Reatores e simulaçao

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA - UNIPAMPA 
 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO I 
 
 
 
 
 
JORGE LUIZ OLIVEIRA LUCAS JÚNIOR 
 
 
 
 
 
Combinação de Reatores Contínuos (CSTR e PFR) validando resultados 
computacionais com dados obtidos experimentalmente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BAGÉ, JULHO DE 2011 
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JORGE LUIZ OLIVEIRA LUCAS JÚNIOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Combinação de Reatores Contínuos (CSTR e PFR) validando resultados 
computacionais com dados obtidos experimentalmente 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado para 
obtenção do grau de engenheiro químico, no curso 
de engenharia química da Universidade Federal do 
Pampa, UNIPAMPA. 
 
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Ana Rosa Costa Muniz 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BAGÉ, JULHO DE 2011 
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 JORGE LUIZ OLIVEIRA LUCAS JÚNIOR 
 
 
 
 
 
Combinação de Reatores Contínuos (CSTR e PFR) validando resultados 
computacionais com dados obtidos experimentalmente 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado pela 
Banca Examinadora para obtenção do Grau de 
Engenheiro químico no Curso de engenharia 
química da Universidade Federal do Pampa, 
UNIPAMPA, com Linha de Pesquisa em Reatores 
Químicos e Simulação de Processos. 
 
 
Bagé, 08 de Julho de 2011. 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
Prof.ª Drª Ana Rosa Costa Muniz - UNIPAMPA - Orientadora 
 
Prof. Dr. Evandro Steffani - UNIPAMPA 
 
Prof. Dr. Alexandre Arruda - UNIPAMPA 
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“A primeira etapa para o conhecimento é saber 
que somos ignorantes” 
Sócrates (470-399 a.C.) 
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RESUMO 
 
 
Um simulador de processos químicos permite prever o comportamento de um equipamento ou 
de uma Planta química de forma ágil e econômica utilizando modelos termodinâmicos 
intrínsecos, balanços de massa, de energia, de quantidade de movimento, equilíbrio químico e 
de fases, taxas de reação e curvas do comportamento de equipamentos específicos. No 
presente trabalho será utilizado o simulador Aspen Plus 11.1 para simular diferentes 
configurações de reatores contínuos, CSTR e PFR, presentes em um módulo didático de 
reatores a ser adquirido pela UNIPAMPA. Serão analisadas combinações em série e em 
paralelo visando ou aumentar o grau de conversão de um reagente ou a quantidade do produto 
desejado por meio de uma análise de sensitividade paramétrica. As variáveis a serem 
manipuladas serão a vazão de alimentação e o volume reacional total. Os resultados obtidos 
por simulação serão validados experimentalmente no módulo didático de reatores e poderão 
servir para um futuro scale up1 para planta piloto ou industrial. 
. 
 
 
Palavras-chave: Combinação de reatores; Aspen Plus; Simulação. 
 
_______________ 
1 Permite passar de uma escala de laboratório ou piloto de desenvolvimento, para uma escala ampliada de 
produção. Informação retirada de: SOLTERMANN, Omar E. Condicionantes Socio-técnicos da Extrapolação 
(Scale-UP) de Processos Químicos. Campinas: 1992. 
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ABSTRACT 
 
 
A chemical process simulator can predict the behavior of a device or a chemical plant in a 
timely and cost using intrinsic thermodynamic models, mass balances, energy, momentum, 
chemical and phase equilibrium, reaction rates and curves the behavior of specific equipment. 
In this paper we will use the simulator Aspen Plus 11.1 to simulate different configurations of 
continuous reactors, CSTR and PFR, present in a didactic module reactors to be acquired 
by UNIPAMPA. Combinations will be analyzed in series and in parallel in order to increase 
the degree of conversion of a reagent or the amount of the desired product by means of a 
parametric sensitivity analysis. The variables to be manipulated will be the flow rate and 
total volume reaction. The results obtained by simulation will be validated experimentally in 
the reactors and didactic module may serve for future scale up1 to pilot plant or industrial. 
. 
 
 
Keywords: Combination of reactors; Aspen Plus; Simulation. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
_______________ 
1 Lets move from a laboratory or pilot scale development to a wider scale production. Information taken 
from: SOLTERMANN, Omar E. Constraints Socio-technical Extrapolation (Scale-UP) Chemical 
Processes.Campinas, 1992. 
 
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LISTA DE FIGURAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 2.1: Balanço de massa para um volume de reator ............................................. 20 
FIGURA 2.2: Balanço de energia para um volume de reator ........................................... 21 
FIGURA 2.3: Fluxograma de Construção de um Reator CSTR........................................ 28 
FIGURA 2.4: Fluxograma de Construção de um Reator PFR........................................... 29 
FIGURA 4.1: Tela de abertura do Aspen Plus User Interface 11.1................................... 31 
FIGURA 4.2: Janela de construção de fluxograma para reatores químicos...................... 32 
FIGURA 4.3: Correntes de massa entrando e saindo de um CSTR................................... 32 
FIGURA 4.4: Janela para definição dos componentes....................................................... 33 
FIGURA 4.5: Janela para especificação do método termodinâmico................................. 34 
FIGURA 4.6: Janela para especificação das correntes....................................................... 34 
FIGURA 4.7: Janela para especificação da estequiometria e cinética da reação............... 35 
 
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LISTA DE TABELAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TABELA 2.1: Ícones e recursos do reator CSTR.............................................................. 27 
TABELA 6.1: Cronograma de desenvolvimento do trabalho de conclusão de curso II... 37 
 
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
 
CSTR – Reator Contínuo de Tanque Agitado 
PFR – Reator Tubular de Fluxo Pistonado 
UNIPAMPA – Universidade Federal do Pampa 
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LISTA DE SIMBOLOS 
 
