Engenharia
das
Reacções I
Cinética e Reactores Químicos Ideais
Filipe Gama Freire
, R
I T - D EPARTAMENTO DE E NGENHARIA Q UÍMICA
F ILIPE G AMA F REIRE
R
Este livro é produto da experiência de ensino de reatores no I T nomeadamente dos Profs.
Joaquim Barbosa Romero 1960’s
Farinha Portela 1970’s
Ramôa Ribeiro 1980’s
e Fernanda Alvarez 1990’s
1ª Ed., Agosto 2015
, Conteúdo
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 Classificação das reacções químicas 10
1.2 Classificação dos reactores químicos 12
1.3 Projecto de reactores 14
1.4 Reactores ideais 15
1.4.1 Reactor Batch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.2 Reactor Contínuo Perfeitamente Agitado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.3 Reactor Tubular Pistão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.4 Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5 Conclusões 17
2 Cinética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Introdução 20
2.1.1 Natureza e extensão da cinética química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 Parâmetros de que depende a velocidade de reacção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
, 2.2 Reacções elementares 29
2.2.1 Leis de velocidade e molecularidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Determinação dos parâmetro cinéticos 32
2.3.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 Método do Isolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.3 Método diferencial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.4 Método das velocidades iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.5 Método integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.6 Método do tempo de semi-transformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Associação de reacções elementares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1 Exemplos de reacções químicas não elementares 44
3.2 Selectividades e rendimentos 45
3.3 Reacções reversíveis ou opostas 45
3.4 Reacções simultâneas ou em paralelo 51
3.5 Reacções em série ou consecutivas 57
4 Mecanismos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1 Tipo de intermediários 63
4.2 Mecanismos 64
4.2.1 Como se obtém a equação de velocidade? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Catálise 68
4.3.1 Conceitos Gerais em Catálise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.2 Tipos de Catálise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.3 Reacções catalíticas homogéneas em fase gasosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.4 Catálise ácido-base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.5 Catálise enzimática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
das
Reacções I
Cinética e Reactores Químicos Ideais
Filipe Gama Freire
, R
I T - D EPARTAMENTO DE E NGENHARIA Q UÍMICA
F ILIPE G AMA F REIRE
R
Este livro é produto da experiência de ensino de reatores no I T nomeadamente dos Profs.
Joaquim Barbosa Romero 1960’s
Farinha Portela 1970’s
Ramôa Ribeiro 1980’s
e Fernanda Alvarez 1990’s
1ª Ed., Agosto 2015
, Conteúdo
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 Classificação das reacções químicas 10
1.2 Classificação dos reactores químicos 12
1.3 Projecto de reactores 14
1.4 Reactores ideais 15
1.4.1 Reactor Batch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.2 Reactor Contínuo Perfeitamente Agitado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.3 Reactor Tubular Pistão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.4 Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5 Conclusões 17
2 Cinética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1 Introdução 20
2.1.1 Natureza e extensão da cinética química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.2 Parâmetros de que depende a velocidade de reacção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
, 2.2 Reacções elementares 29
2.2.1 Leis de velocidade e molecularidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3 Determinação dos parâmetro cinéticos 32
2.3.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 Método do Isolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3.3 Método diferencial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.4 Método das velocidades iniciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.5 Método integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.6 Método do tempo de semi-transformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Associação de reacções elementares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1 Exemplos de reacções químicas não elementares 44
3.2 Selectividades e rendimentos 45
3.3 Reacções reversíveis ou opostas 45
3.4 Reacções simultâneas ou em paralelo 51
3.5 Reacções em série ou consecutivas 57
4 Mecanismos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.1 Tipo de intermediários 63
4.2 Mecanismos 64
4.2.1 Como se obtém a equação de velocidade? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Catálise 68
4.3.1 Conceitos Gerais em Catálise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.3.2 Tipos de Catálise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.3.3 Reacções catalíticas homogéneas em fase gasosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.4 Catálise ácido-base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.5 Catálise enzimática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
