(1) Processos catalíticos heterogêneos envolvem mais de uma fase material, incluindo uma fase sólida catalítica e uma ou mais fases fluidas. (2) Esses processos incluem várias etapas físicas e químicas como transferência de massa e reações na superfície do catalisador. (3) As etapas podem ser limitadas por transferência de massa externa ou interna ou pela cinética da reação de superfície, determinando a etapa controladora do processo.

1. INTRODUÇÃO
Caracterizando os processos químicos heterogêneos com indicativos de
presença de mais de uma fase, identifica-se neste contexto o processo catalítico
heterogêneo como aquele que inclui entre suas fases a participação do catalisador
sólido. Assim, uma ou mais fases fluidas, gás e/ou líquido, presentes no meio
reacional em contato com partículas, grãos ou pelotas do catalisador, constituem o
sistema no qual a transformação química é efetivada entre componentes das
fases fluidas sobre a superfície da fase sólida.
O processo catalítico heterogêneo intrínseco, ocorrendo nos sítios ativos
superficiais da fase sólida, requer condições de acessibilidade a esses sítios por
parte dos componentes reagentes, presentes nas fases fluidas, e capacidades de
remoção dos produtos formados sobre esses sítios, na direção das citadas fases
fluidas. Decorrentes dos efeitos inerentes a estas ocorrências são identificados
fenômenos de transferência de massa entre as fases e no interior destas e
interações fluido-sólido em torno do ato catalítico localizado na superfície do
sólido. Ações sobre os referidos fenômenos devem ir no sentido da diminuição dos
seus efeitos, buscando ao máximo reduzir as resistências por eles oferecidas,
garantindo menores tempos de acesso aos sítios ativos do catalisador, para os
reagentes, e rápidas etapas de remoção dos produtos pelas fases fluidas.
Caracterizados pelas presenças de mais de uma fase material, os
processos catalíticos heterogêneos suscitam, para fins de melhores contatos entre
estas fases, a utilização de um universo de formas geométricas e disposições
variadas da fase sólida e dos equipamentos que promovem seus contatos com os
fluidos. Deles sao requeridos os estabelecimentos de interações mais efetivas, em
termos das reaçoes químicas intrínsecas, condutoras de transformações
moleculares. Os equipamentos contactores, identificados como reatores catalíticos

2. heterogêneos, referem-se a sistemas, sujeitos ao uso em operações contínuas,
cujas geometrias permitem interações entre uma ou mais fases fluidas e a fase
sólida catalítica, proporcionando cinéticas das etapas físicas e químicas,
adequadas à dinâmica do processamento.
Utilizações de processos catalíticos bifásicos e trifásicos são freqüentes em
produções industriais, as quais recorrem a operações em sistemas enquadrados
de forma geral na classificação de reatores de leito fixo e reatores de leito móvel.
Segundo as operações realizadas nesses sistemas, e possivel identificar
características gerais dos processos catalíticos heterogêneos, podendo-se
proceder o detalhamento das etapas destes processos, ressaltando-as para fins
de quantificação cinética dos fenômenos físicos e químicos envolvidos. De forma
esquematizada estão representados nas Figuras 1 e 2 os processos bifásicos e
trifásicos nas duas classes de reatores. Destacam-se na seqüência os contatos e
interações entre as fases e no interior delas, segundo etapas físicas e químicas,
cujas cinéticas compõem a cinética global do processo.
Tomando como referência um processo trifásico, no qual A (g), o
componente reativo presente na fase gasosa interage com B(L), o componente
presente na fase líquida, sob a ação de um catalisador sólido poroso,
referenciando-se o processo segundo a equacao quimica A(g) + B(L) Produtos
( P(g) , R(L) ). Na Figura 1, representa-se de forma esquematica, uma região
ampliada de contato gas-liquido-solido, detalhando-se o conjunto de etapas físicas
e químicas, representadas segundo os perfis de concentracao dos reagentes. De
modo analogo, estao detalhados na Figura 2 os perfis de concentracao dos
produtos.
Nos dois casos mantem-se os direcionamentos da alimentação dos
reagentes e da remoção dos produtos, respectivamente, dando inicio em níveis
mais elevados (A(g), B(L)) e concluindo em níveis menores (P(g), Q(L)), relativamente
as posicoes dos sítios ativos

3. A(g) + B(L) + Cat.(s) P(g) + Q(L) + Cat.(s)
GÁS LÍQUIDO
SÓLIDO
CAG CAG
CBL CBL CBL
REAGENTES
CAGI CBSINT
CAGL CBSEXT
CASINT
CAL CAL
CASEXT
IGL ILS
Figura 1. Processo gás-líquido-sólido catalítico. Perfis de concentração dos
reagentes.