 
 
a - Coeficiente Estequiométrico do Reagente A 
A – Fator de Freqüência ou Fator Pré-exponencial 
b - Coeficiente Estequiométrico do Reagente B 
AC – Concentração do Reagente A 
0AC – Concentração do Inicial do Reagente A 
BC – Concentração do Reagente B 
AdC –Diferencial de Concentração 
AdX – Diferencial de Conversão 
e – ExponencialEa – Energia de Ativação 
AF – Vazão Molar da Espécie A 
0AF – Vazão Molar de Entrada da Espécie A 
 k – Constante de Velocidade de Reação 
AN – Número de mols da Espécie A 
p - Coeficiente Estequiométrico do Produto P 
Ap – Pressão Parcial do Componente A 
Bp – Pressão Parcial do Componente B 
R – Constante dos Gases Ideais 
RCSTR – Ícone do Simulador para um Reator Continuo de Tanque Agitado 
RPlug – Ícone do Simulador para um Reator Tubular de Fluxo Pistonado 
T – Temperatura 
V – Volume do Reator 
0v – Vazão Volumétrica de Entrada 
X – Conversão 
AX – Conversão do Reagente A 
 -rA – Taxa ou Velocidade de Reação 
τ – Tempo espacial 
ΔGr –Variação da Energia Livre de Gibbs Reacional 
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SUMÁRIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................. 11 
1.1 Objetivo Geral.............................................................................................................. 12 
1.1.1 Objetivos Específicos................................................................................................ 12 
1.2 Justificativa................................................................................................................... 12 
1.3 Organização do Trabalho de Conclusão de Curso 1................................................... 13 
2 REVISÃO TEÓRICA................................................................................................... 14 
2.1 Definição e Classificação das Reações Químicas........................................................ 14 
2.2 Energia de Ativação (Ea) ............................................................................................ 15 
2.3 Equação de Arrhenius................................................................................................. 16 
2.4 Taxa ou Velocidade de Reação (- rA )......................................................................... 17 
2.5 Tempo espacial (τ)...................................................................................................... 18 
2.6 Conversão (X).............................................................................................................. 18 
2.7 Termodinâmica das Reações Químicas........................................................................ 19 
2.8 Balanços de Massa e Energia....................................................................................... 19 
2.8.1 Equação Geral do Balanço de Massa........................................................................ 20 
2.8.2 Equação Geral do Balanço de Energia...................................................................... 20 
2.9 Reatores Químicos....................................................................................................... 21 
2.9.1 Reator Continuo de Tanque Agitado (CSTR).......................................................... 22 
2.9.2 Reator Tubular de Fluxo Pistonado (PFR)............................................................... 24 
2.10 Combinação de Reatores ........................................................................................... 24 
2.10.1 Reatores em Paralelo............................................................................................... 25 
2.10.2 Reatores em Série ................................................................................................... 25 
2.11 Simulador de Processos Aspen Plus........................................................................... 26 
2.11.2 RCSTR ( Reator Continuo de Tanque Agitado)...................................................... 27 
2.11.2.1 Flowshet Connectivity RCSTR (Fluxograma para um CSTR)............................. 27 
2.11.2.2 Material Streams ( Fluxo de Materiais)............................................................... 28 
2.11.2.3 Specifyng (Especificações) ................................................................................. 28 
2.11.3 RPlug ( Reator Tubular de Fluxo Pistonado).......................................................... 28 
2.11.3.1 Flowshet Connectivity RPlug (Fluxograma para um PFR)................................. 29 
2.11.3.2 Material Streams ( Fluxo de Materiais)............................................................... 29 
2.11.3.3 Specifyng (Especificações) ................................................................................. 29 
3 METODOLOGIA......................................................................................................... 30 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................................. 31 
5 CONCLUSÃO............................................................................................................... 36 
6 CRONOGRAMA........................................................................................................... 37 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................... 38 
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1 INTRODUÇÃO 
 
Um processo nada mais é que componentes químicos sendo misturados, separados, 
aquecidos, resfriados e convertidos através de operações unitárias. Estes componentes são 
transferidos de uma unidade para outra pelas correntes que ligam o processo. O processo 
industrial real pode ser traduzido para uma simulação através de modelos existentes nos 
simuladores. 
O texto abaixo é baseado em LUSA, FARENZENA, BECKER, 2006. 
Simuladores de processo permitem prever o comportamento de um processo utilizando 
relações básicas de engenharia, como balanços de massa, de energia, quantidade de 
movimento, equilíbrio químico e de fases, taxas de reação e curvas do comportamento de 
equipamentos específicos. 
O comportamento de uma planta de processo pode ser previsto utilizando-se modelos 
termodinâmicos intrínsecos de um simulador de processos, correlacionando variáveis do 
processo, bem como equipamentos e características da planta. Os simuladores são importantes 
ferramentas na otimização tanto de plantas industriais existentes, quanto de plantas industriais 
novas, incluindo etapas de pesquisa e desenvolvimento, projeto do processo de produção, 
partida, operação e parada periódica. 
A utilização de um simulador de processos na parte de projeto e equipamentos é 
facilitada devido à rapidez e a confiabilidade dos resultados obtidos, assim como a redução de 
custos com experimentos. 
Obedecendo-se algumas condições de operação e fornecendo-se os parâmetros 
construtivos de alguns equipamentos e as propriedades de algumas correntes é possível 
estimar todas as propriedades de correntes intermediárias e de saída de um processo. É 
necessário certificar-se que na especificação de variáveis e parâmetros os graus de liberdades 
precisam ser nulos. 
Uma importante característica nos simuladores de processo é a analise de sensibilidade 
que permite manipular algumas variáveis do processo e com essa manipulação prever as 
mudanças de características dos produtos da reação. Essa é uma importante ferramenta na 
otimização de processos, pois permite um entendimento mais aprofundado do processo e 
como a mudança de uma variável pode ser benéfica ao processo. Podem ser utilizados 
gráficos que construam curvas de formação de produtos e que auxiliam a visualização da 
cinética de um processo. 
Uma etapa fundamental na simulação de um processo é a escolha do pacote 
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termodinâmico mais adequado.Os simuladores comerciais trazem uma grande quantidade de 
pacotes termodinâmicos em suas bibliotecas, sendo a escolha realizada de acordo com a 
necessidade da planta industrial. 
Os simuladores de processo permitem ainda estudos de hidráulica e limites 
hidráulicos, além de permitir estudos de estruturas de controle, controladores avançados e 
analisadores virtuais. 
Existem simuladores estacionários e dinâmicos. Simuladores estáticos ou estacionários 
são aqueles que utilizam equações de balanços mássicos e energéticos sem o termo de 
acúmulo. Um simulador dinâmico é capaz de prever o comportamento da unidade durante a 
transição de um estado estacionário para outro. 
 
1.1 Objetivo Geral 
 
Montar e realizar experimentos em diferentes combinações de reatores contínuos 
confrontando resultados obtidos por simulação computacional com dados experimentais para 
prever variações de conversão e de rendimento em reações homogêneas. 
 
1.1.1 Objetivos Específicos 
 
- Reduzir custos e tempo com experimentos; 
- Revisar a termodinâmica das reações químicas; 
- Revisão das leis fundamentais da conservação, da cinética e projeto de reatores; 
- Validar o modelo proposto com dados obtidos experimentalmente; 
- Realizar análises de sensitividade paramétrica de forma rápida e econômica. 
 
1.2 Justificativa 
 
A simulação de processos se faz necessária pelo baixo custo, rapidez e pela 
confiabilidade dos resultados obtidos, podendo validar os resultados simulados com os 
valores experimentais, além de possibilitar o scale up para plantas piloto ou reatores 
industriais. 
 
