Reatores químicos 2

download Reatores químicos 2
  • date post

    01-Jul-2015
  • Category

    Science

  • view

    2.493
  • download

    10

Embed Size (px)

description

Trabalho sobre reatores químicos

Transcript of Reatores químicos 2

  • 1. Trabalho realizado por: Andr Rocha n2 Joo Maia n6 Maria Ins n7 *Reatores qumicos

2. Os reatores qumicos so equipamentos que realizam reaes em escala industrial para transformao de matrias primas em produtos. Esta definio exclui os equipamentos e vidraaria de laboratrios que realizam reaes como parte de procedimentos analticos e sintticos ou como parte de determinaes de propriedades fsico-qumica de materiais. O que so reatores qumicos? 3. Transferncias de energia podem vir na forma de aquecimento ou resfriamento. Reato res qumi cos Equipamento onde ocorrem reaes qumicas, transferncias de massa e calor, isto , onde determinadas espcies moleculares so transformadas noutras espcies moleculares O fluido reacional pode ser aquecido ou arrefecido e pode tambm trocar a massa e /ou calor com uma fase estagnante. Constitui assim o corao das unidades de fabrico de produtos qumicos, encontrando-se quer em refinarias, complexos de metalrigicos ou fbricas de produtos qumicos. Fase estagnante: fase queparou,no tem movimentono reator Fase estagnante 4. Especiais: Prprios para um determinado processo (no ideais) Padronizados: Com finalidade multipropsito, desde que os produtos tenham alguma catarerstica em comum. ex.:viscosidade,faixapH,temperatura,presso, etc(ideais) Existem vrios tipos de reatores qumicos e vrias formas de classific-los. 5. Reatoresideias So aqueles para os quais se desenvolve um modelo matemtico especfico a partir de condies pr- estabelecidas e que aplicado s condies reais se ajusta adequadamente Reatoresnoideias: So aqueles para os quais necessrio um tratamento matemtico especfico em funo de peculiaridades de reao e / ou reator 6. Exemplos Tanques (Fermentao de cerveja) Tubulaes (Diviso, quebra de hidrocarbonetos) Altos-fornos (Reduo de minrio de ferro) 7. *Ambos os reatores (tubular e tanque) podem operar em modo descontnuo ou contnuo. *Normalmente, a operao de um reator feita em regime permanente sendo que uma operao transitria ocorre quando, por exemplo, existe alguma manuteno no equipamento e este deve ser colocado em operao de regime novamente. *Os reatores podem acomodar slidos (reagentes, catalisadores, materiais inertes), mas em geral os reagentes so tipicamente lquidos e gases. 8. Tanques Tubulares Reatores com fornos 9. Dentro das diversas caractersticas duma transformao qumica, tomemos, para servir de base nossa classificao, a mais evidente escala macroscpica, a natureza das fases em presena. Deste modo uma primeira distino entre os diversos casos ser: Sistemasmonofsicosou homogneos O meio reaccional constitudo por uma nica fase, gasosa ou uma fase lquida. Neste caso os reactores so ditos do tipo homogneo. Sistemaspolifsicosouheterogneos Podem ser considerados inmeras combinaes: Gs + lquido; Lquido + lquido; Gs + slido; Lquido + slido; Gs + lquido + slido ou de uma forma mais geral: Fluidos + slidos 10. Os reatores tambm podem ser classificados quanto a natureza das fases participantes como reatores homogneos de meios totalmente gasosos ou lquidos, e reatores heterogneos, com os reagentes estando nas diversas combinaoes de fases possveis: gs-lquido, gs-slido, lquido-slido e gs-lquido-slido. Reatores de reaes qumicas slido-slido so relativamente raros. 11. Modo de operao Contnuos Descontnuos Semi descontnuos Tipo de reao Catalticos No catalticos Geometria do reator Homogneo No homogneo (heterogneo) Tanque perfeitamente agitado Tubular Contnuos: CSTR Descontnuos Semi descontnuos Fase homognea Leito fixo Leito mvel Fases da mistura 12. um processo no qual h entrada de massa, mas o produto no removido durante a operao ou no havendo entrada de massa e s remoo do produto. Processo Contnuo um processo no qual a massa de alimentao e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo. Processo descontnuo (batelada) um processo no qual a massa no adicionada nem removida do processo durante a sua operao. Processo semi- contnuo (ou sem - descontnuo) 13. Processo Contnuo 14. Processo descontnuo (batelada) 15. Processo semi-contnuo (ou sem - descontnuo) 16. Reatores catalticos de leito fixo (a)Reator multitubular (b) um tubo com catalisador 17. O reator de leito fluidizado semelhante ao CSTR no sentido de que seu contedo, embora heterogneo, bem misturado, resultando em uma distribuio homognea de temperatura atravs do leito. Pode ser cataltico ou no-cataltico 18. Tanque agitado Tanque agitado 19. Para se Transferncia de Calor e de Massa Propriedades dos fluidos e dos materiais termodinmicos (entalpia das reaes, capacidades calorficas) Leis cinticas das reaes envolvidas os reatores qumicos, necessrio dispor de uma srie de informao essencial, ou seja, de Parmetros relacionados com: Compreender, modelar, optimizar, dimensionar controlar 20. 