Reatores Ideais - resumo

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Reatores Ideais
Tem como objetivo:a. Maximizar a geração de produtos desejados e de maior valor agregado; 
b. Produzir o maior rendimento com o menor custo; 
c. Gerar intermediários químicos para novos processos; 
d. Operar dentro de normas pré-estabelecidas de segurança (controlada) e de respeito ao meio ambiente; 
e. Gerar lucro!
Classificação quanto a operação:
· Batelada ou descontínuo:1. Geralmente utilizado para produção em pequena escala, para processos difíceis de se converter em operações contínuas (difícil controle); 
2. Possibilita altas conversões, pois pode ser adotado um longo tempo de residência dos reagentes no reator; 
3. Não admite entrada nem saída de reagentes ou produtos durante o processamento da reação; 
4. composição varia no tempo (dispositivo essencialmente transiente); 
5. Requer pouca instrumentação; 
6. Operação pode ser feita a pressão e/ou temperatura constantes; 
7. Dificuldade de produção em larga escala.
· Escoamento contínuo ou regime estacionário1. Reagentes e produtos são respectivamente alimentados e retirados continuamente do reator; 
2. São utilizados em processos para produção em grande escala; 
3. A composição do sistema num dado ponto do reator é constante no tempo; 
4. Requerem instrumentação para monitoramento constante das variáveis do processo; 
5. Requerem pouca mão-de-obra; 
6. Composição uniforme dentro do reator (mistura perfeita); 
7. A composição de saída é igual à composição do interior do reator; 
8. A taxa da reação é a mesma em todo o reator, inclusive na saída.
· Semi-batelada ou semi-contínuo1. Inclui todos os reatores que não se enquadram nas classificações anteriores. Muito usado em reações bifásicas (borbulhamento de gás). 
2. Composição varia no tempo. 
3. Permite um bom controle da reação (reagente é alimentado aos poucos). 
4. Requer mão-de-obra. 
5. Embora possua essencialmente as mesmas desvantagens de um reator batelada, possui as vantagens de permitir um bom controle de temperatura e a capacidade de minimizar reações laterais indesejáveis através da manutenção de uma baixa concentração de um dos reagentes.
Considere a Reação: aA + bB cC + dD
 
A concentração também pode ser representada por: 
Sendo que V é o volume da mistura reacional. Se a reação ocorrer em fase líquida, pode-se considerar desprezível a variação de volume. Assim, o volume reacional em qualquer instante da reação (V) possui praticamente o mesmo valor do volume no início da reação (V0).
Concentração de reagente na fase gasosa para pressão e temperatura constante:
Equações de projeto para um reator em batelada - Batch
Um reator descontínuo (em batelada) é definido como aquele em que não há correntes materiais entrando e nem saindo durante o decorrer do processo.
Os reagentes são carregados em seu interior e misturados, ali permanecendo pelo período em que a reação ocorre. É uma operação em regime não estacionário, na qual a composição dos reagentes e produtos varia com o tempo.
O volume do reator batelada pode ser calculado como: 
Equações de projeto para um reator semi-batelada
Reatores semi batelada são aqueles onde um dos reagentes é alimentado continuamente enquanto o outro é mantido no reator ou um ou mais produtos são removidos continuamente.
 = Fluxo molar (gmol/min)
Equações de projeto para um reator contínuo de tanque agitado - CSTR
Nesta forma de operação do reator, os reagentes e produtos são continuamente alimentados e retirados do reator enquanto a reação ocorre. Neste reator, assume se que ocorre mistura perfeita (reator ideal).
Equações de projeto para um reator tubular - PFR
No reator tubular há um movimento estacionário dos reagentes da entrada para a saída. Neste tipo de escoamento não há mistura do fluido em diferentes pontos ao longo da direção global de escoamento. No caso mais ideal, considera se apenas a variação da concentração dos reagentes com a posição axial.
Equações de projeto para um reator de leito cheio - PBR
É um reator onde normalmente o meio reacional se encontra em uma fase (líquida ou gasosa) e existe um catalisador na fase sólida. Normalmente, também é chamado de reator catalítico de leito fixo. 
W = massa de catalisador.
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A Tabela 1 apresenta um resumo da análise da variação do volume e da composição do meio reacional em função do tempo.
Análise gráfica das equações de projeto
O gráfico de Levenspiel é um modelo gráfico utilizado para determinar o volume necessário de um reator químico com base em dados experimentais da reação química que ocorre em seu interior.