 
 
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1.3 Organização do Trabalho de Conclusão de Curso 1 
 
O Trabalho de Conclusão de Curso 1 foi dividido em capítulos: 
O capítulo 1 foi chamado de Introdução Neste capitulo, foi ressaltada a importância da 
simulação de processos químicos, suas inúmeras vantagens e os benefícios que a mesma traz 
quando comparada aos métodos experimentais. Ainda no capitulo da Introdução foram 
ressaltados o objetivo geral, os objetivos específicos e a justificativa de escolha da temática. 
Estes itens citados foram dispostos na forma de subitem da introdução. 
O capítulo 2 foi nomeado como Revisão Teórica. Neste capítulo foram relacionadas 
definições inerentes aos processos químicos, bem como as características e propriedades 
referentes a reatores químicos, além de informações introdutórias do simulador de processos 
Aspen Plus. 
O capitulo 3 nomeou-se Metodologia, nele esta presente a descrição progressiva do 
andamento do trabalho de conclusão 1. 
O capitulo 4 chamou-se de Resultados e Discussão. Nele foram abordados a interface 
do simulador Aspen Plus, suas características e suas opções de funcionamento. Trata-se 
basicamente, da explanação das ferramentas contidas no simulador que serão utilizadas na 
sequência do Trabalho de Conclusão de Curso 1. 
O capítulo 5 teve o nome de Cronograma, pois nele estão contidas as datas e os 
tópicos a serem abordados no Trabalho de Conclusão de Curso 2. Esse capítulo poderá sofrer 
alterações devido ao não conhecimento das datas por parte do autor e da orientadora do 
presente trabalho em relação à entrega dos módulos de reatores contínuos, que serão 
adquiridos pela Universidade Federal do Pampa. Essas possíveis alterações estarão contidas 
no cronograma do Trabalho de Conclusão de Curso 2 se necessárias. 
O capítulo 6 foi chamado de Conclusão. Neste capítulo são colocadas algumas 
considerações em relação ao Trabalho de Conclusão de Curso 1. 
O tópico Referências Bibliográficas é onde foram relatodas todas as fontes citadas e 
pesquisadas no Trabalho de Conclusão de Curso 1. 
 
 
 
 
 
 
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2 REVISÃO TEÓRICA 
 
2.1 Definição e Classificação das Reações Químicas 
 
Segundo Levenspiel (2000), uma reação química pode ser descrita quando um número 
detectável de moléculas de uma ou mais espécies químicas perdeu sua identidade e adquiriu 
novas propriedades, como alteração no número de átomos, configuração desses átomos ou 
ainda alterações na configuração molecular. As reações químicas podem ser classificadas de 
diversas maneiras. Para estudos de engenharia das reações químicas é utilizada a divisão das 
mesmas em sistemas homogêneos e heterogêneos. Reações homogêneas ocorrem em uma 
única fase e reações heterogêneas requerem a presença de no mínimo duas fases para ocorrer 
a certa velocidade. 
 
 
Além dessa classificação, existem reações catalíticas, cuja taxa é alterada por 
materiais que não são reagentes e nem produtos, tais materiais, chamados 
catalisadores, não necessitam estar presentes em grandes quantidades. Os 
catalisadores atuam retardando ou acelerando a reação, sem que sejam modificados 
de forma expressiva. (LEVENSPIEL, 2000, p. 2). 
 
Fogler (2009, p.1) diz que “Cinética química é o estudo das velocidades de reações 
químicas e dos mecanismos de reação. O estudo da engenharia das reações químicas combina 
o estudo de cinética química com os reatores nos quais as reações ocorrem”. 
Segundo Boniatti (2009), a grande importância prática da cinética química é permitir a 
análise das reações químicas sob diferentes aspectos, estudar as reações e os parâmetros 
inerentes ao processo confrontando dados obtidos para prever variações de propriedades 
intrínsecas e extrínsecas de cada reação química. 
Os principais objetivos do estudo da cinética são: 
- Determinar o mecanismo da reação (caminho percorrido pela reação); 
- Coletar e analisar dados cinéticos experimentais (métodos que permitam medir a 
velocidade das reações, desde as mais lentas até as explosivas); 
- Projetar reatores; 
- Definir as condições operacionais (temperatura, pressão, composição da alimentação, 
condições de fluxo, grau de mistura, condições do catalisador e parâmetros 
envolvidos na transferência de calor e massa). 
 
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De acordo com Russell (1992), o mecanismo de uma reação consiste na descrição 
detalhada da sequência de etapas individuais que conduzem os reagentes aos produtos. O 
conhecimento dos mecanismos das reações provém do estudo das velocidades de reação e de 
como são influenciadas por vários fatores. Em geral, a velocidade de uma reação é 
determinada pelas propriedades dos reagentes, pelas concentrações dos reagentes e pela 
temperatura. A velocidade pode ser influenciada ainda, pelas concentrações de outras 
substâncias que não são os reagentes como os catalisadores e pelas áreas das superfícies em 
contato com os reagentes. 
 
2.2 Energia de Ativação (Ea) 
 
Energia de ativação é a energia mínima necessária para que a reação ocorra. A energia 
que uma molécula possui depende da natureza da molécula. Se a molécula é um único átomo, 
ela possui energia cinética devida a sua movimentação. Ela também possui energia adicional 
se alguns de seus elétrons estão em um estado de maior energia que o estado normal, chamado 
de estado original. Um átomo ou molécula é dita como estando no estado excitado, 
especificamente um estado eletrônico excitado, quando ela possui esta energia adicional. 
Moléculas, as quais contêm mais de um átomo, podem possuir, além da energia cinética e a 
energia dos elétrons excitados, energia vibracional devida a movimentação dos átomos dentro 
da molécula relativa aos outros átomos, e as ligações covalentes mantendo-os no lugar2. 
SegundoSouza e Farias (2008), a fim de reagir, moléculas no estado inicial devem 
adquirir uma energia adicional, descrita como energia de ativação ou energia livre de 
ativação; a reação então e apenas nesta condição se desenvolverá espontaneamente para o 
estado final o qual possui energia menor que a do estado inicial. A energia livre exigida para 
ativação é retornada assim que a reação ocorre para dar produtos de menor energia. 
O fator de freqüência A não é adimensional. Tem as mesmas dimensões da constante 
de velocidade. Portanto, suas dimensões variam com a ordem de reação. Embora dependa 
ligeiramente da temperatura, este efeito pode ser desprezado para pequenos intervalos de 
temperatura. 
 
