Reator CSTR

1. INTRODUÇÃO

As reações químicas são feitas em recipientes denominados reatores, que são vasos de pressão capazes de suportar altas temperaturas e pressões, neles ocorrem transferências de massas e calor.

Os reatores químicos convencionais são do tipo descontínuo (batelada) ou semicontínuo e contínuos (tubular ou tanque), sendo o primeiro tipo aplicado a processos em pequena escala e os do segundo tipo aplicados em processos em grande escala de produção (GONÇALVES, 2016). 

O modo de operação varia entre os seguintes reatores: o reator de batelada ou descontinuo opera em uma única vez os produtos a reagir entram tem sua carga reagida e saem de uma única vez; no sistema continuo ou estacionário reagentes e produtos são continuamente alimentados e retirados do reator, as reações que não se encaixam nas classificações anteriores ocorrem em reatores de semi-batelada onde sua composição varia no tempo.

Um dos equipamentos de maior influência no rendimento de processos é o reator, mais especificamente para este trabalho,o reator tipo tanque perfeitamente misturado (CSTR). Este tipo de reator é usado principalmente em reações em fase líquida, onde é normalmente operado em estado estacionário e é feita a consideração de perfeitamente misturado, consequentemente, a temperatura, concentração e a velocidade de reação não dependem do tempo nem da posição dentro do reator (FOGLER, 2009).

1. REATOR TANQUE-AGITADO CSTR

O reator possui um agitador onde os reagentes e produtos tem o escoamento contínuo e não há o acumulo dos reagentes, ele também é conhecido como reator de misturas perfeitas e faz com que as reações não alterem sua concentração, velocidade e temperatura dentro do tanque.

O reator é utilizado apenas em reações de fase líquida, quando se necessita de intensa agitação e pode ser usado isoladamente quanto combinado em série ou bateria de CSTRs.

O CSTR é usado extensivamente na indústria de processos químicos. Ambos, tanques simples ou em bateria de tanques conectados em série são usados. Em muitos aspectos como mecânicos e de transferência de calor, são similares aos reatores batelada. Entretanto, é necessários ter uma entrada para adição contínua de reagentes e saída para corrente de produtos.

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Figura 1: Desenho esquemático de um CSTR

1. Funcionamento

Em um CSTR um ou mais reagentes são introduzidos em um reator tanque com um agitador enquanto o efluente do reator é removido. O agitador agita os reagentes para garantir a mistura adequada. Simplesmente dividindo o volume do tanque pela vazão volumétrica média através do tanque resulta no tempo de residência, ou a quantidade média de tempo na qual uma quantidade discreta de reagente passa dentro do tanque.

O reator tanque agitado, pode também ser operado de forma semibatelada. Neste modo, o tanque é parcialmente preenchido com reagente(s) e reagente(s) adicionais são adicionados progressivamente até a composição desejada ser atingida. Alternativamente, pode-se carregar todos os reagentes de uma única vez e continuamente remover os produtos quando eles vão sendo formados.

Dentro do reator tanque continuamente agitado (CSTR), o reator tanque é continuamente suprido com a alimentação ao mesmo tempo em que igual volume é descarregado de forma a manter constante o nível dentro do tanque. A composição da corrente efluente é idêntica aquela que permanece dentro do tanque.

1. Características do Reator Tanque-Agitado CSTR

Os CSTR podem ser em tanques múltiplos ou individuais em série ou unidades contendo múltiplos estágios dentre um casco simples. Tanques múltiplos são mais caros, mais provêem maior flexibilidade de uso, desde que eles são mais rapidamente alterados se variarem as necessidades do processo. Para minimizar as necessidades de bombas e manutenção, freqüentemente escolhe-se fluxo por gravidade entre os estágios. Reatores CSTR são empregados quando trabalha-se com líquidos, não sendo recomendados para operações à altas pressões.

Os reatores de tanque-agitado possuem:

• Mistura perfeita: as propriedades da mistura da reação são uniformes em todas as partes do recipiente e idênticas às propriedades da mistura de reação no fluxo de saída.
• A entrada de fluxo instantaneamente se mescla com o tamanho do volume de reator.
• Um reator CSTR reator é assumido que chega no estado estacionário. Então a taxa de reação é a mesma e m todos os pontos e independente do tempo.

1. Vantagens e Desvantagens

De acordo com Pereira (2016), as vantagens e desvantagens são:

• Os reatores de fluxo contínuo são preferíveis aos reatores batelada,quando a capacidade de processamento requerida é grande. Embora o investimento de capital necessário seja maior, os custos operacionais por unidade do produto são menores para operação contínua do que batelada.
• Pode ser usado tanto isoladamente quanto combinado em série ou bateria de CSTRs.
• É fácil controlar a temperatura em um CSTR.
• Facilidade do controle de qualidade dos produtos devido ao controle automático do processo
• A conversão do reagente por unidade de volume do reator é a menor dentre os reatores com escoamento contínuo.

1. Aplicabilidades

Os reatores de agitação intensa possuem diversas aplicabilidades eles podem ser utilizados tanto em indústrias químicas quanto em industriais alimentícias, na siderurgia, mineração e tratamento de efluentes.

1. OBJETIVO

O objetivo do presente trabalho é a construção de um protótipo do reator CSTR.

1. CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO – MANUAL DO REATOR

1. Protótipo do reator

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Figura 2: Protótipo do reator CSTR feito no AutoCAD

1. .Objetivo do reator

Objetivo do reator é a hidratação da cal virgem com injeção de CO2 para utilização do indicador de fenolftaleína.