Neste conteúdo serão abordados os seguintes pontos:
- A função de reatores industriais no processo;
- Os tipos de reatores encontrados na indústria;
- As vantagens e desvantagens de cada reator;
- E alguns parâmetros necessários para que você faça a escolha certa.
Os reatores industriais são um dos equipamentos mais importantes na indústria de transformação, responsáveis por comportar as reações químicas. Por isso mesmo, a escolha de um reator tem grande influência sobre o processo produtivo, devendo levar em consideração o comportamento termodinâmico e cinético da reação, o volume produzido e também o regime de operação: contínuo ou em batelada.
Que reatores industriais posso empregar no meu processo?
Reatores em Batelada
O que são?
Os reatores batelada, do Inglês, Batch Reactors, são reatores que operam em regime fechado, ou seja, sem entrada ou saída de matéria durante a reação. Nesse reator, os reagentes são alimentados no início para então reagir. O tanque permanece em operação por tempo determinado pelo estudo da reação para depois ser descarregado para o restante do processo.
Onde são mais utilizados?
São utilizados principalmente em processos que não exijam uma produtividade tão alta, que necessitem de uma grande quantidade de interrupções ou que necessitem de uma grande versatilidade no uso.
Assim, são muito utilizados em escala laboratorial, em indústrias farmacêuticas e em fermentações. Também são muito utilizados em empresas de pequeno a médio porte que não possuem uma produção tão grande e precisam de versatilidade na produção, como na produção de insumos de higiene e limpeza e de cosméticos.
Vantagens
Após cada batelada produzida, o equipamento pode ser higienizado e usado para uma nova produção. Essa é uma das principais vantagens desse tipo de reator, uma vez que o mesmo equipamento pode ser usado para produzir uma diferente gama de produtos com a higienização adequada, reduzindo drasticamente o investimento em equipamentos produtivos.
Desvantagens
O principal ponto de atenção em relação aos reatores batelada é o valor de conversão da reação, que é o processo de transformação dos reagentes nos produtos. Quando há valores maiores dessa taxa de conversão, há uma necessidade de um maior tempo de operação para o processo se concretizar.
Reatores Contínuos
O que são?
Os reatores contínuos são aqueles que operam com entrada e saída de correntes continuamente enquanto a reação ocorre em seu interior.
Onde são mais utilizados?
Reatores contínuos são mais utilizados em processos que exijam grande tempo de operação sem interrupção e em larga escala. Assim, são mais utilizados em diversos ramos da indústria química em geral.
Vantagens
Para esse tipo de reator, o tempo de residência da reação pode ser controlado através da vazão de componentes no equipamento, sendo este analisado em uma relação com o volume total do reator.Os reatores contínuos também têm seus parâmetros de operação melhor controlados, e por isso a qualidade do produto oscila menos quando comparado ao feito em reatores batelada.
Além disso, por operar em regime contínuo, o desperdício e a demanda por interferência de um operador são reduzidos.
Desvantagens
A principal desvantagem dos reatores contínuos é a sua inflexibilidade para diferentes reações, já que são construídos com base nas especificações do processo já estabelecido. Diferentemente dos reatores usados em processos em batelada, a higienização e manutenção de reatores contínuos requer a parada do processo, o que é uma tarefa onerosa na indústria e de muita complexidade.
Principais reatores contínuos utilizados na indústria química
Existe uma gama extremamente variada de reatores contínuos a serem utilizados na indústria. Apesar disso, os principais são os CSTR (Continuous Stirred Tank Reactors) ou Reatores Contínuos de Mistura e os PFR (Plug-Flow Reactors ou Reatores Tubulares).
CSTR (Continuous Stirred Tank Reactors)
O que são?
Tratam-se basicamente de tanques contendo um agitador, que se trata de uma pá que permite que a mistura esteja constantemente em agitação. Os reagentes seriam despejados dentro do tanque de forma constante, sendo agitados, e, dessa forma, a reação ocorreria de maneira uniforme.
Quando são mais utilizados?
Os reatores do tipo CSTR são grandes tanques e eles podem ser empregados para sistemas com mais de uma fase na mistura, como por exemplo, reações que envolvem gases/líquidos e sólidos/líquidos.
Vantagens
É um reator relativamente simples de ser construído e que pode ter seus parâmetros, como temperatura, mais facilmente controlados quando comparados aos reatores batelada e PFR.
Desvantagens
Os CSTR, no entanto, possuem valores de conversão menores que os outros reatores e caso a agitação não seja suficiente, a reação pode não ocorrer de maneira adequada.
PFR (Reatores Tubulares)
O que são?
Os PFR são reatores em forma de um longo tubo ou vários tubos mais curtos. Os reagentes são bombeados dentro dessa tubulação e reagem entre si lá.
Quando são mais utilizados?
São empregados principalmente para reações gasosas, que podem ocorrer rapidamente e em altas temperaturas.
Vantagens
A principal vantagem deles é que podem produzir rapidamente grande quantidade de produto em razão de seus índices de conversão elevados. Por ter uma maior superfície de contato, a troca de calor é favorecida.
Desvantagens
Devido à grande taxa de conversão de reagentes, isso pode gerar gradientes de temperatura indesejados ou seja, grandes variações de temperatura em pouco tempo, e por isso sabe-se que o controle de temperatura em PFRs é complexo.
Além disso, se comparados aos CSTR, a higienização e manutenção dos PFR também é mais difícil e cara.
Abaixo, apresentamos um infográfico que resume as principais vantagens e desvantagens de cada um dos reatores industriais que descrevemos:
Com essas informações é possível se ter uma ideia de qual tipo de reator é melhor e se encaixa em um processo industrial. No entanto, existem outras informações imprescindíveis para empregar um reator dentro das especificações corretas, como por exemplo, quais as dimensões do equipamento, quais os parâmetros de operação e de qual material o reator deveria ser construído.
Esses dados podem ser conhecidos através da análise dos dados da reação de interesse e também das características das substâncias utilizadas nos reagentes do processo. Se você deseja entender mais sobre como selecionar o reator e suas características, entre em contato conosco!
Referências Fogler, H. Scott. Elements Of Chemical Reaction Engineering. Upper Saddle River, N.J. :Prentice Hall PTR, 1999. Chemical Engineering Guide, Michigan Engineering from University of Michigan