_______________ 
2 Informação retirada de: Depto. de Ciências Exatas, ESALQ/USP: Cinética Química. Publicação Destinada 
ao Ensino de Ciências-Química - 28/3/2002. Disponível em: 
<http://www.lce.esalq.usp.br/arquimedes/Atividade09.pdf>. Acesso em: 02 jul. 2011. 
 
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2.3 Equação de Arrhenius 
 
A equação de Arrhenius pode ser usada para obter tanto o valor do coeficiente pré- 
exponencial A como também o valor da energia de ativação Ea, desde que a constante da 
velocidade de uma reação possa ser medida em diferentes temperaturas. Tanto A como Ea são 
valores constantes para uma dada reação química. A equação de Arrhenius pode ser explicada 
em termos de uma simples teoria cinética. Ea representa a barreira de energia para uma reação 
química, e e-Ea/RT representa a proporção de moléculas que possuem energia maior que a 
energia de ativação e portanto capazes de transpor a barreira de energia. À medida que a 
temperatura aumenta e-Ea/RT também aumenta. (SMITH,1991). 
 
 
A energia de ativação de uma reação é importante, pois determina a influência da 
temperatura na velocidade. É a energia mínima que as moléculas reagentes, que 
colidem, devem ter para a formação dos produtos. A grandeza da energia de 
ativação pode ser determinada a partir da curva de Arrhenius. ( RUSSEL, 1992, p. 
61). 
 
 
A equação 2.1 é a equação de Arrhenius, sugerida pela primeira vez pelo químico 
sueco Svante Arrhenius e é usada normalmente na forma logarítmica: 
ln k = ln A – (Ea/R) (1/T) (2.1) 
onde: 
A = fator pré exponencial ou fator de freqüência 
Ea = energia de ativação, ( J/mol) ou (cal/mol) 
R = constante universal dos gases (8,314 J/mol.K) 
T = temperatura absoluta 
A constante de velocidade de reação k, não é na realidade uma constante, é apenas 
independente das concentrações envolvidas na reação. A quantidade k é chamada tanto de 
velocidade especifica de reação quanto de constante de velocidade ( FOGLER, 2000, p.72). 
A constante de velocidade é fortemente dependente da temperatura, porém, em reações 
gasosas, depende do catalisador, quando utilizado, e pode ser uma função da pressão total. 
 “De acordo com a equação de Arrhenius, o valor da constante de velocidade k 
aumenta com a temperatura. Isto significa que um aumento da temperatura deve produzir um 
aumento de velocidade de reação”. (Russell, 1992, p. 48). 
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2.4 Taxa ou Velocidade de Reação ( - rA ) 
 
 Segundo Atkins e Jones (2001) a velocidade de reação é a mudança de concentração 
de um dos reagentes dividida pelo intervalo de tempo no qual a mudança ocorre. Como os 
reagentes são consumidos e a concentração molar decresce com o tempo o sinal negativo de 
rA assegura que a velocidade de reação será positiva. 
De acordo com Levenspiel (2000), a taxa de uma reação química pode ser afetada 
através da mudança de alguns parâmetros. Para reações realizadas em sistemas homogêneos a 
temperatura, a pressão e a composição afetam a taxa de reação. Em sistemas heterogêneos a 
variação da taxa se torna mais complexa, pois pode haver deslocamento de material de uma 
fase para outra durante a reação, necessitando com isso levar em conta a taxa de transferência 
de massa. 
Fogler (2009) diz que, quando se eleva a temperatura de uma reação química, a 
velocidade de formação dos produtos aumenta. Do ponto de vista termodinâmico, o aumento 
da temperatura resulta no aumento da energia cinética média das moléculas. A teoria das 
colisões mostra que o aumenta da temperatura faz com que mais moléculas excedam a energia 
de ativação, ocasionando maior energia de impacto nas colisões, produzindo mais produtos 
com o aumento da velocidade. 
De acordo com a lei da velocidade a única coisa que poderia afetar a velocidade além 
da concentração dos reagentes é a própria constante da velocidade. Arrhenius investigou a 
relação entre a constante da velocidade e a variação da temperatura. Ele encontrou que 
quando se colocava o logaritmo natural (ln) da constante da velocidade como uma função do 
inverso da temperatura Kelvin (1/T), resultava em uma linha reta com uma inclinação 
negativa. A inclinação é - Ea/R onde Ea é a energia de ativação (energia mínima exigida para 
formação dos produtos) e R é a constante universal dos gases (8,31 x 10-3 kj mol-1 K-1). 
A taxa de consumo de um reagente em uma determinada reação é calculada através da 
equação (2.2), e depende da variação da quantidade consumida, do volume e do tempo. 
dt
dN
V
r AA
1
 (2.2) 
 Considerando uma reação simples, tendo a seguinte equação estequiométrica: 
 pPbBaA  (2.3) 
Para reagentes em fase líquida a taxa pode ser expressa em função das concentrações 
dos reagentes: 
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 bB
a
AA CkCr  (2.4) 
Para reagentes em fase gasosa a taxa deve ser expressa em função das pressões 
parciais dos reagentes: 
 
b
B
a
AA pkpr  (2.5) 
 
2.5 Tempo espacial (τ) 
 
 O tempo espacial é uma medida apropriada para desempenho de reatores 
descontínuos, que relaciona um volume de alimentação correspondente a um volume de reator 
em um espaço de tempo determinado. 
De acordo com Levenspiel (2000), a mudança de parâmetros como a temperatura, a 
pressão e o estado (gás, liquido ou sólido) no qual o volume do material que é alimentado no 
reator influenciará diretamente no tempo espacial. 
O tempo espacial pode ser descrito através do produto da concentração inicial com o 
volume do reator pela vazão molar de alimentação dos reagentes conforme mostrado na 
equação abaixo: 
0
0
A
A
F
VC
 (2.6) 
Segundo Fogler (2009), em alguns casos é conveniente medir a vazão volumétrica de 
alimentação em algum estado padrão, principalmente se o reator estiver operando em diversas 
temperaturas, nesse caso utiliza-se a relação da equação (2.7) para encontrar o tempo 
espacial. 
0v
V
 (2.7) 
 
2.6 Conversão (XA) 
 
 Segundo Levenspiel (2000), para conhecer a conversão de uma espécie química A é 
necessário escolherum dos reagentes, geralmente o reagente limitante , como base de cálculo 
e relacionar a essa base outras espécies envolvidas na reação. Conhecendo-se as relações 
estequiométricas e as equações de projeto é possível estimar a conversão. 
 Em sistemas com escoamento contínuo, a conversão XA é uma função do volume do 
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 19 
 
reator. Em sistemas operando em estado estacionário a vazão molar de uma espécie A, menos 
a taxa de reação da espécie A, dentro do reator, é igual a vazão molar da espécie A que sai do 
reator, conforme visto na equação 2.8: 
 )1(0 AAA XFF  (2.8) 
 
