Reatores industriais

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ENGENHARIA DAS REACOES QUIMICAS
RESENHA CAPITULO 11
Luiza Molina RA: 105054
Reatores industriais são um campo amplo dentro das reações químicas, com muitos tipos, mas que majoritariamente podem ser comparados como maneiras de se fazer as mesmas três coisas:
1. Fornecer um tempo local para a reação;
2. Transferir calor;
3. Agitar ou misturar fases.
Para o dimensionamento do reator muitos fatores são levados em consideração como as fases envolvidas, o intervalo de temperatura, a pressão de operação, entre outros e, em altas pressões ou baixas temperaturas, até a economia de construção e operação são fatores controladores, mesmo que estes não sejam empregados exclusivamente.
· Reatores Tanque Agitado
Tipo mais comum de reator, pode funcionar com um regime continuo ou batelada em uma variedade ampla de pressão e temperatura. A agitação é produzida por placas móveis, turbinas, hélices ou com circulação forçada, e é classificada como vigorosa/intensa/moderada dependendo da energia provida por unidade de volume de reagentes. A transferência de calor é feita por trocadores externos de calor ou aquecedores internos, por exemplo, e a escolha é controlada pela quantidade de superfície requerida e a temperatura/pressão do trocador médio. 
Recipientes cilíndricos são comuns, em particular os verticais nesse caso. Horizontais são usados quando necessário uma maior superfície de contato ou quando o liquido em questão é muito viscoso. Reatores verticais possuem profundidade liquida aproximadamente igual ao diâmetro da área transversal. O número de recipientes pode variar, os com menos são mais baratos, compactos e fáceis de operar, porem os que possuem mais vasos são mais versáteis em relação a mudanças nas variáveis manipuladas.
· Reatores Tubulares
São classificados em três tipo
1. Tubo de Mono revestimento;
2. Trocador de calor de Casca/Tubo;
3. Fornalha tubular;
No caso do trocador de casca e tubo, a reação ocorre tanto na casca quanto no tubo, podendo estar vazio ou com componentes que aumentam turbulência, como uma embalagem sólida, ou que aceleram a reação, como catalisadores. E a troca terma pode ocorrer através de refrigerantes, água ou vapor. Como citado, em altas pressões e temperaturas baixas, a economia é um fator controlador do processo, ela é atingida, por exemplo, em um reator casca e tubo de síntese de amônia quando incorporada uma troca térmica entre o ´caldo´ e o produto dentro do recipiente.
Para as fornalhas tubulares, as aplicações mais comuns são quebras de hidrocarbonetos para produção de óleos ou gasolina, onde se tem uso de temperaturas altas. Consiste em uma câmara de combustão, com tubos e refratários nas paredes, uma seção que fica em contato direto com a energia térmica fornecida e uma seção onde ocorre convecção, esta última separada da câmara principal seja por uma parede ou na passagem para a pilha e serve para manter uma temperatura desejada de vapor ou aproveitar o calor pelo reaquecimento do gás.
· Fornos e lareiras
Usados quando altas temperaturas são requeridas e, portanto, são construídas a partir de cerâmicas com revestimento de aço. Processos que não têm fusão requerem fornos verticais, ou lareiras rotatórias, como na queima de calcário. Lareiras rotatórias são mais amplamente usadas, desde decomposição de sólidos a reações entre gas e sólido. Compostas por um cilindro longo e estreito em movimento com inclinação na horizontal para que tenha fluxo do material e o aquecimento ocorre por contato direto do material com gases de combustão.
Lareiras consistem em placas retas ou concavas com raspadores que podem estar em movimento ou parados e são usadas mais para o tratamento de minério e processos metalúrgicos, mas é possível algumas reações orgânicas. Por exemplo, sais e ácido sulfúrico misturados e alimentados nas placas que rotacionam, a massa reagindo alimentada no centro vai gradualmente para o perímetro, graças aos raspadores, onde o sulfato de sódio é descartado, o cloridato de hidrogênio sai por tubos e pode ser recuperado por adsorção com água. As lareiras podem ser construídas uma em cima da outra para melhorar a reação total quando o limite de fusão ou sintetização é limitado em apenas uma lareira.
· Reator de leito fixo
Possuem partículas dispersas no sistema ou massa por onde a mistura de reação passa, isso é útil para manter a distribuição de temperatura no sistema num controle desejado, por exemplo, e, quando a partícula é um catalisador pelo menos para aumentar a superfície de contato e a velocidade da reação. Consistem em um leito amplo com vários leitos horizontais suportados por bandejas e tubos paralelos com vários leitos também. Isso por que é necessário manter o controle de temperatura em relação a troca de calor assim como melhorar a distribuição do fluido gasoso. Como opção, processo que possibilitam a transferência de calor entre o produto e o “caldo” são muito aplicados.
Maioria dos reatores desse tipo são cilindros verticais e convexos nas extremidades e os leitos feitos por uma rede cerâmica ou metálica, que possibilitam várias camadas de diâmetros cada vez menores até finalmente ter as partículas catalíticas. 
· Reator de leito agitado
Nesse caso as partículas se movem verticalmente para baixo contra o fluxo da mistura de reação, e podem ser reutilizados através de equipamentos pneumáticos continuamente ou quando se há um produto são coletados no final do processo para separação. Sua aplicação principal é aumentar a transferência de calor assim como o rendimento do catalisador no caso de reutilização. É separado por duas zonas, muitas vezes usadas alternadamente, uma para pré aquecimento e regeneração e outra para aquecimento e reação. Placas e válvulas deslizantes e alimentadores particulados são alguns equipamentos que ajudam a regular o fluxo solido através da unidade.
· Reator de leito fluidizado
Utilizados mais para o contado entre sólidos e gases com um tipo de leito de fase densa, que mantem um nível de leito determinado por onde os sólidos transbordam através de canos verticais, ou com um tipo de leito de fase diluta, onde os sólidos são arrastados para fora do reator continuamente sendo melhor nos casos que manter a distribuição própria do nível é muito difícil para usar o tipo de fase densa.
Processos como a fluidizaçao de catalisadores requerem um número mínimo de 2 compartimentos em uma única casca, uma onde vai ocorrer a reação e outra onde o catalizador vai ser regenerado e possivelmente coletado. A passagem de solido entre os estágios é feita de forma similar a uma fase liquida em uma coluna com pratos já que elevar o sólido é caro.
O grande desafio, no entanto, é o arrastamento, para isso usa-se meios de distribuir o solido e promover maior contato com escoamento turbulento, isso pode ser feito por separadores ciclones no topo de próprio reator. Ainda sim tem-se problemas de recuperação de catalisador quando necessário, erosão, etc.
· Reatores especiais
Usados quando é preciso maximizar o contato de interfaces como na absorção, destilação ou extração para se usar na reação. Comum o uso de colunas com empacotamento.
Reatores de chamas são conduzidos a altas temperaturas, sem catalisador, através da mistura dos reagentes em um queimador e despejando essa mistura em chamas em uma câmara aberta para resfriamento. Comum a formação de HCl por seus elementos ou pelas várias oxidações parciais, como de etileno para etano, acetileno para metano e, a partir desse, gases de síntese Fischer-Tropsch. Nessa última reação, a oxidação atinge temperaturas muitos altas. É injetado então uma vazão fria e um controle considerável da formação de subprodutos é alcançado.