01 Reatores Thiago Fontes 2018 Reações e Estequiometria

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Centro Universitário Jorge Amado 
Curso: Engenharia 
Disciplina: Cinética e Cálculo de Reatores 
Professor: Thiago Fontes 
 
 Processos Químicos 
 Definição de Reator 
 Considerações Gerais do Projeto 
 Estequiometria das Reações 
 Definição de mol 
“A cinética química e o projeto de reatores estão no coração de 
quase todos os produtos químicos industriais. É, principalmente, o 
conhecimento da cinética química e o projeto do reator que 
distinguem o engenheiro químico dos outros engenheiros” (Fogler) 
O que é um processo químico? 
MATÉRIA-PRIMA 
transformação FÍSICA QUÍMICA 
separação reação 
Operações coordenadas que causam uma transformação. 
Objetivo: obtenção de produtos. 
Transformação física: 
 Exemplo: 
Destilação do petróleo 
REAGENTES PRODUTOS 
QUÍMICAS REAÇÃO 
REAÇÃO 
É a parte principal de um processo químico, no reator. 
Os materiais são misturados sob condições que 
promovam a produção do produto desejado. 
Etapas de 
Tratamento 
Físico 
Etapas de 
Tratamento 
Químico 
Etapas de 
Tratamento 
Físico Matérias-Primas PRODUTOS 
O
p
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REATOR 
CÁLCULO 
DE 
REATORES 
Economias do processo 
Capacidade de produção 
Eficiência 
Rendimento esperado e viável 
Segurança 
Sustentabilidade 
Projeto de um Reator 
 É um recipiente onde ocorrem reações químicas, transferências de massa e calor. 
 São vasos projetados para conter reações químicas de interesse e escala 
industrial. 
Cinética Química 
Velocidade com que ocorre? 
[Entra] = [Sai] + [Reage] + [Acumula] 
[Entra] = [Sai] + [Reage] + [Acumula] 
Considerações Gerais do Projeto 
Tipo de processo: 
Descontínuo, Contínuo ou Semi Batelada 
 
Tipo e natureza do sistema reagente: 
Reagente(s) e produto(s) 
Reação Simples e Complexa 
Estequiometria 
Número de Fases Presentes 
Reação Catalítica 
Reação Endo ou Exotérmica 
 
Contínuo: Fabricação de Cimento Batelada: Industria Alimentícia 
Considerações Gerais do Projeto 
Tipo do Reator 
Batelada 
Contínuo (Mistura, Tubular, Leito Fixo, Leito Fluidizado,...) 
 
Materiais da Construção 
Procedimentos de Scale Up e Start Up 
 
Modo de Operação 
Um único reator ou vários reatores 
Reatores em série e/ou paralelo 
Operação Isotérmica ou não isotérmica 
Operação Adiabática ou não adiabática 
Considerações Gerais do Projeto 
Condições do Processo 
Perfil de Temperatura 
Composição da alimentação 
 
Otimização 
 
Controle e Estabilidade de Operação 
Instrumentação 
Custos 
Meio Ambiente 
Segurança 
As transformações químicas (REAÇÕES) estão 
baseadas em duas leis fundamentais: 
 
 
 
 
 10 g de reagentes  10 g de produto 
 
 1000 átomos de um elemento reagem  1000 átomos do elemento no produto 
Já ouvi isso! 
17 
Um fluxo de gás cloro (Cl2) é direcionado sobre fósforo sólido (P4), a mistura 
explode em chamas, e uma reação química produz o tricloreto de fósforo 
líquido (PCl3). 
 
reagente produtos 
Equação Química 
Descrição de uma reação química: 
 O metano reage com oxigênio para formar dióxido de 
carbono e água. 
 
Representação simbólica de uma reação química: 
 
 
 
 
 
CH4 + O2  CO2 + H2O 
Reagentes Produtos 
resulta em 
Mais detalhes – inclui estados: 
s – sólido l– líquido 
g – gás aq – aquoso 
Estequiometria 
É o estudo das relações quantitativas (átomos, moléculas, 
massa, volume) entre as substâncias que participam de uma 
reação química. 
Stoicheon = elemento 
metron = medida 
Exemplo: 
 
H2O(l)  H2(g) + O2(g) 
Temos: 
 
2 átomos de H 2 átomos de H 
1 átomo de O 2 átomos de O 
reagente produtos 
4 átomos de H 4 átomos de H 
2 átomo de O 2 átomos de O 
De acordo com as Leis da Química 
2 2 
São os números na frente das fórmulas químicas; fornecem a 
proporção de reagentes e produtos 
Vamos pensar! 
Exemplo 1: 
A reação entre o alumínio e o bromo líquido pode ser escrita pela 
equação: 
 
Al(s) + Br2(l)  Al2Br6(s) 
 
 
Quais os coeficientes estequiométricos nessa reação? 
 
https://www.youtube.com/watch?v=uCwHzTsx5yY 
C2H6 + O2  CO2 + H2O 
2 C e 6 H 2 O 1 C e 2 O 2 H e 1 O 
Exemplo 2: 
Balanceie: 
Vamos pensar! 
É A UNIDADE UTILIZADA PELOS QUÍMICOS, RELACIONADA 
COM UM Nº GRANDE DE ÁTOMOS, ÍONS, MOLÉCULAS. 
O mol: origem da palavra latina moles 
PORÇÃO, QUANTIDADE 
1 Mol 
6,02 x 1023 
Massa (g) 
1 coeficiente 
CNTP 22,4 L 
Quantidade de matéria que contém o mesmo nº de átomos que em 
12 g do isótopo-12 do carbono 
LORENZO ROMANO 
AMEDEO CARLO 
AVOGADRO( 1776-1856) 
NA = NÚMERO DE AVOGADRO = 6,022 X 1023 OU 6,02 x 1023 
Massa molar 
• Massa molar: é a massa em gramas de 1 mol de 
substância (unidades g/mol, g.mol-1). 
 