2.7 Termodinâmica das Reações Químicas 
 
 Conforme Levenspiel (2000), a influência da temperatura nas reações é determinada 
pela energia de ativação e pelo nível de temperatura da reação. Isto se traduz em realidade, 
pois, a partir da equação de Arrhenius, pode-se gerar um gráfico de ln k versus 1/T, que 
fornece uma linha reta, com uma grande inclinação para valores altos de Ea e uma pequena 
inclinação para valores baixos de Ea. Reações com altos valores de energia de ativação são 
muito dependentes da temperatura, enquanto que reações com baixos valores de energia de 
ativação são relativamente independentes da temperatura. Qualquer reação química é muito 
mais dependente da temperatura para valores baixos de temperatura do que para valores altos, 
o fator de freqüência não afeta a dependência da temperatura. 
 
 
 
Cada uma do grande número de reações químicas possíveis pode ser conduzida de 
diversas formas, e cada reação realizada de uma forma particular é acompanhada 
por um efeito térmico específico. A organização e apresentação de todos os efeitos 
térmicos possíveis para todas as reações possíveis é impossível. Consequentemente, 
calculamos os efeitos térmicos das reações conduzidas de diversas formas a partir 
de dados para as reações realizadas de uma forma padrão. Isso reduz os dados 
necessários a uma quantidade mínima. (SMITH, VAN NESS, ABBOTT, 2007, 
p.101). 
 
 Segundo FELDER e ROUSSEAU (2005), o calor associado a uma reação química 
especifica depende da temperatura dos reagentes e dos produtos, a escolha de uma base de 
cálculos consistente para a manipulação dos efeitos térmicos em reações se torna mais 
facilmente calculada quando os produtos e os reagentes estão na mesma temperatura. 
O texto referente a balanços de massa e balanços de energia é baseado em 
LEVENSPIEL, 2000. 
 
2.8 Balanços de Massa e Energia 
 
No estudo de transformações químicas industriais devem ser considerados tanto o 
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 20 
 
 
 Elemento de volume do reator 
 
 
 
 
O reagente entra O reagente sai 
 
 
 O reagente desaparece devido a 
 reação dentro do reator 
 
 
 O reagente é acumulado dentro 
 do elemento 
 
desenvolvimento de modelos cinéticos de fenômenos de transporte que podem expressar 
a velocidade com base em variáveis do sistema, tais como modelos de reator de balanços de 
materiais, de energia e de momento, tendo em conta os tipos de fluxos e as fases presentes. 
 
2.8.1 Equação Geral do Balanço de Massa 
 
O primeiro passo, para a compreensão de reatores químicos, é o balanço de massa das 
espécies químicas que participam das reações químicas, esse balanço de massa leva em conta 
as entradas de reagentes, as saídas de produtos, o consumo de reagentes e o acúmulo de 
reagentes. A equação que expressa o balanço de massa de uma reação química é a equação 
2.9 e o modelo referente ao balanço de massa para um volume de reator está mostrado na 
Figura 2.1: 
 (2.9) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Levenspiel, 2000, p. 68) 
FIGURA 2.1: Balanço de massa para um volume de reator 
 
2.8.2 Equação Geral do Balanço de Energia 
 
Em operações isotérmicas, os balanços de energia têm de ser usados com os balanços 
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 21 
 
de massa. Dependendo do tipo de reator, este balanço pode ser realizado sobre um elemento 
diferencial de reator ou sobre o reator como um todo. A equação que expressa o balanço de 
energia está mostrado na equação 2.10 e o modelo referente ao balanço de energia para um 
volume de reator esta mostrado na Figura 2.2: 
 
 (2.10) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Levenspiel, 2000, p. 69) 
FIGURA 2.2: Balanço de energia para um volume de reator 
 
2.9 Reatores Químicos 
 
De acordo com Fogler (2009), reatores químicos são vasos projetados para 
conter reações químicas de interesse em escala industrial. O projeto de um reator químico 
trata com múltiplos aspectos de engenharia química, sobre os quais os engenheiros químicos 
trabalham para obter a maximização dos valores desejáveis para a reação dada. Projetistas 
garantem que a reação se processe com maior eficiência para o produto de saída desejado, 
 
 Elemento de volume do reator 
 
 
 
 
 
Calor entra Calor sai 
 
 
 
 
 Calor desaparece devido a 
 reação dentro do reator 
 
 Calor é acumulado dentro 
 do elemento 
 
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 22 
 
produzindo o mais alto rendimento do produto, mas gerando o mínimo de custos para serem 
comprados e operarem. 
Rodrigues et al (2006) diz que, um processo químico mantém suas características se 
os fatores de perturbação do processo como um todo forem mantidos constantes, por esse 
motivo, é possível diminuir os custos e o tempo de pesquisa e desenvolvimento na 
extrapolação dos dados obtidos em laboratório para as plantas piloto, e destas para as escalas 
das plantas industriais. 
Segundo Boniatti (2009), os reatores químicos se classificam em dois tipos quanto ao 
fluxo mecânico dos fluidos envolvidos na reação, podendo ser contínuos (que são 
normalmente operados em regime estacionário) ou descontínuos. O presente trabalho visa o 
estudo da combinação de reatores contínuos do tipo tanque agitado (CSTR) e reator tubular de 
fluxo pistonado (PFR). 
O projeto de um reator químico inclui a escolha do tipo de reator, do volume do reator 
e das condições operacionais3. Os dados necessários para a escolha destas três variáveis são: a 
escala da operação, a termodinâmica e a cinética da reação química. 
Termodinâmica: a força motriz das reações é a diferença de entalpia livre entre os 
estados inicial e final, cujo valor indica se a reação é possível (ΔGr <0). 
Aspectos cinéticos: reatividade depende da diferença de entalpia livre entre os estados 
inicial e ativado e indica o quão rápido o sistema se move em direçãoao equilíbrio. 
 
2.9.1 Reator Continuo de Tanque Agitado (CSTR) 
 
 É também chamado de reator de retromistura, utilizado principalmente para reações 
em fase liquida, normalmente operado em estado estacionário e necessita de uma misturação 
homogênea, consequentemente, a temperatura, a concentração e a velocidade não dependem 
do tempo ou da posição. Uma vez que a temperatura e a concentração são idênticas em 
qualquer ponto do reator, deve-se considerar que a temperatura e a concentração de saída do 
reator são idênticas as encontradas no seu interior. Por esse motivo os CSTR são considerados 
reatores ideais. Em sistemas onde a misturação não é ideal deve-se recorrer a outros métodos 
de modelagem, tais como distribuições de tempo de residência, para obtenção de resultados 
_______________ 
3 Informação retirada de: Curso en línea em Ingeniería Química de reacción en la Universidad de Madrid: 
FUNDAMENTOS Y TIPOS DE REACTORES - Capítulo 1. Disponível em: <http://ocw.upm.es/ingenieria-
quimica/ingenieria-de-la-reaccion-quimica/contenidos/OCW/LO/cap1.pdf>. Acesso em: 28 jun. 2011. ( tradução 
nossa). 
 
