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Reator de Tanque Agitado Contínuo – CSTR

Um tipo de reator comumente utilizado no processamento industrial é um tanque agitado operado continuamente. Ele é referido como reator tanque agitado contínuo (CSTR), ou reator de retromistura. O CSTR normalmente é operado em regime estacionário e de forma a se obter uma mistura muito boa. Como resultado desta última, o CSTR é geralmente modelado como não possuindo variações espaciais na concentração, temperatura, ou velocidade de reação através do tanque. Como a temperatura e a concentração são idênticas em qualquer ponto do vaso de reação, elas são a mesma no ponto de saída, tanto quanto em qualquer outro ponto do tanque. Portanto, a temperatura e a concentração na corrente de saída são modeladas como sendo as mesmas no interior do reator.

Pela equação de projeto para um CSTR, temos:

V = (Fj0 – Fj) / – rj (3)

Tal equação fornece o volume de reação para reduzir a vazão molar de entrada da espécie j, Fj0, à vazão molar de saída Fj¬. A vazão molar Fj é dada pelo produto da concentração da espécie j e a vazão volumétrica vo.

Para uma reação aA + bB  cC + dD, em função do componente A, onde haja um balanço molar aplicado na espécie A, teremos:

FA0 – FA = -rA.V (4)

Expressando a equação para V, obtemos o volume necessário para atingir uma conversão especificada com a equação

V = (FA0 xA) / – rA (5)

Essa equação pode ser generalizada para aplicação em associação de reatores. Assim:

FA1 = FA0 (1 – xA1) (6)

FA2 = FA0 (1 – xA2) (7)

V2 = [FA0 (xA2 – xA1) ] / – rA2 ¬¬(8)

Uma vez que a composição de saída do reator é idêntica à composição interna do reator, a velocidade de reação é avaliada nas condições de saída do reator.

Reator Tubular – PFR

Um outro tipo de reator comumente utilizado na indústria é o reator tubular. Ele consiste em um tubo cilíndrico e é usualmente operado em regime estacionário, como o é também o CSTR. Para os propósitos do material aqui apresentado, consideraremos sistemas nos quais o escoamento é altamente turbulento e o campo de fluxo pode ser modelado como fluxo uniforme. Em outras palavras, não existe variação radial na concentração e o reator é designado como reator com escoamento uniforme (PFR).

No reator tubular, os reagentes são continuamente consumidos à medida que avançam no reator ao longo do seu comprimento. Na modelagem do reator tubular, assumimos que a concentração varia continuamente na direção axial do reator. Consequentemente, a velocidade de reação – que é uma função da concentração dos reagentes para todas as ordens de reação, exceto para a ordem zero – também variará axialmente.

A equação de projeto para um reator tubular é dada por:

-dFj/dV=-rj (9)

Onde j é a espécie em estudo.

A forma diferencial da equação