Reatores químicos podem ser considerados o coração de uma planta de processo, onde a matéria-prima é convertida no produto de interesse comercial. Por esta razão, a adequada operação de um reator é fundamental para rentabilidade do processo. Em função desta importância, o presente trabalho apresenta a aplicação de ferramentas de programação matemática na forma de um problema de programação não-linear, visando maximizar o lucro operacional. O sistema estudado corresponde a um reator catalítico modelado através de equações de balanço clássicas. Na formulação do problema de otimização, as restrições são basicamente representadas por um conjunto de equações oriundas dos balanços discretizados através da técnica de diferenças finitas. A função objetivo é representada pela receita total associada à corrente de saída. A aplicação da metodologia proposta em um exemplo típico da prática industrial indica um ganho financeiro relevante em relação a estratégias operacionais convencionais.