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 23 
 
significativos. 
 Segundo Pereira (2009), o reator CSTR é usado extensivamente na indústria de 
processos químicos. Consiste em tanques cilíndricos agitados que possuem misturação 
perfeita. Podem ser dispostos em múltiplos tanques individuais sem conexões entre si, podem 
ainda ser conectados em paralelo, ou ainda ser dispostos em série com o intuito de otimizar a 
cadeia produtiva. Para minimizar as necessidades de bombas e manutenção, freqüentemente 
escolhe-se fluxo por gravidade entre os estágios. Reatores CSTR são empregados quando 
trabalha-se com sólidos ou líquidos, não sendo recomendados para operações a altas pressões. 
Em muitos aspectos como mecânicos e de transferência de calor, são similares aos 
reatores batelada. Entretanto, é necessário ter uma entrada para adição contínua de reagentes e 
uma saída para corrente de produtos. 
As equações descritas abaixo foram retiradas e reconfiguradas de LEVENSPIEL, 2000 
e FOGLER, 2009. 
A taxa molar de um reagente A que é alimentado no sistema menos a taxa molar do 
reagente A que é consumido no sistema é igual a taxa molar de A que sai no sistema, isso se 
traduz na equação 2.11: 
AAA FXFF  00 (2.11) 
Rearranjando a equação 2.11 temos: 
)1(0 XFF AA  (2.12) 
A equação para calcular o volume de um reator CSTR é: 
)()(
0
A
AA
A
AA
r
XF
r
FF
V




 (2.13) 
Aplicando-se o conceito de tempo espacial, tem-se: 
 τ
)(
0
A
AA
r
XF
v

 (2.14) 
Isolando-se o tempo espacial, tem-se: 
)(
0
A
AA
r
XC

 (2.15)
 Para sistemas a volume constante AAAA CCXC  00 , e então a equação 2.15 passa a 
ser: 
 
)(
0
A
AA
r
CC


 (2.16) 
 
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 24 
 
 
2.9.2 Reator Tubular de Fluxo Pistonado (PFR) 
 
Consiste em um tubo cilíndrico, operado geralmente em estado estacionário, onde os 
reagentes normalmente se encontram em estado gasoso, porém, podendo acontecer em estado 
liquido. Os fluidos são mecanicamente deslocados ao longo do tubo, de modo que, os 
reagentes são continuamente consumidos à medida que eles escoam ao longo do reator. Na 
modelagem de um PFR, é considerado que a concentração varie apenas na direção axial do 
reator. Consequentemente, a velocidade da reação (-rA), que é uma função da concentração 
para todas as reações, exceto as de ordem zero, variará também axialmente. 
As equações descritas abaixo foram retiradas e reconfiguradas de LEVENSPIEL, 2000 
e FOGLER, 2009. 
A equação geral para calcular o volume de um reator PFR esta disposta 2.17: 
)(0
0
A
A
XA
A
r
dX
FV

  (2.17) 
Aplicando-se o conceito de tempo espacial, tem-se, então, que: 
τ
)(0
00
A
A
XA
A
r
dX
Fv

  (2.18) 
Isolando-se o tempo espacial, tem-se: 
)(0
0
A
A
XA
A
r
dX
C

  (2.19) 
Para sistemas a volume constante )0( A , tem-se que AAAA dXCCC 00  , que 
conduz a relação AAA dXCdC 0 , que sendo substituída em 2.19 conduz a: 
)(0 A
A
CA
CA r
dC

  (2.20) 
 
2.10 Combinação de Reatores 
 
 Reatores químicos podem ser dispostos independentemente, combinados em série ou 
paralelo. 
De acordo com Pereira 2009, para qualquer tarefa particular e para todas as ordens 
positivas de reação, o reator de mistura perfeita é sempre maior que o reator de fluxo 
pistonado, para uma mesma alimentação e mesma conversão. A razão de volumes aumenta 
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 25 
 
com a ordem de reação. Quando a conversão é pequena, o desempenho do reator é só 
levemente afetado pelo tipo de escoamento. A razão de desempenhos aumenta muito 
rapidamente a altas conversões, conseqüentemente, uma representação apropriada do 
escoamento se torna muito importante nesta faixa de conversão. 
Boniatti (2009), ressalta que, a variação de densidade durante a reação afeta o projeto, 
entretanto, ela é normalmente de importância secundária quando comparada com a diferença 
no tipo de escoamento.Para as reações em paralelo, a variável fundamental que se deve 
manipular para aumentar o rendimento do produto desejado é a concentração. Por outro lado, 
nas reações em série, a variável mais importante é o tempo (tempo espacial para reatores em 
fluxo contínuo). 
 
2.10.1 Reatores em Paralelo 
Segundo Pereira (2009), a combinação de reatores tubulares de fluxo pistonado em 
paralelo é muito utilizada na indústria, e é muito comum que os diferentes reatores 
combinados em paralelo sejam arranjados de modo a terem o mesmo volume. Neste caso, a 
vazão de alimentação é constante para cada um dos diferentes reatores, o que fará com que o 
tempo espacial (τ) se mantenha constante. Consequentemente, a operação de sistemas com 
diferentes reatores tubulares em paralelo só levará a máxima eficiência de produção se o 
tempo espacial (τ) para cada reator for constante. Qualquer outra forma de alimentação onde τ 
não seja mantido o mesmo em todos os reatores conduzirá a uma menor eficiência do sistema. 
Segundo Boniatti (2009), para se obter uma conexão ótima de reatores pistonados 
ligados em paralelo pode-se tratar o sistema inteiro como um único reator pistonado. O 
volume deste único reator será igual ao volume total das unidades individuais, se a 
alimentação for distribuída de tal maneira que as correntes fluidas que se encontram tiverem a 
mesma composição. Para isso ocorrer para reatores em paralelo, o tempo espacial do 
diferentes reatores arranjados tem que ser o mesmo para cada linha paralela. Qualquer outra 
maneira de alimentação é menos eficiente. 
 
