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TIPOS DE REATORES
Luz Amparo Palacio Santos / UERJ
2
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
3
Mapa conceitual da disciplina
4
Conteúdo – Tipos de reatores
� Classificação� Tipos de reatores
� Batelada� CSTR
� Tubular� PFR� PBR
� Semi-continuo
� Fluidizado
5
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
6
TIPOS DE REATORES
7
Reator batelada
DEFINIÇÕES
• Modo de operação temporal?
• Variação com a posição?
8
Reator batelada
� Batch reactor
DEFINIÇÕES
9
Reator batelada
DEFINIÇÕES
10
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
11
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
12
CSTR
DEFINIÇÕES
• Modo de operação temporal?
• Variação com a posição?
13
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
14
CSTR
DEFINIÇÕES
15
CSTR
DEFINIÇÕES
16
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
17
Reator tubular
DEFINIÇÕESPFR
• Modo de operação temporal?
• Variação com a posição?
18
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
19
Reator tubular
DEFINIÇÕESPFR
20
Reator tubular
DEFINIÇÕESPFR
21
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
22
Reator tubular
APLICAÇÕESPBR
23
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
24
Reator tubular
APLICAÇÕESPBR
25
Reator semi-continuo
DEFINIÇÕES
• Modo de operação temporal?
• Variação com a posição?
26
Reator semi-continuo
Não se carregam inicialmente todos os reagentes
DEFINIÇÕES
27
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?
30
Reator de leito fluidizado
DEFINIÇÕES
31
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