4. GÁS LÍQUIDO
SÓLIDO
CPEXT
CPL CPL
PRODUTOS
CPINT
CPLI CQEXT
CPG CPG
CQINT
CQL CQL CQL
IGL ILS
Figura 2. Processo gás-líquido-sólido catalítico. Perfis de concentração dos
produtos.
Com base no esquema proposto estão identificadas as etapas do processo
catalítico heterogêneo trifásico, delas constando oito etapas envolvendo o reagente
A(g) da fase gasosa e seis etapas referentes ao produto P(g) gasoso, formado na
superfície do catalisador. No sentido de elevadas concentrações na fase gasosa para
menores concentrações na superfície do catalisador as etapas para o reagente da fase
gasosa são assim detalhadas:

5. - (1)transferência de massa do componente A na camada de gás próxima à
interface gás-líquido ;
- (2)dissolução do componente A do gás na camada da fase líquida próxima à
interface gás-líquido ;
- (3)transferência de massa do componente A dissolvido, na camada de líquido
próxima à interface gás-líquido ;
- (4)transferência de massa do componente A dissolvido, na camada de líquido
próxima à interface líquido-sólido ;
- (5)transferência de massa do componente A dissolvido, no líquido contido no
interior dos poros do catalisador ;
- (6)adsorção do componente A sobre os sítios ativos superficiais do catalisador ;
- (7)ativação e reação química com consumo de A nos sítios ativos superficiais do
catalisador ;
- (8)dessorção do componente A, não reagido, nos sítios superficiais do
catalisador.
Produtos formados na superfície do catalisador podem garantir maiores
concentrações nas proximidades dos sítios ativos, proporcionando fluxos de massa no
sentido de suas menores concentrações situadas nas fases fluidas. Nesta direção
estão detalhadas as seguintes etapas para um produto P gasoso :
- (9)dessorção do produto P nos sítios ativos superficiais do catalisador ;
- (10) transferência de massa do componente P dissolvido, no líquido contido no
interior dos poros do catalisador ;
- (11)transferência de massa do componente P dissolvido, na camada de líquido
próxima à interface líquido-sólido ;
- (12)transferência de massa do componente P dissolvido, na camada de líquido
próxima à interface líquido-sólido ;
- (13)transferência de massa do componente P dissolvido, na camada de líquido
próxima à interface gás-líquido ;

6. - (14)liberação do componente P dissolvido, da fase líquida para a fase gasosa, na
interface gás-líquido ;
- (15)transferência de massa do componente P na camada de gás próxima à
interface gás-líquido.
Processos catalíticos trifásicos operados em leitos fixos apresentam possibilidades
de molhamentos parciais das pelotas catalíticas pela fase líquida, os quais podem dar
ensejo a transferências de massa diretas da fase gasosa para o interior da estrutura
porosa do catalisador. Em processos bifásicos, gás-sólido ou líquido-sólido, aparecem
conjuntos menores de etapas físicas e químicas, compondo o mecanismo global, as
quais podem ser identificadas com um subconjunto incluído no detalhamento elaborado
para o processo trifásico. Assim, as etapas (1) e (2) para o reagente gasoso A(g) não
estariam incluídas, contando-se somente a partir da etapa (4),valendo para um
componente da fase fluida (gás ou líquido). De modo semelhante, as etapas (13), (14)
e (15) não constam no conjunto de etapas que envolvem um produto P(g) ou P(L) de
um processo fluido-sólido, contando-se somente até a etapa (12) para este
componente da fase fluida.
Os fenômenos de transferência de massa, segundo suas localizações em relação
ao catalisador, se situam em duas categorias. Assim, são tidos como de transferência
de massa externa os efeitos de resistência à transferência de massa dos reagentes e
produtos da fase gasosa e da fase líquida na interface gás-líquido e dos reagentes e
produtos da fase líquida na interface líquido-sólido. Resistências oferecidas à entrada
dos reagentes ou à saída dos produtos no interior da estrutura porosa do catalisador
são identificadas como relativas à transferência de massa interna.
Os contatos entre as fases presentes no meio externo ao catalisador,
consideradas as diferentes velocidades de deslocamento das fases fluidas e do sólido
no meio reacional, proporcionam diferentes perfis de velocidade de escoamento destas
fases fluidas nas proximidades das interfaces gás-líquido e líquido-sólido, dando origem

7. a regiões denominadas camadas de interface. Estas apresentam características
específicas, distintas daquelas dos meios homogêneos situados nos seios das fases
gasosa ou líquida, que lhes conferem possibilidades de oferecerem limitações aos
fluxos de massa dos reagentes e produtos. No interior da estrutura porosa do
catalisador o meio fluido não está sujeito aos efeitos externos do escoamento,
oferecendo resistências às transferências de massa dos reagentes e produtos segundo
ações difusivas moleculares e devido aos choques destes componentes com as
paredes dos poros do sólido.
A análise dos processos heterogêneos através da presente abordagem cinética
faz uso do conceito de etapa controladora, segundo o qual são identificadas limitações
impostas em cada etapa, que em conseqüência conduzem às quantificações das
velocidades individuais dos processos elementares. A composição de todas essas
etapas passa a compor a velocidade aparente global do processo.
Fluxos mássicos inerentes às etapas de transferência de massa externa e interna
ao catalisador e taxas mássicas das etapas de adsorção e reação catalíticas formam a
base necessária às quantificações cinéticas do processo. As ordens de grandeza
advindas servem a comparações, fornecendo valores relativos das resistências
correspondentes às etapas individuais. Valores nitidamente superiores dessas
resistências garantem às respectivas etapas suas caracterizações como etapas
controladoras do processo.
As citadas resistências estão relacionadas aos parâmetros representativos dos
fenômenos envolvidos em cada etapa descrita. Além da dependência direta com as
concentrações dos diferentes componentes presentes no processo, as quais incidem
sobre as ordens de grandeza dos fluxos e taxas mássicos das diferentes etapas,
podem ser destacadas influências de variáveis operacionais sobre os parâmetros
representativos. Assim, vazões das fases fluidas, velocidades de agitação, tamanho de
partícula, massa de catalisador, temperatura, etc.,..., entre outras, podem interferir
sobre as resistências individuais relacionadas às etapas do processo, com ênfases

8. representadas pelos diferentes valores dos correspondentes parâmetros
representativos.

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