• A massa de 1 mol de 12C = 12 g. 
Mol: medida conveniente de quantidades 
químicas. 
 
1 mol de algo 
 
 
6,0221421 x 1023 daquele algo. 
 
Experimentalmente, 1 mol de 12C tem uma massa de 12 g. 
1 mol de moléculas de H2O 6,02 x 10
23moléculas de H2O 
(602 sextilhões) 
 
1 mol de átomos de C 6,02 x 1023 átomos de C 
1 mol de íons de Na+ 6,02 x 1023 íons de Na+ 
1 mol de N 6,02 x 1023 de átomos de N 
1 mol de N2 6,02 x 1023 de moléculas de N2 
6,O2 X 1023 
1 mol de átomos dos elementos C, S, Cu, Pb e Hg 
1 mol de moléculas de compostos moleculares 
1 MOL DE FÓRMULAS UNITÁRIAS DE COMPOSTOS IÔNICOS 
Esta fotografia mostra um mol de sólido 
(NaCl), um mol de líquido (H2O) e um mol de 
gás (O2). 
Massa molecular: soma das massas atômicas dos átomos da 
fórmula química: 
MM do H2SO4 = 2 x 1,0 u do H + 32,1 u do S + 4 x 16,0 u do O 
= 98,1 u 
Massa molar: massa em gramas de 1 mol de partículas 
MM do H2SO4 = 98 u (uma molécula) MMolar: 98 g (1 mol = 
6,02 x 1023 moléculas) 
1 molécula 98 u 1 mol de moléculas 98g 
6,02 x 1023 fator de conversão 
NO BALANCEAMENTO: ÍNDICES DAS FÓRMULAS NÃO 
MUDAM IDENTIDADE DAS SUBSTÂNCIAS 
 
COEFICIENTES PODEM MUDAR 
H2O é diferente de H2O2 
índice 
(1) CH4 + 2 O2  (1) CO2 + 2 H2O 
coeficientes 
N2 + 3H2  2NH3 
Mol - 1Mol + 3Mol  2Mol 
Moléculas- 6 x1023 + 18 x1023 12 x1023 
Massa - 28g + 6g  34g 
Volume – 22,4L + 67,2L  44,8L 
Exemplo 5: 
Quantas Moléculas de água são produzidas a partir de 16g de 
oxigênio gás? 
1º  H2 + O2  H2O 
2º  2H2 + O2  2H2O 
3º  32g  12,04 x 1023 
 16g  x x = 16 . 12,04 x 1023 = 6,02 x 1023 
 32 
 
Exemplo 6: 
Qual o volume de Amônia produzido nas CNTP por 12g de H2 que 
reage com N2 suficiente? 
1º  N2 + H2  NH3 
2º  N2 + 3H2  2NH3 
3º  6g  44,8 L 
 12g  x 
 
x = 12 . 44,8 = 89,6 L 
 6 
Exemplo 7: 
Quantos Moles de CO2 são produzidos a partir de 44, 8L de CO? 
1º  CO + O2  CO2 
2º  CO + ½O2  CO2 
3º  22,4L  1Mol 
 44,8L  x 
 
x = 44,8 . 1 = 2 Mol 
 22,4L 
Se os reagentes não estão presentes em quantidades 
estequiométricas, ao final da reação alguns reagentes ainda estarão 
presentes (em excesso). 
 
Reagente limitante: um reagente que é consumido 
Rendimentos teóricos 
 
A quantidade de produto previstaa partir da estequiometria considerando 
os reagentes limitantes é chamada de rendimento teórico. 
 
• O rendimento percentual relaciona o rendimento real (a quantidade de 
material recuperada no laboratório) ao rendimento teórico: 
- Um químico misturou 1,00 mol de N2 com 5,00 mols 
de H2. 
 
Qual o maior número possível de mols do produto que 
serão formados pela reação? 
N2 + 3 H2 2 NH3 
O reagente em menor quantidade (número de mols) limita a quantidade do 
produto formado, ou seja, é o reagente limitante. Então devemos usar o N2 
para iniciar os cálculos 
Portanto: 1,00 mol de N2 2 mols de NH3 
Sobram 2 mols de H2 
Vamos pensar! 
Vamos pensar! 
 BROWN, T. L.; LeMay, Jr, H.R.; Bursten, B. E.; Burdge, J. R.; 
Química – A ciência central, 9º ed., Pearson Prentice Hall, 2005. 
 
 BRADY, J. E.; HUMISTON, G. E.; Química Geral, v.1, 2ºed., LTC, 
2002. 
 
 ATKINS, P.; JONES, L.; Princípios de Química: Questionando a 
vida moderna e o meio ambiente, Bookman, 2001. 
 
 
 RUSSEL, J. B., Química Geral; V.1, 2ºed., MAKON BOOKS, 1994.