2.10.2 Reatores em Série 
 
Fogler (2005) diz que, reatores podem ser conectados em série , de modo que a 
corrente de saída de um reator é a corrente de alimentação para outro reator. Quando esse 
arranjo é usado, frequentemente é possível acelerar os cálculos, definindo a conversão em 
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 26 
 
termos de um ponto a jusante em vez da conversão em relação a qualquer um dos reatores. 
Para reatores em série a conversão é encontrada através da equação 2.21: 
 (2.21) 
De acordo com Levenspiel (2000), considerando um sistema de diferentes reatores de 
mistura perfeita, com mesma capacidade e conectados em série, a concentração pode ser dita 
uniforme em cada reator, porém, ocorrerá uma variação na concentração conforme o fluido se 
move de um reator a outro. A diminuição gradual da concentração sugere que quanto maior 
for o número de unidades em série, mais o sistema se comporta como escoamento pistonado. 
Como regra geral, com reatores de mistura perfeita, é mais conveniente desenvolver 
equações em termos de concentrações do que em termos de conversões 
 
2.11 Simulador de Processos Aspen Plus 
 
O simulador Aspen Plus é produzido e mantido pela Aspen Tech. A grande vantagem 
deste simulador em relação aos demais advêm do seu conjunto de pacote termodinâmicos. Os 
modelos termodinâmicos implementados neste simulador para o calculo e estimativa de 
propriedades físico-químicas, tanto de componentes puros como de misturas possuem 
quantidade e qualidade superiror em relação aos demais simuladores comerciais. 
Em cinética e cálculo de reatores químicos, muitos problemas recaem em sistemas de 
equações algébricas e/ou diferenciais, o que é, algumas vezes, de resolução trabalhosa por 
meios analíticos, quando estas existem4(RODRIGUES et al., 2006). Por esse motivo a 
utilização de ferramentas computacionais para a solução destes problemas se faz necessário. 
Os simuladores de processo, dependendo de sua estrutura e forma de funcionamento, podem 
auxiliar na resolução destas tarefas. 
 
“Um modelo é qualquer objeto, concreto ou abstrato, utilizado para explicar um 
fenômeno. Na visão da engenharia, consiste num certo conjunto de dados e idéias 
abstratas para explicar um fenômeno de interesse e relacionar as variáveis de 
problemas. Um modelo de engenharia se torna matemático quando atinge seu ápice, 
sendo possível estabelecer relações quantitativas precisas entre as variaveis ” 
(PINTO E LAGE, 2001, apud RODRIGUEZ, 2011, p. 19). 
_______________ 
4 Informação fornecida por R. Rodrigues et al no XVI Congresso Brasileiro de ENGENHARIA QUÍMICA, em 
24 de setembro de 2006, no III Congresso Brasileiro de TERMODINÂMICA APLICADA – CB TERMO, 
Santos, 24 a 27 de setembro de 2006. 
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 27 
 
 
 
O simulador de processos Aspen Plus possui inúmeras ferramentas computacionais de 
análise e simulação de processos, este trabalho tem por finalidade a utilização de ferramentas 
voltadas a cálculos de reatores químicos, especificamente, reatores CSTR e PFR. Os 
próximos tópicos irão abranger o funcionamento de dois diferentes tipos de ferramentas do 
Simulador Aspen Plus, ligadas ao projeto de reatores contínuos, a saber: RCSTR e RPFR. 
 
2.11.1 RCSTR ( Reator Continuo de Tanque Agitado) 
 
RCSTR é um modelo usado rigorosamente para prever variações de fatores intrínsecos 
de reações químicas em reatores contínuos de tanque agitado. É necessário conhecer a 
cinética das reações e o equilíbrio químico, podendo-se utilizar modelos termodinâmicos pré-
definidos no simulador e escolhidos de acordo com a reação a ser simulada. 
Segundo ASPEN TECHNOLOGY (2003), a simulação no reator CSTR necessita as 
seguintes especificações conforme mostrado na tabela 2.1: 
 
TABELA 2.1 
Ícones e recursos do reator CSTR 
Ícone Recursos 
Setup Especificar as condições operacionais do reator, selecionar as reações a 
serem efetuadas, selecionar atributos PSD e correntes de saída do reator. 
Convergence Especificar estimativas de taxas de fluxo de componentes, temperatura do 
reator, volume do reator, parâmetros de convergência flash. 
BlockOptions Permite substituir os valores globais para as propriedades físicas. 
Results Resultados de balanço de massa e balanço de energia para a reação 
desejada. 
Dynamic Permite especificar parâmetros para simulações dinâmicas. 
 
2.11.1.1 Flowshet Connectivity RCSTR (Fluxograma para um CSTR) 
 
Permite a construção de fluxogramas, com entradas, saídas e correntes de calor 
presentes em um processo de reatores contínuos de tanque agitado, conforme mostrado na 
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 28 
 
Figura 2.3: 
 
Fonte: ASPEN TECHNOLOGY, INC. Aspen Plus 12.1 Unit Operation Models 
FIGURA 2.3 – Fluxograma de Construção de um Reator CSTR. 
 
2.11.1.2 Material Streams ( Fluxo de Materiais) 
 
 Na entrada deve ser designado pelo menos um fluxo de material. Na saída deve ser 
designado outro fluxo material. 
 Na entrada do reator podem-se adicionar tantas correntes de calor quantas forem 
necessárias, sendo opcionais as correntes de calor. O RCSTR usa a soma dos fluxos de calor 
de entrada como o calor de especificação, se o mesmo não for informado. Na saída do reator o 
valor do fluxo de calor é igual a entrada de fluxos de calor menos o dever de 
calor calculado) para o reator. 
 
2.11.1.3 Specifyng (Especificações) 
 
Devem ser especificadas as condições de operação do reator, que são, pressão, 
temperaturas, calor e também deve-se inserir o volume do reator ou o tempo de residência. 
Além de especificar a cinética da reação, deve-se estipular o número de fases contidas na 
reação, podendo utilizar-se do equilíbrio das fases. 
 
2.11.2 RPlug ( Reator Tubular de Fluxo Pistonado) 
 
É um modelo que assume que a mistura perfeita ocorre na direção radial e que 
nenhuma mistura ocorre na direção axial do tubo. O RPlug abrange reações cinéticas, 
incluindo reações envolvendo sólidos. Deve-se conhecer a cinética da reação através de 
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 29 
 
modelos pré-definidos pelo simulador Aspen Plus ou deve ser fornecido na rotina de 
simulação. 
Segundo ASPEN TECHNOLOGY (2003), a simulação no reator CSTR necessita das 
mesmas especificações mostradas na tabela 2.2: 
 
2.11.2.1 Flowshet Connectivity for RPlug ( Fluxograma para um PFR) 
 
Permite a construção de fluxogramas, com entradas, saídas e correntes de calor 
presentes em um processo de reatores de tubulares de fluxo pistonado, conforme mostrado na 
figura 2.4: 
 
Fonte: ASPEN TECHNOLOGY, INC. Aspen Plus 12.1 Unit Operation Models 
FIGURA 2.4 – Fluxograma de Construção de um Reator PFR. 
 
