1 2 0,50 10 2 0,50 
2 2 0,75 11 2 0,75 
3 2 1,00 12 2 1,00 
4 2,5 0,50 13 2,5 0,50 
5 2,5 0,75 14 2,5 0,75 
6 2,5 1,00 15 2,5 1,00 
7 3,0 0,50 16 3,0 0,50 
8 3,0 0,75 17 3,0 0,75 
9 3,0 1,00 18 3,0 1,00 
 
 
4. AVALIAÇÃO CINÉTICA 
 
 Avaliar o efeito das variáveis estudadas 
 Quantificar os parâmetros cinéticos aparentes (equação 5) 
 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
LEVENSPIEL, O., Engenharia das reações químicas, Editora Edgard Blücher LTDA, São 
Paulo, 1974. 
 
SHAH, W.T., Gas-Solid-Liquid Reactor Design, Mc Graw-Hill, USA, 1979. 
 
RASE, H.F., Chemical Reactor Design for Process Plants. Principles and Techniques, Wiley, 
USA, 1977.