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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS – UNILESTE
ESCOLA POLITÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA - CEQ
Reatores de leito fixo e fluidizado
Atividade apresentada ao curso de Engenharia
Química do Centro Universitário deMinas Gerais –
UNILESTE, como parte das exigências da disciplina de
Cálculo de Reatores, ministrada pela professora
Francine Duarte Castro.
Componentes:
João Paulo Pereira
Wenderson Samuel
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Novembro/2017
Configuração e funcionamento do reator de leito fixo
É um reator onde normalmente o meio reacional se encontra em uma fase (líquida ou
gasosa) e existe um catalisador na fase sólida. Normalmente, também é chamado de
reator catalítico de leito fixo, onde o catalisador sólido é constituído de inúmeras e
pequenas partículas depositadas ao longo do comprimento de um tubo. Em inglês é
conhecido como Packed-Bed Reactor (PBR).
Tem como um dos principais objetivos de um leito de partículas (recheio) é promover o
contato íntimo entre as fases envolvidas no processo (fase fluida gasosa e/ou líquida
com a fase estacionária/partículas ou entre diferentes fases fluidas). O material de
empacotamento pode ser: esferas, partículas irregulares, cilindros, diversos tipos de
materiais disponíveis para comercialização.
Figura 1 – Leito fixo
Vantagens e Desvantagens
Vantagens
 Altas Conversões;
 Baixo Custo de Operação;
 Operação Continua.
Desvantagens
 Dificuldade de Manutenção;
 Formação de canais preferenciais de escoamento;
 Gradientes de temperatura;
 Controle de Temperatura ruim.
Principais aplicação e exemplos de processos industriais que
os empregam
Aplicações de leitos fixos de partículas:
 Processos de adsorção;
 Processos de absorção de gases;
 Coluna de destilação com recheio;
 Extração liquido-liquido;
 Leitos de reação catalítica;
 Filtros de resina catiônica-aniônica.
Processos empregados:
 Indústria química de base (e.g. steam reforming do metano, e na síntese de
amónia, ácido sulfúrico, metanol;
 Indústria petroquímica (e.g. na produção de óxido de etileno, vinilacetato,
butadieno, anidrido ftálico, estireno, etc.);
 Refino de petróleo (e.g. em processos de isomerização, polimerização
e hydrocracking);
Balanço molar para os dois tipos de reatores principais
Leito Fixo
Leito fluidizado
Problemas operacionais no reator de leito fixo
Devido ao comportamento insatisfatório dos gases no leito fixo, para que haja um
contato efetivo com o catalisador, é necessário um grande volume catalisador para
uma alta conversão, caso contrário poderá promover reações paralelas.
Devido à dificuldade de um ótimo controle de temperatura em um reator de leito fixo,
pode se promover ao decorrer do reator pontos quentes que resultam em desgastes
desnecessários do catalisador.
Caso reatores de leitos fixos utilizem de partículas muitos pequenas, fora do padrão de
trabalho estabelecido, acarretará em entupimentos, obstruções resultando em uma
queda de pressão.
Quando um reator e preenchido com catalisador, o fluido reagente geralmente não
escoa de maneira uniforme ao decorrer do reator. Em vez disso ele pode tomar alguns
caminhos preferenciais, consequentemente as moléculas que pegam esses caminhos
não ficam tempo suficiente no reator.
Perda de carga para leitos fixos
Configuração e funcionamento do reator de leito fluidizado
Um reator de leito fluidizado (POF) é um tipo de reator que pode ser empregado para
executar uma variedade de reações químicas multifásicas. Neste tipo de reator, um
fluido (gás ou líquido) é passado através de um material sólido granulado (geralmente
um catalisador, possivelmente em forma de minúsculas esferas) em alta velocidade o
suficiente para suspender o material sólido e fazer com que ele se comporte como se
fosse um fluido. Esse processo, conhecido como fluidização, oferece muitas vantagens
importantes.
O reator de leito fluidizado é semelhante ao CSTR no sentido de que seu conteúdo,
embora heterogêneo, é bem misturado, resultando em uma distribuição homogênea de
temperatura através do leito e também pode ser catalítico ou não-catalítico.
Figura 2 – Leito Fluidizado
Vantagens e Desvantagens dos reatores de leitos fluidizados
Vantagens
 Alto grau de mistura devido a uma ótima mistura de material ao longo do reator;
 Alta taxa de transferência de calor e massa;
 Construção em grande escala;
 Possível uso de partículas grandes (maiores que 10 mm);
 Apresenta fácil substituição e/ou regeneração do catalisador.
Desvantagens
 Funcionamento mais complexo devido ao controle de inúmeras variáveis;
 Alto custo do reator e do equipamento de regeneração do catalisador;
 Dificuldade de eliminar calor sem interferir na fluidização;
 Volume do reator é grande;
 Alta perda de carga.
