Design de Reatores Químicos
Autor: Adrian Fiaccone
No âmago de sua função, reatores químicos são vasos projetados para conter reações químicas controladas, que podem ser homogenia ou heterogenia. Na área da engenharia química reside um campo que se destaca pela sua complexidade e importância: design de reatores químicos. Este campo é crucial para a produção eficiente, segura e sustentável de uma vasta variedade de produtos; incluindo combustíveis, produtos químicos, medicamentos, alimentos e materiais avançados. Neste texto, será explorado a importância do design de reatores químicos, apresentarei alguns dos principais tipos e sua atuação em diversas indústrias.
O processo de design envolve uma combinação complexa da ciência, engenharia e tecnologia, focando na maximização do funcionamento dos reatores, na otimização de processos e na mitigação de custos. Escolher o reator químico correto para o processo fabril influencia diretamente na qualidade do produto e na economia que ele pode trazer; o reator é essencial na formação do produto, e seu processo é considerado o coração da fábrica.
A escolha do reator químico adequado para um processo de fabricação não só influencia diretamente a qualidade do produto final, mas também pode gerar economias significativas. De fato, estima-se que a eficiência do reator pode impactar até 30% dos custos operacionais de uma planta química. A Confederação Nacional dos Trabalhadores no Ramo Químico (CNTQ) aborda a existência de vários tipos de reatores químicos, assim como várias maneiras de classificá-los. Quanto ao vaso, existem dois tipos principais básicos: Reatores em tanques e Reatores em tubos.
- Reatores em tanques
Amplamente utilizados em processos de homogeneização, mistura e controle de temperatura, os reatores em tanque (CSTR) desempenham um papel crucial na indústria química. Esses tanques são equipados com um agitador mecânico e hélices, o que garante a mistura uniforme dos reagentes dentro do tanque, permitindo que o composto químico flua para dentro do reator através de uma ou mais entradas, enquanto os produtos da reação são simultaneamente extraídos do recipiente.
Na produção de petróleo, por exemplo, os reatores em tanque são frequentemente empregados em uma etapa crucial do processo de FCC (Fluid Catalytic Cracking). O petróleo é vaporizado e misturado com um catalisador em um reator contínuo; o catalisador ajuda a quebrar as moléculas de hidrocarbonetos presentes no petróleo em moléculas menores. Nesse contexto, esses reatores carregam o ônus de facilitar as reações químicas necessárias para converter frações mais pesadas do petróleo em produtos mais leves e valiosos, como gasolina, diesel e produtos petroquímicos.
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- Reatores em tubos
Já os reatores Tubular (PFR) são utilizados em processos contínuos na indústria química e petroquímica devido à sua capacidade de suportar altas pressões e temperaturas, além de oferecerem um controle preciso sobre as condições de reação. Esse tipo de reator consiste em um tubo cilíndrico longo, onde passa a mistura reacionária, de modo que os reagentes são continuamente consumidos ao decorrer do comprimento do reator.
Uma de suas aplicações é na produção do biodiesel, mais especificamente, no processo de transesterificação; que é a etapa central onde os triglicerídeos (óleos vegetais ou gorduras animais) são convertidos em biodiesel (ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos) e glicerol. A transesterificação ocorre ao longo do comprimento do reator, à medida que a mistura de reagentes flui através do tubo, as moléculas de triglicerídeos reagem com o álcool na presença do catalisador, formando ésteres (biodiesel) e glicerol.
Em síntese, os designs de reatores químicos são fundamentais para sustentar a eficiência e a sustentabilidade das operações industriais. A escolha correta do reator e a otimização das condições de operação são cruciais para garantir a qualidade dos produtos e a economia dos processos. Por fim, existem várias formas de classificar um reator que não foram abordadas neste artigo. No entanto, para contemplar a plenitude do conhecimento, a Prisma, empresa de engenharia química, elaborou um post “Tipos de reatores na indústria química” bastante explicativo sobre o assunto.
referências:
http://nupeg.ufrn.br/downloads/deq0370/curso_refino_ufrn-final_1.pdf
https://www.ppgee.ufmg.br/defesas/386M.PDF
http://cntq.org.br/wp-content/uploads/2013/05/Reator-qu%C3%ADmico.pdf
