reator por lote
o tipo mais simples de reator é um reator por lote. Os materiais são carregados em um reator de lote, e a reação prossegue com o tempo. Um reator em lote não atinge um estado estacionário, e controle de temperatura, pressão e volume é muitas vezes necessário. Muitos reatores em lote, portanto, têm portas para sensores e entrada e saída de materiais. Reatores de lotes são tipicamente usados na produção em pequena escala e reações com materiais biológicos, tais como na fabricação de cerveja, polpagem e produção de enzimas. Um exemplo de um reator em lote é um reator de pressão.
CSTR (continuous agitou-tank reactor)Editar
em um CSTR, um ou mais reagentes fluidos são introduzidos em um reator-tanque que é normalmente mexido com um rotor para garantir a mistura adequada dos reagentes enquanto o efluente do reator é removido. Dividindo o volume do tanque pelo caudal volumétrico médio através do tanque dá o tempo de espaço, ou o tempo necessário para processar um volume de fluido do reator. Usando cinética química, a conclusão percentual esperada da reação pode ser calculada. Alguns aspectos importantes do CSTR:
- no estado estacionário, o caudal mássico in deve igualar o caudal mássico para fora, caso contrário o reservatório transborda ou fica vazio (estado transitório). Enquanto o reator está em um estado transitório, a equação do modelo deve ser derivada da massa diferencial e balanços de energia.
- a reacção procede à taxa de reacção associada à concentração final (Saída), uma vez que se presume que a concentração é homogénea em todo o reactor.muitas vezes, é economicamente benéfico operar vários CSTRs em série. Isto permite, por exemplo, que o primeiro CSTR funcione a uma concentração de reagente mais elevada e, por conseguinte, a uma taxa de reacção mais elevada. Nestes casos, os tamanhos dos reatores podem ser variados a fim de minimizar o investimento total de capital necessário para implementar o processo.
- Pode ser demonstrado que um número infinito de CSTRs infinitamente pequenos operando em série seria equivalente a um PFR.
o comportamento de um CSTR é muitas vezes aproximado ou modelado por aquele de um reator de tanque contínuo idealmente agitado (CISTR). Todos os cálculos realizados com os CISTRs assumem a mistura perfeita. Se o tempo de residência for 5-10 vezes o tempo de mistura, esta aproximação é considerada válida para fins de engenharia. O modelo CISTR é muitas vezes usado para simplificar cálculos de engenharia e pode ser usado para descrever reatores de pesquisa. Na prática, só é possível abordá-la, em particular nos reactores de dimensão industrial em que o tempo de mistura pode ser muito grande.um reator de ciclo é um tipo híbrido de reator catalítico que se assemelha fisicamente a um reator tubular, mas opera como um CSTR. A mistura de reação circula em um laço de tubo, rodeado por uma jaqueta para resfriamento ou aquecimento, e há um fluxo contínuo de material de partida para dentro e para fora.
PFR (plug flow reactor)Editar
Em um PFR, às vezes chamado contínuo reactor tubular (CTR), um ou mais fluidos reagentes são bombeados através de uma tubulação ou tubo. A reação química procede à medida que os reagentes viajam através do PFR. Neste tipo de reator, a taxa de reação em mudança cria um gradiente em relação à distância percorrida; à entrada do PFR a taxa é muito alta, mas à medida que as concentrações dos reagentes diminuem e a concentração do(S) produto (s) aumenta a taxa de reação diminui. Some important aspects of the PFR:
- The idealized PFR model assumes no axial mixing: any element of fluid traveling through the reactor doesn’t mix with fluid upstream or downstream from it, as implied by the term “plug flow”.os reagentes podem ser introduzidos no PFR em locais diferentes da entrada do reactor. Desta forma, pode obter-se uma maior eficiência ou reduzir-se a dimensão e o custo do PFR.
- um PFR tem uma maior eficiência teórica do que um CSTR do mesmo volume. Isto é, dado o mesmo espaço-tempo( ou tempo de residência), uma reação irá prosseguir para uma maior conclusão percentual em um PFR do que em um CSTR. Isto nem sempre é verdade para reações reversíveis.
para a maioria das reações químicas de interesse industrial, é impossível para a reação prosseguir para a conclusão de 100%. A taxa de reação diminui à medida que os reagentes são consumidos até o ponto em que o sistema atinge o equilíbrio dinâmico (não ocorre nenhuma reação líquida ou mudança em espécies químicas). O ponto de equilíbrio para a maioria dos sistemas é menos de 100% completo. Por esta razão, um processo de separação, como a destilação, muitas vezes segue um reator químico, a fim de separar quaisquer reagentes remanescentes ou subprodutos do produto desejado. Estes reagentes podem, por vezes, ser reutilizados no início do processo, como no processo Haber. Em alguns casos, reatores muito grandes seriam necessários para aproximar o equilíbrio, e engenheiros químicos podem optar por separar a mistura parcialmente reagida e reciclar os reagentes remanescentes.
sob condições de fluxo laminar, a suposição de fluxo de plug é altamente imprecisa, como o fluido que viaja através do centro do tubo se move muito mais rápido do que o fluido na parede. The continuous oscillatory baffled reactor (COBR) achieves thorough mixing by the combination of fluid oscillation and orifice baffles, allowing plug flow to be approximated under laminar flow conditions.artigo principal: reator Semibatch
um reator semibatch é operado com Entradas e Saídas contínuas e por lotes. Um fermentador, por exemplo, é carregado com um lote de meio e micróbios que produz constantemente dióxido de carbono que deve ser removido continuamente. Da mesma forma, reagir um gás com um líquido é geralmente difícil, porque um grande volume de gás é necessário para reagir com uma massa igual de líquido. Para superar este problema, uma alimentação contínua de gás pode ser borbulhado através de um lote de um líquido. Em geral, no semibatch operação, um reagente químico é carregado para o reator e uma segunda substância química é adicionada lentamente (por exemplo, para evitar lado reações), ou um produto que resulta de uma mudança de fase é continuamente removido, por exemplo, um gás formado pela reação, um sólido que se precipita para fora, ou hidrofóbico do produto que se forma em uma solução aquosa.
reactorEdit catalítico
embora reatores catalíticos são frequentemente implementados como reatores de fluxo de plug, sua análise requer um tratamento mais complicado. A taxa de uma reação catalítica é proporcional à quantidade de catalisador que os reagentes entram em contato, bem como a concentração dos reagentes. Com um catalisador de fase sólida e reagentes de fase fluida, isso é proporcional à área exposta, eficiência de difusão de reagentes dentro e fora, e eficácia de mistura. Mistura perfeita geralmente não pode ser assumido. Além disso, uma via de reação catalítica muitas vezes ocorre em várias etapas com intermediários que são quimicamente ligados ao catalisador; e como a ligação química ao catalisador é também uma reação química, pode afetar a cinética. As reacções catalíticas apresentam frequentemente a chamada cinética falsificada, quando a cinética aparente difere da cinética química real devido a efeitos de transporte físico.
O produto do catalisador é também uma consideração. Particularmente em processos petroquímicos de alta temperatura, os catalisadores são desativados por processos como sinterização, coque e envenenamento.um exemplo comum de um reator catalítico é o catalisador que processa componentes tóxicos de escapamentos de automóveis. No entanto, a maioria dos reatores petroquímicos são catalíticos, e são responsáveis pela maior parte da produção química industrial, com exemplos de volume extremamente elevado, incluindo ácido sulfúrico, amônia, reformato/BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno), e craqueamento catalítico fluido. Várias configurações são possíveis, veja reator catalítico heterogêneo.