2.11.2.2 Material Streams ( Fluxo de Materiais) 
 
 Na entrada deve ser designado pelo menos um fluxo de material. Na saída deve ser 
designado outro fluxo material. 
 
2.11.2.3 Specifyng (Especificações) 
 
Pode-se utilizar um fluxo de calor de saída, é necessário especificar o comprimento do 
tubo do reator, se o reator for constituído de tubos múltiplos, deve-se inserir essa informação, 
deve ser especificada a queda de pressão em todo o reator. 
 
 
 
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 30 
 
3 METODOLOGIA 
O Trabalho de Conclusão de Curso I consistiu no estudo das reações químicas 
combinadas com o simulador Aspen Plus e seu modo de operação, este ultimo sendo dividido 
nas seguintes partes: 
- Como elaborar um fluxograma em série e em paralelo incluindo as correntes de 
massa e calor; 
- Como acessar o banco de dados de componentes; 
- Como escolher o pacote termodinâmico mais adequado; 
- Como inserir as variáveis de operaçãodo reator: queda de pressão, temperatura, 
vazão e composição das fases presentes; 
- Como inserir a estequiometria e a cinética da reação; 
- Como correr uma simulação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 31 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Neste capitulo serão abordados os resultados do estudo do simulador Aspen plus, 
seguindo a metodologia mostrada no capítulo 3. 
 
4.1 Como Elaborar um Fluxograma em Série e em Paralelo Incluindo as Correntes de 
Massa e Calor 
 
Embora o simulador Aspen Plus apresente diversos módulos específicos como por 
exemplo, tecnologia pinch, polímeros, entre outros, para esse projeto foi usado o módulo 
Aspen Plus User Interface, conforme mostrado na figura 4.1. 
 
 
FIGURA 4.1 – Tela de Abertura do Aspen Plus User Interface 11.1 
 
 O primeiro passo, a ser executado na simulação, é a criação do fluxograma de 
processos através da escolha dos equipamentos e interligação entre eles. A figura 4.2 mostra a 
janela de Flowsheet para a categoria Reatores Químicos, havendo opção de reatores do tipo: 
estequiométricos, de rendimento, de Gibbs, CSTR, PFR e batelada. A diferença entre eles está 
nas características da reação como: reversibilidade, estequiometria e cinética. Nesse projeto 
serão utilizados os tipos RCSTR e RPlug. 
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 32 
 
 
FIGURA 4.2 – janela de construção de fluxograma para reatores químicos. 
 
Também na janela de flowsheet deverão ser inseridas as correntes mássicas ou molares 
e de calor que atravessam a superfície do reator. A figura 4.3 mostra um exemplo para CSTR. 
 
 
FIGURA 4.3 – correntes de massa entrando e saindo de um CSTR. 
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 33 
 
4.2 Como Acessar o Banco de Dados de Componentes 
 
 A escolha dos componentes presentes na reação é feita através do banco de dados do 
simulador ou, caso não exista no banco de dados, pode ser definida pelo usuário. Nesse caso, 
devem ser inseridas propriedades dos componentes que são solicitadas pelo próprio 
simulador. Nesse projeto pretende-se usar componentes do banco de dados do Aspen Plus 
11.1. A janela para definição dos componentes é mostrada na figura 4.4. 
 
 
FIGURA 4.4 – janela para definição dos componentes. 
 
4.3 Como Escolher o Pacote Termodinâmico 
 
A escolha do pacote termodinâmico é fundamental para a obtenção de bons resultados. 
A figura 4.5 mostra os pacotes existentes no banco de dados do Aspen Plus 11.1. A escolha da 
termodinâmica mais adequada é função do estado dos componentes, da polaridade molecular 
e solubilidade das misturas. 
 
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 34 
 
 
FIGURA 4.5 – janela para especificação do método termodinâmico. 
 
4.4 Como Inserir as Variáveis de Operação do Reator: Queda de Pressão, Temperatura, 
Vazão e Composição das Fases Presentes 
 
As propriedades tanto da alimentação quanto dos produtos são alimentadas no 
simulador conforme mostrado na figura 4.6. É obrigatório o preenchimento dos campos de 
temperatura, pressão ou queda de pressão, vazão e composição de todas as correntes. 
 
FIGURA 4.6 – janela para especificação das correntes. 
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 35 
 
4.5 Como Inserir a Estequiometria e a Cinética da Reação 
 
No trabalho proposto será utilizada a cinética para reações simples na forma de Lei de 
Potência com estequiometria conhecida. A figura 4.7 mostra a aba para inserir os coeficientes 
estequiométricos da reação, positivo para produtos e negativo para reagentes, assim como aba 
para inclusão dos parâmetros cinéticos. Os parâmetros cinéticos obrigatórios são: a constante 
de velocidade, a ordem da reação e a energia de ativação. 
 
FIGURA 4.7 – janela para especificação da estequiometria e cinética da reação. 
 
4.6 - Como correr uma Simulação 
 
Para executar a simulação deve-se usar o botão Run, presente no menu principal do 
simulador. Os resultados são as vazões, energia, temperatura, pressão e composição de todas 
as correntes presentes. 
 
 
 
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 36 
 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
O simulador Aspen Plus possui as ferramentas necessárias para simular diferentes 
combinações de reatores contínuos para reações de cinética conhecida, através de seus 
módulos RCSTR e RPlug. E o módulo de reatores contínuos que será empregado 
possibilitará a comparação dos resultados obtidos em simulação computacional com valores 
experimentais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 37 
 
6 CRONOGRAMA 
 
A presente proposta de trabalho de conclusão de curso I prevê como cronograma de 
execução as seguintes datas e etapas para o trabalho de conclusão de curso II: 
 
TABELA 6.1 
Cronograma de desenvolvimento do trabalho de conclusão de curso II 
Data 
(MÊS/2011) 
Etapa 
JUL-AGO Simulação de Sistema de Reatores CSTR em série e em paralelo 
JUL-OUT Montagem e treinamento do módulo didático da UNIPAMPA 
AG-SET Simulação de Sistema de Reatores PFR em Paralelo 
SET-OUT Simulação de combinação de reatores de diferentes tipos (CSTR e PRF) 
OUT-NOV Coleta de dados experimentais 
NOV Análise de Dados Experimentais 
DEZ Elaboração de relatório final de TCC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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