TIPOS DE REATORES

Luz Amparo Palacio Santos / UERJ

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Conteúdo da disciplina

� Tipos de reatores� Balanço material em reatores� Definições básicas� Projeto de reatores ideais

� Reações simples

� Reações múltiplas

� Projeto de reatores ideais não-isotérmicos

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Mapa conceitual da disciplina

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Conteúdo – Tipos de reatores

� Classificação� Tipos de reatores

� Batelada� CSTR

� Tubular� PFR� PBR

� Semi-continuo

� Fluidizado

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Classificação

CSTR Tubular Fluidizado

Batelada

Modo de operação temporal

Continuo(estacionário)

Descontinuo(transiente)

Semi-continuo(transiente)

PFR PBR

Número de fases

Homogêneo

Heterogêneo

Fluido-sólido Multifásico

Regime térmico

Isotérmico

Adiabático

Politropo

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TIPOS DE REATORES

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Reator batelada

DEFINIÇÕES

• Modo de operação temporal?

• Variação com a posição?

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Reator batelada

� Batch reactor

DEFINIÇÕES

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Reator batelada

DEFINIÇÕES

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Reator batelada

� Operação pequena escala� Teste novos processos� Fabricação produtos caros� Processos difíceis de converter em continuo

� Vantagem: � Altas conversões em períodos longos� Custo (construção simples e pouca instrumentação)� Flexibilidade de operação

� Desvantagem:� Alto custo de mão de obra� Dificuldade de produção em larga escala� Dificuldade de controle da transferência de calor e qualidade do

produto

APLICAÇÕES

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Reator continuo

� Finalidades industriais � grandes quantidades de material a ser processado e taxas de reação alta

� Desvantagem: Necessidade de muitos acessórios

� Vantagem: Excelente controle de qualidade do produto

APLICAÇÕES

CSTR Reator tubular

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CSTR

DEFINIÇÕES

• Modo de operação temporal?

• Variação com a posição?

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CSTR

� Reator ideal:� Reator de mistura perfeita (mixed flow reactor, MFR)� Mixed reactor ou backmix reactor� Reator ideal de tanque agitado � Continous stirred tank reactor (CSTR)� Reator de tanque agitado com escoamento constante

(Constant flow stirred tank reactor, CFSTR)

DEFINIÇÕES

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CSTR

DEFINIÇÕES

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CSTR

DEFINIÇÕES

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CSTR

� Quando se precisa agitação intensa� A maioria da reações em fase líquida� Vários tanque em série � dividir o volume� Desvantagem

� A taxa de reação é menor que em um reator tubular �reatores grandes para altas conversões

� Conversão/volume reator o menor que outros reatores contínuos

� Vantagem:� Simplicidade de construção� Facilidade controle de temperatura� Facilidade de limpeza interna

APLICAÇÕES

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Reator tubular

DEFINIÇÕESPFR

• Modo de operação temporal?

• Variação com a posição?

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Reator tubular

� Reator tubular ideal:� Reator com escoamento

pistonado (plug flow, slugflow, piston flow)

� Reator com escoamento sem mistura

� Reator pistonado (PFR: plug flow reactor)

� Reator tubular recheado com catalisador:� Reator de leito recheado � Packed bed reactor (PBR)� Reator de leito fixo � Fixed bed reactor (FBR)

DEFINIÇÕESPFR

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Reator tubular

DEFINIÇÕESPFR

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Reator tubular

DEFINIÇÕESPFR

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Reator tubular

� A maioria de reatores homogêneos em fase gasosa

� Normalmente encontrado na forma de um tubo ou como feixe de tubos

� Vantagem� Produz a conversão mais alta entre os reatores

contínuos� Pouca ou nenhuma retromistura

� Desvantagem� Costos de instrumentação� É difícil de controlar a temperatura

APLICAÇÕESPFR

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Reator tubular

APLICAÇÕESPBR

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Reator tubular

� PBR (PFR recheado):� Utilizado para catalisar reações gasosas� Tem a mais alta taxa de reação dentro

dos reatores catalíticos� Apresenta as mesmas desvantagem do

PFR� É difícil substituir o catalisador� Ocasionalmente ocorre formação de

canal preferencial de escoamento

APLICAÇÕESPBR

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Reator tubular

APLICAÇÕESPBR

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Reator semi-continuo

DEFINIÇÕES

• Modo de operação temporal?

• Variação com a posição?

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Reator semi-continuo

Não se carregam inicialmente todos os reagentes

DEFINIÇÕES

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Reator semi-continuo

DEFINIÇÕES

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Reator semi-continuo

� Sistema flexível

� Usado também em reações bifásicas (G-L)� Vantagem:

� Bom controle de temperatura� Capacidade de minimizar reações laterais

�baixa concentração de um dos reagentes

� Desvantagem:� As mesmas do reator batelada� Difícil de analisar

APLICAÇÕES

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Reator de leito fluidizado

DEFINIÇÕES

• Modo de operação temporal?

• Variação com a posição?

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Reator de leito fluidizado

DEFINIÇÕES

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Reator de leito fluidizado

APLICAÇÕES

� Usado em grande número de aplicações� Similar ao CSTR � Bem misturado� Vantagem:

� Distribuição homogênea de temperatura através do leito

� Manipula grandes quantidades de alimentação e sólidos

� Facilidade de substituição e regeneração do catalisador

� Desvantagem: � Alto custo do reator