2 Tipos de Reatores

Prévia do material em texto

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
DEFINIÇÕES
PFR
• Modo de 
operação 
temporal?
• Variação 
com a 
posição?
18
Reator tubular
� Reator tubular ideal:
� Reator com escoamento 
pistonado (plug flow, slug
flow, 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)
DEFINIÇÕES
PFR
19
Reator tubular
DEFINIÇÕES
PFR
20
Reator tubular
DEFINIÇÕES
PFR
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
APLICAÇÕES
PFR
22
Reator tubular
APLICAÇÕES
PBR
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
APLICAÇÕES
PBR
24
Reator tubular
APLICAÇÕES
PBR
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
28
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
29
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