Aula 8 - Calculo de Reatores

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TABELAS ESTEQUIOMÉTRICAS PARA SISTEMAS CONTÍNUOS 
Dada a reação: 
DCBA
a
d
a
c
a
b

Espécie 
A 
B 
C 
D 
I 
Alimentação 
FA0 
FB0 = θB FA0 
FC0 = θC FA0 
FD0 = θD FA0 
FIo = θI FA0 
Reação 
- FAo X 
- b/a FAo X 
c/a FAo X 
d/a FAo X 
- 
Final 
FA0 (1-X) 
FB = FA0 (θB - b/a X) 
FC = FA0 (θC + c/a X) 
FD = FA0 (θD + d/a X) 
FI = FA0 θI 
Total FT0 
XF1
a
b
a
c
a
d
FF 0A0TT 






2 
Onde: 
0A
0B
0A
0B
00A
00B
0A
0B
B
y
y
C
C
vC
vC
F
F

 Se v = v0, então: 
 X1
v
F
C
0
0A
A 
 Quando v ≠ v0, então: 
 
 
 
  T
T
P
P
X1v
X1F
T
T
P
P
X1v
X1F
v
F
C 0
00
0A
0
0
0
0A0A
A






3 
Tempo de Residência 
Tempo de residência (τ): é o tempo necessário para se processar 
um volume de reator. 0v
V

Para um reator tubular: 
  



X X
A
A
A
APFR
r
dX
vC
r
dX
FV
0 0
000  

X
A
APFR
PFR
r
dX
C
v
V
0
0
0

em que v0 é medido nas condições de operação do reator. 
  T
T L
L
1-3
3

Eq. (1.28) 
Eq. (1.29) 
4 
Para um reator de mistura: 
 
 
 
Se v = v0 = constante, então: 
 
 
 
Assim: 
A
AA
CSTR
r
FF
V


 0  
A
AA
CSTR
r
CCv
V


 00
A
AA
CSTR
CSTR
r
CC
v
V


 0
0

Eq. (1.30) 
5 
Velocidade Espacial (Space velocity, SV) 
10 
V
v
SV
Em que v0 é geralmente medido nas CNTP (293,15 K e 101,325 
kPa). Dá uma idéia da rapidez com que os reagentes passam pelo 
reator. 
As duas velocidades espaciais mais utilizadas na indústria são: 
 LHSV (Liquid Hourly Space Velocity): medida geralmente a 
temperatura de 60 ou 70°F, mesmo quando a alimentação é 
feita a temperatura mais alta ou até em vapor 
 GHSV (Gas Hourly Space Velocity): normalmente medida nas 
CNTP 
 
T
1
L
T L
3
-13

Eq. (1.31) 
6 
NÚMERO DE DAMKÖHLER (Da) 
Número adimensional que relaciona a velocidade (taxa) da reação 
com a taxa (fluxo) na qual a mistura reacional passa pelo reator. 
Da = 0,1 X ~ 10% 
Da = 10 X ~ 90% 
Para um reator de mistura: 
A
A
CSTR
r
XF
V

 0
Para reação de 1a ordem: rA = kCA
 
 XkC
XCv
V
A
A
CSTR


10
00
Mas 
0v
VCSTR reator pelo passa reacional mistura a qual na Taxa
reação da Taxa
Da
 Xk
X
CSTR


1

7 
  XXkCSTR 1 k
k
X
CSTR
CSTR




1
k
C
C
CSTR
A
A 

1
0  
 
k
kk
C
k
k
CXCC
CSTR
CSTRCSTR
A
CSTR
CSTR
AAA    






1
1
1
11 000
Considerando agora um sistema de reatores de mistura em série: 
Para reação de 1a ordem 
V1 V2 V3 
CA0 
CA1 CA2 CA3 
Eq. (1.32) 
8 
11
0
1
1 k
C
C AA 

22
1
2
1 k
C
C AA 

Se todos os reatores tiverem o mesmo volume e a vazão for 
constant: 
τ1 = τ2 = τ3 …. 
  2211
0
2
11 kk
C
C AA  

A reação é a mesma, então k1 = k2 = ... 
9 
Para o n-ésimo reator 
 n
A
An
Da
C
C


1
0
   2
0
2
0
2
11 Da
C
k
C
C AAA





A conversão fica: 
 
 n
A
nAAn
Da
C
XCC


1
1 00
 nn Da
X


1
1
1
Para reação de 1a ordem 
Eq. (1.33) 
Eq. (1.34) 
10 
Exemplo: 
Voltando à letra (e) do exercício de reatores em série: 
Uma reação de primeira ordem A B está ocorrendo em 
fase gasosa a 2 atm e 400 K. O sistema é alimentado com uma 
vazão volumétrica de 7 L min-1 e a mistura contém 80% mol de 
A e 20% de inerte. Calcule o volume do reator para se 
converter 85% de A, se o sistema em questão é: 
(e) Uma série de reatores de mistura com 3 reatores 
(volumes iguais) 
 Dados: -rA = kCA k = 0,28 min
-1