Aula 3 - Balanços molares aplicados a reatores homogêneos

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Cinética e reatores homogêneos
Aula_2 Balanços molares aplicados a reatores
Índice
• Definição de velocidade de reação
• Equação geral do balanço molar
• Reatores batelada
• Reatores tanque agitado descontínuo
• Reatores com escoamento contínuo
• Reatores tanque agitado contínuo
• Reator tubular
Introdução
O que difere um engenheiro químico de outros engenheiros?
Cinética 
química
Projeto 
de 
reatores
Engenharia 
das reações 
químicas 
(ERQ)
Velocidades de reação
Mecanismos de reação
Definição de velocidade de reação
A velocidade de reação nos diz o quão rapidamente um dado 
número de mols de uma espécie química está sendo consumido 
para formar outra espécie química. 
Qualquer composto químico ou 
elemento com uma identidade
própria
Tipo
Número
Configuração
dos átomos da espécie
Definição de velocidade de reação
Quando é que ocorre uma reação química?
Quando um número detectável de moléculas de uma ou mais espécies 
perdem sua identidade e assumem uma nova forma pela mudança no 
tipo ou número de átomos no composto e/ou por uma mudança na 
estrutura ou configuração desses átomos. 
• Decomposição - Quebrada em moléculas menores, átomos ou fragmentos de átomos
• Combinação - Junção com outra molécula
• Isomerização - Mudança na configuração
Definição de velocidade de reação
Reação genérica A + 2B  C + D
-rA = valor numérico da velocidade de consumo do reagente A (mol/tempo.volume)
• Função das propriedades dos materiais reagentes e das condições de reação (por 
exemplo, concentração da espécie, temperatura, pressão, tipo de catalisador, se houver) 
em um dado ponto no sistema;
• Independente do tipo de sistema (por exemplo, batelada ou de escoamento contínuo) no 
qual a reação é conduzida;
• Propriedades dos materiais reagentes podem variar com a posição – função da posição e 
pode variar de ponto a ponto do sistema.
Sistemas 
homogêneos
Lei da velocidade
Constante de velocidade
f(T)
Equação geral do balanço molar
Especificar as fronteira do sistema – volume do sistema
Nj = número de mols da espécie j no sistema no tempo t.
(Eq. 1)
Equação geral do balanço molar
• Se a GJ varia com a posição no VS
• Se todas as variáveis do sistema (T, Cj, ...) forem uniformes no VS
Equação geral do balanço molar
V
• Substituindo Gj na Eq. 1 
V
Equação geral do balanço molar
Base para as equações de projeto de reatores
• Determinar o tempo (batelada) ou o volume do reator (contínuo)
• Converter uma quantidade específica de reagentes em produtos
Reatores batelada
Reatores tanque agitado descontínuo
Fonte: Fogler, 2014.
Não ocorre entrada nem saída de reagentes ou 
produtos durante o processamento da reação
V
V
Equação geral do balanço molar
Reatores batelada
Reatores tanque agitado descontínuo
Fonte: Fogler, 2014.
Considerando a isomerização da espécie A A  B
Calcular t1
Reatores com escoamento contínuo
• Reator tanque agitado contínuo (CSTR)
• Reator de escoamento uniforme (PFR)
Reatores com escoamento contínuo
Reator tanque agitado contínuo (CSTR)
Fonte: Fogler, 2014.
Não há dependência 
espacial ou de tempo 
para a T, C ou rj
Regime estacionário
Mistura perfeita
V
V
Equação geral do balanço molar
Reatores com escoamento contínuo
Reator de escoamento uniforme (PFR)
Fonte: Fogler, 2014.
Não existe variação 
radial na velocidade de 
reação 
Parte de um balanço molar para a espécie j em um segmento 
diferencial do volume do reator, ∆V
Equação geral do balanço molar
Há variação axial da concentração e 
consequentemente na velocidade de 
reação 
Reatores com escoamento contínuo
Reator de escoamento uniforme (PFR)
Fonte: Fogler, 2014.
Operado em 
regime 
estacionário
A  B
Resumo
Fonte: Fogler, 2014.
Índice
• Definição de velocidade de reação
• Equação geral do balanço molar
• Reatores batelada
• Reatores tanque agitado descontínuo
• Reatores com escoamento contínuo
• Reatores tanque agitado contínuo
• Reator tubular
Atividade complementar
• Lista de exercícios
• Leitura do capítulo 1 – Fogler
Ana Katerine de Carvalho Lima Lobato
ana.lobato@unifacs.br