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Reatores químicos 2

Trabalho sobre reatores químicos

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Trabalho realizado por:
André Rocha nº2
João Maia nº6
Maria Inês nº7
*Reatores
químicos
 Os reatores químicos são equipamentos que
realizam reações em escala industrial para
transformação de matérias primas em produtos.
 Esta definição exclui os equipamentos e
vidraçaria de laboratórios que realizam reações
como parte de procedimentos analíticos e
sintéticos ou como parte de determinações de
propriedades físico-química de materiais.
O que são reatores
químicos?
Transferências de energia podem vir na forma de aquecimento ou
resfriamento.
Reato
res
quími
cos
Equipamento onde ocorrem reações químicas, transferências de
massa e calor, isto é, onde determinadas espécies moleculares são
transformadas noutras espécies moleculares
O fluido reacional pode ser aquecido ou arrefecido e pode também
trocar a massa e /ou calor com uma fase estagnante.
Constitui assim o “coração “ das unidades de fabrico de produtos químicos,
encontrando-se quer em refinarias, complexos de metalúrigicos ou fábricas de
produtos químicos.
Fase estagnante: fase queparou,não tem
movimentono reator
Fase estagnante
Especiais:
Próprios para um determinado processo (não
ideais)
Padronizados:
Com finalidade multipropósito, desde que os
produtos tenham alguma catarerística em comum.
ex.:viscosidade,faixapH,temperatura,pressão,
etc…(ideais)
Existem vários tipos de reatores químicos e várias formas de classificá-los.
Reatoresideias
São aqueles para os quais se desenvolve um
modelo matemático específico a partir de
condições pré- estabelecidas e que aplicado
às condições reais se ajusta adequadamente
Reatoresnãoideias:
São aqueles para os quais é necessário um
tratamento matemático específico em
função de peculiaridades de reação e / ou
reator
•Exemplos
Tanques (Fermentação de cerveja)
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Reatores químicos 2