Principais aplicação e exemplos de processos industriais que
os empregam
Aplicações de reatores de leitos fluidizados:
 Regeneração de ácido;
 Incineração de lamas/eliminação de resíduos perigosos;
 Produção de energia;
Na indústria petroquímica são empregados nos processos de:
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As unidades de FCC processam frações intermediarias de petróleo, gerando produtos
mais leves (gasolina e outros intermediários) de maior valor agregado, mediante as
reações químicas de quebra de moléculas através de catalisadores zeoliticos.
Na indústria alimentícia
 Torrefação de café;
 Congelamento e secagem de alimentos.
Problemas operacionais dos reatores de leitos fluidizados
Nos leitos fluidizados temos uma rápida mistura em entre os sólidos, assim permitindo
operações praticamente isotérmicas, com fácil sistema de controle. Logo se sua
operação deve ser restrita com uma pequena faixa de temperatura, tanto devido à
natureza de explosiva da reação como pelas considerações de distribuição dos
produtos.
Os leitos fluidizados borbulhantes possuem um escoamento complexo e pouco
conhecido, assim sendo um comportamento insatisfatório do ponto de vista de contato
efetivo entre o catalisador, requerendo um grande volume de catalisador para uma alta
conversão.
Referências
Autor desconhecido, Reatores. Disponível
em:<http://www.marco.eng.br/reatores/reatorleitoflu dizado.html > Acesso em 9 de
novembro de 2017.
Grupo CIMM,Como funciona um reator de leito fluidizado. Disponível em :<
https://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/7812-como-funciona-um-reator-de-
leito-fluidizado>. Acesso em 09 de novembro 2017.
Miranda, Gilliani Peixoto, Modelagem e Simulação de Reatores de Leito Fluidizado para
Gaseificação da Biomassa. Disponível em :
<http://portal.peq.coppe.ufrj.br/index.php/producao-academica/dissertacoes-de-
mestrado/2014-1/274-modelagem-e-simulacao-de-reatores-de-leito-fluidizado-para-a-
gaseificacao-da-biomassa/file>. Acesso em 09 de novembro 2017.
RATH, Reatores de leito fluidizado. Disponível em : <http://www.rath-
group.com/pt/setores/engenharia-de-energia-e-ambiental/reator-de-leito-fluidizado/
>. Acesso em 09 de novembro 2017.
Onildo Lima, Calculo de Reatores. Disponível
em:<https://www.slideshare.net/onildolima/apostila-clculo-de-reatores-i>. Acessoem 09
de novembro 2017.
Fogler, H.Scott,1939- Elementos de engenharia da reações químicas / H.Scott Fogler ;
tradução Veronica Calado, Evaristo C.Biscair Jr. ; revisão técnica Frederico
W.Tavares. – 4,ed. – Rio de Janeiro : TLC,2009.

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Reatores de leito fixo e fluidizado

  • 1. CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS – UNILESTE ESCOLA POLITÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA - CEQ Reatores de leito fixo e fluidizado Atividade apresentada ao curso de Engenharia Química do Centro Universitário deMinas Gerais – UNILESTE, como parte das exigências da disciplina de Cálculo de Reatores, ministrada pela professora Francine Duarte Castro. Componentes: João Paulo Pereira Wenderson Samuel Coronel Fabriciano - MG Novembro/2017
  • 2. Configuração e funcionamento do reator de leito fixo É um reator onde normalmente o meio reacional se encontra em uma fase (líquida ou gasosa) e existe um catalisador na fase sólida. Normalmente, também é chamado de reator catalítico de leito fixo, onde o catalisador sólido é constituído de inúmeras e pequenas partículas depositadas ao longo do comprimento de um tubo. Em inglês é conhecido como Packed-Bed Reactor (PBR). Tem como um dos principais objetivos de um leito de partículas (recheio) é promover o contato íntimo entre as fases envolvidas no processo (fase fluida gasosa e/ou líquida com a fase estacionária/partículas ou entre diferentes fases fluidas). O material de empacotamento pode ser: esferas, partículas irregulares, cilindros, diversos tipos de materiais disponíveis para comercialização. Figura 1 – Leito fixo
  • 3. Vantagens e Desvantagens Vantagens  Altas Conversões;  Baixo Custo de Operação;  Operação Continua. Desvantagens  Dificuldade de Manutenção;  Formação de canais preferenciais de escoamento;  Gradientes de temperatura;  Controle de Temperatura ruim. Principais aplicação e exemplos de processos industriais que os empregam Aplicações de leitos fixos de partículas:  Processos de adsorção;  Processos de absorção de gases;  Coluna de destilação com recheio;  Extração liquido-liquido;  Leitos de reação catalítica;  Filtros de resina catiônica-aniônica. Processos empregados:  Indústria química de base (e.g. steam reforming do metano, e na síntese de amónia, ácido sulfúrico, metanol;  Indústria petroquímica (e.g. na produção de óxido de etileno, vinilacetato, butadieno, anidrido ftálico, estireno, etc.);  Refino de petróleo (e.g. em processos de isomerização, polimerização e hydrocracking);
  • 4. Balanço molar para os dois tipos de reatores principais Leito Fixo Leito fluidizado
