CSTR aplicacoes

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Reator Contínuo de Tanque Agitado (CSTR)
Josiane Marques Resende
Novembro/2017
CSTR
Contínuo
Reações em fase líquida
Normalmente Operado em estado estacionário
Perfeitamente misturado
CSTR
Opera em regime permanente;
Composição uniforme dentro do reator C1= C2;
Mesma conversão em todo reator.
C2
C1
F1
F2
MOTA, M. V. de C.; VIEIRA F. T. Análise do reator do tipo tanque agitado (CSTR): Comportamento Dinâmico na Partida e Estabilidade da Operação Estacionária. LAMCES – Apresentado ao XI Congresso Brasileiro De Engenharia Química em Iniciação Científica, Campinas, 2015.
Regime permanente: A velocidade e a pressão em um determinado ponto não variam com o tempo.
Perfeitamente agitado + velocidade e pressão não variam = concentração constante ao longo do reator
.
Equações
V
Equação Geral do Balanço Molar
V
Equação de Projeto CSTR
(1)
(2)
FOGLER, H. Scott. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2009. 
Como opera em estado estacionário: não tem acumulo, 
Mistura perfeita , não tem variação espacial na velocidade da reação.
Calcula-se o volume do reator necessário para reduzir a vazão molar de entrada, Fjo, para a vazão desejada de saída Fj, quando o reagente é consumido a uma taxa-rj constante
.
Equações
Combinando 2 e 3 :
Vazão Molar
(3)
(4)
FOGLER, H. Scott. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2009. 
.
Equações
Fração do reagente que foi consumida, Xj, 
(5)
Considerando a reação em fase líquida, substituindo 5 em 4: 
(6)
Tempo gasto para que se atinja a condição de saída:
Rearranjando 
Rearranjando
FOGLER, H. Scott. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2009. 
A conversão do reator, XA é a razão entre a quantidade do reagente A consumida durante a reação e a quantidade de reagente na alimentação do reator.
.
Equações
Considerando uma reação irreversível, de primeira ordem em fase líquida, temos: 
 
(7)
Combinando as equações 7 e 6: 
 
(8)
FOGLER, H. Scott. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2009. 
A conversão do reator, XA é a razão entre a quantidade do reagente A consumida durante a reação e a quantidade de reagente na alimentação do reator.
.
Equações
Substituindo a equação (8) na relação estequiométrica (7) 
 
Equações válidas para um único reator, ou para o primeiro da série.
 
(9)
FOGLER, H. Scott. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª edição. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2009. 
c
A conversão do reator, XA é a razão entre a quantidade do reagente A consumida durante a reação e a quantidade de reagente na alimentação do reator.
Vantagens CSTR
Capacidade de processamento alta em relação ao reator em batelada
É relativamente fácil manter um bom controle de temperatura em um CSTR.
Pode ser usado tanto isoladamente quanto combinado em série ou paralelo
Desvantagens CSTR
A conversão do reagente por unidade de volume do reator é a menor dentre os reatores com escoamento contínuo.
V = k.[Ca]n
Aplicações Industriais
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Fermentação - Produção Industrial de Cerveja
A fermentação alcoólica é uma etapa muito importante na fabricação de cerveja. Em cervejas do tipo Lager, realiza-se uma fermentação baixa, numa temperatura entre 3 e 14°C.
Mesmas Características entre os lotes:
Homogeneidade de temperatura e teor de açúcares disponíveis para leveduras.
Porto,L.M. MODELAGEM DE PROCESSO INDUSTRIAL DE FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA CONTÍNUA COM REATORES DE MISTURA LIGADOS EM SÉRIE, Usp, 2005. 
A fim de garantir uma cerveja reprodutível, isto é, com as mesmas características entre os lotes, é necessário manter a homogeneidade de temperatura e principalmente do teor de açúcares disponíveis para as leveduras. Logo o reator CSTR é muito utilizado em processos fermentativos
Características básicas de biorreatores 
Sistema de agitação;
 Sistema de distribuição de O2 ; 
 Sistema de controle de espuma; 
 Sistema de controle de temperatura; Características básicas de biorreatores 
 Sistema de controle de pH; 
 Portas de amostragem; 
 Sistema de limpeza e esterilização; 
Linhas para esvaziar o biorreator.
Biorreatores
. EDUARDO, J.H.P. Fermentação Contínua. Stab: Açúcar, Álcool e Subprodutos, Piracicaba, v.9, nº.4/5, p.42-45, mar-jun 1991
Biorreatores
Linha de amostra
Cultura 
Controle da Temperatura
Água refrigeração
Água refrigeração
Saída Produto
Camargo,I.L.C Biorreatores e Processo Fermentativos, IFSC-USP -27/03/2017
Processo de Produção da cerveja Lager
Aceleração da fermentação por meio de LED. Fonte: Fapesp
https://ianalitica.com.br/?page_id=4574 acesso 06-11-2017 ás 00:34
Malte de Cevada e Adjuntos cervejeiros
Leveduras
Filtragem de Leveduras residuais e materiais particulados
Engarrafada e Pasteuizada
Inicial: Contato da levedura com a glicose
Intermediária: As leveduras começam a se alimentar da glicose se multiplicando e a eliminar etanol e CO2.
Tumultuosa: intensa produção de CO2, dá a impressão que está fervendo
Final: A quantidade de álcool atinge 15% do volume total, a levedura morre intoxicada com o álcool e cessa a produção de etanol.
Biorreatores
Acima tanques de fermentação contínua. Fonte: Inovação Tecnologica,K. Auffermann-Muller/TUM
https://ianalitica.com.br/?page_id=4574 acesso 06-11-2017 ás 00:34
O líquido irá fermentar por alguns dias, durante esse tempo o levedo alimenta-se dos açúcares do “mosto”, transformando-os em álcool e gás carbônico, além de outros compostos. Este é um processo metabólico natural que confere à cerveja: teor alcoólico, gás carbônico, aroma e paladar. 
Vantagens X Desvantagens
Vantagens
Aumento da produtividade do processo, reduzindo os tempos “mortos” (não-produtivos).
Obtenção de caldo fermentado uniforme.
Manutenção das células em um mesmo estado fisiológico, o que proporciona um forte estudo para a otimização dos processos.
Menor necessidade de mão-de-obra.
Maior facilidade no emprego de mecanismos de controle avançados.
Desvantagens
Maior investimento inicial de planta operacional.
Podem ocorrer mutações gênicas espontâneas.
Maior possibilidade de contaminação devido ser um sistema aberto.
Dificuldade de manter a homogeneidade do reator em baixas vazões e dificuldade de operação no estado estacionário devido as variáveis de processo.
http://www.biocontal.com.br/informativos/05 acesso 07-11-2017 
Produção de açúcar invertido
Mistura de açúcares em solução, utilizado na indústria de alimentos;
Obtido através de reações enzimáticas (invertase);
Necessita de agitação vigorosa para aumentar o contato enzima-substrado
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Josiane Marques Resende
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