  • 1. Trabalho realizado por: André Rocha nº2 João Maia nº6 Maria Inês nº7 *Reatores químicos
  • 2.  Os reatores químicos são equipamentos que realizam reações em escala industrial para transformação de matérias primas em produtos.  Esta definição exclui os equipamentos e vidraçaria de laboratórios que realizam reações como parte de procedimentos analíticos e sintéticos ou como parte de determinações de propriedades físico-química de materiais. O que são reatores químicos?
  • 3. Transferências de energia podem vir na forma de aquecimento ou resfriamento. Reato res quími cos Equipamento onde ocorrem reações químicas, transferências de massa e calor, isto é, onde determinadas espécies moleculares são transformadas noutras espécies moleculares O fluido reacional pode ser aquecido ou arrefecido e pode também trocar a massa e /ou calor com uma fase estagnante. Constitui assim o “coração “ das unidades de fabrico de produtos químicos, encontrando-se quer em refinarias, complexos de metalúrigicos ou fábricas de produtos químicos. Fase estagnante: fase queparou,não tem movimentono reator Fase estagnante
  • 4. Especiais: Próprios para um determinado processo (não ideais) Padronizados: Com finalidade multipropósito, desde que os produtos tenham alguma catarerística em comum. ex.:viscosidade,faixapH,temperatura,pressão, etc…(ideais) Existem vários tipos de reatores químicos e várias formas de classificá-los.
  • 5. Reatoresideias São aqueles para os quais se desenvolve um modelo matemático específico a partir de condições pré- estabelecidas e que aplicado às condições reais se ajusta adequadamente Reatoresnãoideias: São aqueles para os quais é necessário um tratamento matemático específico em função de peculiaridades de reação e / ou reator
  • 6. •Exemplos Tanques (Fermentação de cerveja) Tubulações (Divisão, quebra de hidrocarbonetos) Altos-fornos (Redução de minério de ferro)
  • 7. *Ambos os reatores (tubular e tanque) podem operar em modo descontínuo ou contínuo. *Normalmente, a operação de um reator é feita em regime permanente sendo que uma operação transitória ocorre quando, por exemplo, existe alguma manutenção no equipamento e este deve ser colocado em operação de regime novamente. *Os reatores podem acomodar sólidos (reagentes, catalisadores, materiais inertes), mas em geral os reagentes são tipicamente líquidos e gases.
  • 9. Dentro das diversas características duma transformação química, tomemos, para servir de base à nossa classificação, a mais evidente à escala macroscópica, a natureza das fases em presença. Deste modo uma primeira distinção entre os diversos casos será: Sistemasmonofásicosou homogéneos O meio reaccional é constituído por uma única fase, gasosa ou uma fase líquida. Neste caso os reactores são ditos do tipo homogéneo. Sistemaspolifásicosouheterogéneos Podem ser considerados inúmeras combinações: Gás + líquido; Líquido + líquido; Gás + sólido; Líquido + sólido; Gás + líquido + sólido ou de uma forma mais geral: Fluidos + sólidos
  • 10.  Os reatores também podem ser classificados quanto a natureza das fases participantes como reatores homogéneos de meios totalmente gasosos ou líquidos, e reatores heterogéneos, com os reagentes estando nas diversas combinaçoes de fases possíveis: gás-líquido, gás-sólido, líquido-sólido e gás-líquido-sólido.  Reatores de reações químicas sólido-sólido são relativamente raros.
  • 11. Modo de operação Contínuos Descontínuos Semi descontínuos Tipo de reação Catalíticos Não catalíticos Geometria do reator Homogéneo Não homogéneo (heterogéneo) Tanque perfeitamente agitado Tubular Contínuos: CSTR Descontínuos Semi descontínuos Fase homogénea Leito fixo Leito móvel Fases da mistura
  • 12. É um processo no qual há entrada de massa, mas o produto não é removido durante a operação ou não havendo entrada de massa e só remoção do produto. Processo Contínuo É um processo no qual a massa de alimentação e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo. Processo descontínuo (batelada) É um processo no qual a massa não é adicionada nem removida do processo durante a sua operação. Processo semi- contínuo (ou sem - descontínuo)
  • 16. Reatores catalíticos de leito fixo (a)Reator multitubular (b) um tubo com catalisador
  • 17.  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.  Pode ser catalítico ou não-catalítico
  • 20. Para se Transferência de Calor e de Massa Propriedades dos fluidos e dos materiais termodinâmicos (entalpia das reações, capacidades caloríficas) Leis cinéticas das reações envolvidas os reatores químicos, é necessário dispor de uma série de informação essencial, ou seja, de Parâmetros relacionados com: Compreender, modelar, optimizar, dimensionar controlar
  • 21. 1. A parte principal é o reator onde ocorre a transformação de reagentes em produtos. Tem-se que ter em conta: O mecanismo da reação, Condições dos reagentes e das matérias primas (grau de pureza, composição, etc) Condições de pressão e temperatura Tipos de catalisadores As etapas de produção de qualquer produto químico podem ser divididas em 3 grandes grupos:
  • 22. 2. Antes de entrarem no reator reagentes ou matérias-primas passam através de vários equipamento, onde pressão, temperatura, composição e fase são ajustadas para que sejam alcançadas as condições em que ocorrem as reações químicas, ou seja, são as etapas de preparação da carga para o reator. 3. Os efluentes do reator são, em geral, uma mistura de produtos, contaminantes apropriados para se obter o(s) produtos (s) na pureza adequada ao mercado.