1. A parte principal o reator onde ocorre a transformao de reagentes em produtos. Tem-se que ter em conta: O mecanismo da reao, Condies dos reagentes e das matrias primas (grau de pureza, composio, etc) Condies de presso e temperatura Tipos de catalisadores As etapas de produo de qualquer produto qumico podem ser divididas em 3 grandes grupos: 21. 2. Antes de entrarem no reator reagentes ou matrias-primas passam atravs de vrios equipamento, onde presso, temperatura, composio e fase so ajustadas para que sejam alcanadas as condies em que ocorrem as reaes qumicas, ou seja, so as etapas de preparao da carga para o reator. 3. Os efluentes do reator so, em geral, uma mistura de produtos, contaminantes apropriados para se obter o(s) produtos (s) na pureza adequada ao mercado. 22. A cintica qumica e o projeto de reatores esto no corao de quase todos os produtos qumicos Industriais Fogler Matrias primas Produtos Eficincia do processo: Rendimento Converso Seletividade, etc Reator 23. Os reatores qumicos tm como principal objetivo converter, em condies controladas, reagentes em produtos. A fase de projeto uma etapa determinante e pode envolver uma srie de questes mais ou menos complexas, tais como: 24. Projeto do reator Projeto mecnico Requisitos de manuteno Custos de investimento e produo Projeto mecnico Condies de transferncia de calor Sistema de controlo e segunrana Tipo de reatores Propriedades de reagentes e produtos Condies de presso e temperatura 25. A modelao matemtica deste tipos de sistemas, permite ter capacidade de previso, bem como optimizar o seu funcionamento no sentido de obter rendimento mximo. Nos modelos matemticos, para alm da reao qumica, so tambm tidos em conta os mecanismos de transferncia de massa e calor, sendo possvel estudar o comportamento estacionrio ou dinmico do reator. 26. Relao entre a modelao matemtica de reatores qumicos e aspetos relevantes na engenharia da reao qumica. 27. A classificao primria dos reatores qumicos pode ser feita com base na forma de energia usada na realizao da reao. Por esse critrio eles podem ser: Termoqumicos a energia fornecida ou retirada em forma de calor; Eletroqumicos a reao decorre da passagem de corrente eltrica na mistura; Fotoqumicos a reao ocorre devido energia fotnica emitida por lmpadas e Bioqumicos a reao utiliza a energia qumica proveniente do catabolismo celular 28. Reatores bioqumicos Os reatores bioqumicos esto ligados a biotecnologia que utiliza a ao de clulas vivas para realizar a transformao desejada. Desta forma so produzidos cidos orgnicos, bebidas, antibiticos, anticorpos monoclonais, etc. As clulas vivas podem ser microrganismos ou clulas de tecidos vivos. As dornas de fermentao usadas na produo de etanol so exemplos de reatores bioqumicos. 29. Eletroqumico s Os reatores eletroqumicos normalmente realizam reaes com energia livre desfavorvel. A Monsanto, por exemplo, fabrica a adiponitrila a partir da acrilonitrila por via eletroqumica. A fabricao do alumnio a partir da alumina outro exemplo. 30. Reatores fotoqumicos Os reatores fotoqumicos so aqueles que realizam reaes usando a energia fotnica emitida por lmpadas especiais. Por exemplo, a produo do BHC pela clorao do benzeno pode ser feita em reatores fotoqumicos. Reatores que usam a luz solar 31. Os reatores termoqumicos so, de longe, os mais comuns nas indstrias qumicas e os mais estudados nos cursos de engenharia qumica. Esto nesta categoria os polimerizadores, os reatores encontrados nas refinarias como os craqueadores trmico e cataltico, reformador cataltico, etc. Reatores termoqumicos 32. Em qualquer processo industrial (os processos industriais de natureza qumica no constituem excepo), pretende-se produzir, com o mximo de rentabilidade, um dado produto (ou uma gama de produtos), a partir de um dado conjunto de matrias-primas. 33. Tanques que contm um ou mais sistemas de agitao e troca de calor, capaz de aquecer ou arrefecer o lquido, onde a agitao se encarrega de misturar todos ou vrios componentes que fazem parte do produto e uniformizar a temperatura. Tanque perfeitamente agitado 34. Reatores Bchi Reatores de vidro e ao vitrificado. Usados no laboratrio de farmoqumica. Reatores de presso, hidrogenadores. 35. Embora os reatores catalticos sejam frequentemente implementados como reatores de fluxo em pisto, a sua anlise requer tratamento mais complexo. A taxa de uma reao cataltica proporcional quantidade de catalisador com os quais os reagentes entram em contato. O comportamento do catalisador tambm algo a ser considerado. Particularmente em processos petroqumicos a alta temperatura, catalisadores so desativados por sintetizao, codificao e processos similares. Um exemplo comum de uma reao cataltica a converso cataltica posterior a um motor de combusto interna, para os gases de exausto. 36. Na maior parte dos processos que utilizam catalisadores slidos so usados reatores catalticos de leito fixo FBR (Fixed Bed Reactores). A aplicao industrial deste tipo de reatores vasta, podendo ser encontrados na industria qumica, na base indstria petroqumica, refinao de petrleo. Actualmente, os reactores de leito fix