  • 5. Problemas operacionais no reator de leito fixo Devido ao comportamento insatisfatório dos gases no leito fixo, para que haja um contato efetivo com o catalisador, é necessário um grande volume catalisador para uma alta conversão, caso contrário poderá promover reações paralelas. Devido à dificuldade de um ótimo controle de temperatura em um reator de leito fixo, pode se promover ao decorrer do reator pontos quentes que resultam em desgastes desnecessários do catalisador. Caso reatores de leitos fixos utilizem de partículas muitos pequenas, fora do padrão de trabalho estabelecido, acarretará em entupimentos, obstruções resultando em uma queda de pressão. Quando um reator e preenchido com catalisador, o fluido reagente geralmente não escoa de maneira uniforme ao decorrer do reator. Em vez disso ele pode tomar alguns caminhos preferenciais, consequentemente as moléculas que pegam esses caminhos não ficam tempo suficiente no reator. Perda de carga para leitos fixos
  • 6. Configuração e funcionamento do reator de leito fluidizado Um reator de leito fluidizado (POF) é um tipo de reator que pode ser empregado para executar uma variedade de reações químicas multifásicas. Neste tipo de reator, um fluido (gás ou líquido) é passado através de um material sólido granulado (geralmente um catalisador, possivelmente em forma de minúsculas esferas) em alta velocidade o suficiente para suspender o material sólido e fazer com que ele se comporte como se fosse um fluido. Esse processo, conhecido como fluidização, oferece muitas vantagens importantes. O reator de leito fluidizado é semelhante ao CSTR no sentido de que seu conteúdo, embora heterogêneo, é bem misturado, resultando em uma distribuição homogênea de temperatura através do leito e também pode ser catalítico ou não-catalítico. Figura 2 – Leito Fluidizado
  • 7. Vantagens e Desvantagens dos reatores de leitos fluidizados Vantagens  Alto grau de mistura devido a uma ótima mistura de material ao longo do reator;  Alta taxa de transferência de calor e massa;  Construção em grande escala;  Possível uso de partículas grandes (maiores que 10 mm);  Apresenta fácil substituição e/ou regeneração do catalisador. Desvantagens  Funcionamento mais complexo devido ao controle de inúmeras variáveis;  Alto custo do reator e do equipamento de regeneração do catalisador;  Dificuldade de eliminar calor sem interferir na fluidização;  Volume do reator é grande;  Alta perda de carga. Principais aplicação e exemplos de processos industriais que os empregam Aplicações de reatores de leitos fluidizados:  Regeneração de ácido;  Incineração de lamas/eliminação de resíduos perigosos;  Produção de energia; Na indústria petroquímica são empregados nos processos de:  Craqueamento térmico para produção de Etileno e Propileno;  Craqueamento catalítico fracionado (FCC). As unidades de FCC processam frações intermediarias de petróleo, gerando produtos mais leves (gasolina e outros intermediários) de maior valor agregado, mediante as reações químicas de quebra de moléculas através de catalisadores zeoliticos. Na indústria alimentícia  Torrefação de café;  Congelamento e secagem de alimentos.
  • 8. Problemas operacionais dos reatores de leitos fluidizados Nos leitos fluidizados temos uma rápida mistura em entre os sólidos, assim permitindo operações praticamente isotérmicas, com fácil sistema de controle. Logo se sua operação deve ser restrita com uma pequena faixa de temperatura, tanto devido à natureza de explosiva da reação como pelas considerações de distribuição dos produtos. Os leitos fluidizados borbulhantes possuem um escoamento complexo e pouco conhecido, assim sendo um comportamento insatisfatório do ponto de vista de contato efetivo entre o catalisador, requerendo um grande volume de catalisador para uma alta conversão.
  • 9. Referências Autor desconhecido, Reatores. Disponível em:<http://www.marco.eng.br/reatores/reatorleitoflu dizado.html > Acesso em 9 de novembro de 2017. Grupo CIMM,Como funciona um reator de leito fluidizado. Disponível em :< https://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/7812-como-funciona-um-reator-de- leito-fluidizado>. Acesso em 09 de novembro 2017. Miranda, Gilliani Peixoto, Modelagem e Simulação de Reatores de Leito Fluidizado para Gaseificação da Biomassa. Disponível em : <http://portal.peq.coppe.ufrj.br/index.php/producao-academica/dissertacoes-de- mestrado/2014-1/274-modelagem-e-simulacao-de-reatores-de-leito-fluidizado-para-a- gaseificacao-da-biomassa/file>. Acesso em 09 de novembro 2017. RATH, Reatores de leito fluidizado. Disponível em : <http://www.rath- group.com/pt/setores/engenharia-de-energia-e-ambiental/reator-de-leito-fluidizado/ >. Acesso em 09 de novembro 2017. Onildo Lima, Calculo de Reatores. Disponível em:<https://www.slideshare.net/onildolima/apostila-clculo-de-reatores-i>. Acessoem 09 de novembro 2017. Fogler, H.Scott,1939- Elementos de engenharia da reações químicas / H.Scott Fogler ; tradução Veronica Calado, Evaristo C.Biscair Jr. ; revisão técnica Frederico W.Tavares. – 4,ed. – Rio de Janeiro : TLC,2009.