  • 23. “A cinética química e o projeto de reatores estão no coração de quase todos os produtos químicos Industriais” Fogler Matérias primas Produtos Eficiência do processo: • Rendimento • Conversão • Seletividade, etc Reator
  • 24. Os reatores químicos têm como principal objetivo converter, em condições controladas, reagentes em produtos. A fase de projeto é uma etapa determinante e pode envolver uma série de questões mais ou menos complexas, tais como:
  • 25. Projeto do reator Projeto mecânico Requisitos de manutenção Custos de investimento e produção Projeto mecânico Condições de transferência de calor Sistema de controlo e segunrança Tipo de reatores Propriedades de reagentes e produtos Condições de pressão e temperatura
  • 26.  A modelação matemática deste tipos de sistemas, permite ter capacidade de previsão, bem como optimizar o seu funcionamento no sentido de obter rendimento máximo.  Nos modelos matemáticos, para além da reação química, são também tidos em conta os mecanismos de transferência de massa e calor, sendo possível estudar o comportamento estacionário ou dinâmico do reator.
  • 27. Relação entre a modelação matemática de reatores químicos e aspetos relevantes na engenharia da reação química.
  • 28. A classificação primária dos reatores químicos pode ser feita com base na forma de energia usada na realização da reação. Por esse critério eles podem ser: Termoquímicos – a energia é fornecida ou retirada em forma de calor; Eletroquímicos – a reação decorre da passagem de corrente elétrica na mistura; Fotoquímicos – a reação ocorre devido à energia fotónica emitida por lâmpadas e Bioquímicos – a reação utiliza a energia química proveniente do catabolismo celular
  • 29. Reatores bioquímicos  Os reatores bioquímicos estão ligados a biotecnologia que utiliza a ação de células vivas para realizar a transformação desejada. Desta forma são produzidos ácidos orgânicos, bebidas, antibióticos, anticorpos monoclonais, etc.  As células vivas podem ser microrganismos ou células de tecidos vivos.  As dornas de fermentação usadas na produção de etanol são exemplos de reatores bioquímicos.
  • 30. Eletroquímico s Os reatores eletroquímicos normalmente realizam reações com energia livre desfavorável.  A Monsanto, por exemplo, fabrica a adiponitrila a partir da acrilonitrila por via eletroquímica.  A fabricação do alumínio a partir da alumina é outro exemplo.
  • 31. Reatores fotoquímicos  Os reatores fotoquímicos são aqueles que realizam reações usando a energia fotônica emitida por lâmpadas especiais. Por exemplo, a produção do BHC pela cloração do benzeno pode ser feita em reatores fotoquímicos. Reatores que usam a luz solar
  • 32. Os reatores termoquímicos são, de longe, os mais comuns nas indústrias químicas e os mais estudados nos cursos de engenharia química. Estão nesta categoria os polimerizadores, os reatores encontrados nas refinarias como os craqueadores térmico e catalítico, reformador catalítico, etc. Reatores termoquímicos
  • 33. Em qualquer processo industrial (os processos industriais de natureza química não constituem excepção), pretende-se produzir, com o máximo de rentabilidade, um dado produto (ou uma gama de produtos), a partir de um dado conjunto de matérias-primas.
  • 34. Tanques que contém um ou mais sistemas de agitação e troca de calor, capaz de aquecer ou arrefecer o líquido, onde a agitação se encarrega de misturar todos ou vários componentes que fazem parte do produto e uniformizar a temperatura. Tanque perfeitamente agitado
  • 35. Reatores Bϋchi Reatores de vidro e aço vitrificado. Usados no laboratório de farmoquímica. Reatores de pressão, hidrogenadores.
  • 36. Embora os reatores catalíticos sejam frequentemente implementados como reatores de fluxo em pistão, a sua análise requer tratamento mais complexo. A taxa de uma reação catalítica é proporcional à quantidade de catalisador com os quais os reagentes entram em contato. O comportamento do catalisador é também algo a ser considerado. Particularmente em processos petroquímicos a alta temperatura, catalisadores são desativados por sintetização, codificação e processos similares. Um exemplo comum de uma reação catalítica é a conversão catalítica posterior a um motor de combustão interna, para os gases de exaustão.
  • 37.  Na maior parte dos processos que utilizam catalisadores sólidos são usados reatores catalíticos de leito fixo FBR (Fixed Bed Reactores).  A aplicação industrial deste tipo de reatores é vasta, podendo ser encontrados na industria química, na base indústria petroquímica, refinação de petróleo.  Actualmente, os reactores de leito fixo são utilizados principalmente em unidades de grande capacidade, sobretudo em reactores do tipo multitubular.
  • 38. Os reatores catalíticos requerem tratamento separado. As variáveis chave de processo incluem: Tempo de residência (τ, letra grega tau minúscula) Volume (V) Temperatura (T) Pressão (P) Concentrações de espécies químicas (C1, C2, C3, ... Cn) Coeficientes de transferência de calor (h, U)

Notas do Editor

  1. J
  2. A
  3. I
  4. A
  5. J
  6. A
  7. J
  8. I
  9. J
  10. J
  11. I
  12. I
  13. I
  14. I
  15. J
  16. J
  17. A
  18. I
  19. I
  20. J
  21. A
  22. I
  23. I
  24. A
  25. A
  26. I
  27. A
  28. J
  29. I
  30. A
  31. A
  32. J
  33. Todos