Reator perfeitamente agitado

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Símbolo de um reator RPA ou CSTR

Reator perfeitamente agitado (RPA) ou reator tanque agitado contínuo , também chamado de reator CSTR, do inglês continuous stirred-tank reactor model, é um tipo de reator ideal comum em engenharia química.[1] Um RPA frequentemente refere-se a um modelo usado para estimar as variáveis principais de uma operação unitária quando usa-se um reator tanque agitado contínuo [nota 1] para alcançar uma saída específica. (Ver Reatores químicos.) O modelo matemático trabalha com todos os fluidos: líquidos, gases e lamas.

São ainda usados para designá-los na literatura os termos reator de cuba, reator contínuo, reator de mistura ou reator agitado.[1] [nota 2]

Modelagem RPA[editar | editar código-fonte]

O comportamento de um RPA é frequentemente aproximado ou modelado por aquele de um reator tanque agitado idealmente contínuo ou reator tanque agitado contínuo ideal, RTACI (Continuous Ideally Stirred-Tank Reactor, CISTR). Todos os cálculos realizados com RTACI supõe mistura perfeita. Se o tempo de residência é 5-10 vezes o tempo de mistura, esta aproximação é válida para propósitos de engenharia. O modelo RTACI é frequentemente usado para simplificar cálculos de engenharia e pode ser usado para descrever reatores de pesquisa. Na prática pode-se somente ser aproximado, em particular nos reatores de escala industrial.

Supondo:

  • mistura perfeita ou ideal, como afirmado acima

Integral do balanço de massa sobre o número de moles Ni das espécies i num reator de volume V.

[acumulação] = [entrada] - [saída] + [geração]

1.  \frac{dN_i}{dt} = F_{io} - F_i + V \nu_i r_i [2] onde Fio é a taxa de fluxo molar de entrada das espécies i, Fi a taxa de fluxo molar de saída, e \nu_i coeficiente estequiométrico. A taxa de reação, r, é geralmente dependente da concentração do reactante e da constante de taxa (k). A constante de taxa pode ser obtida uando-se a dependência de temperatura de Arrhenius. Geralmente, quando a temperatura aumenta o mesmo acontece com a taxa na qual a reação ocorre. O tempo de residência, \tau, é a quantidade média de tempo que uma quantidade discreta de reagente passa dentro do tanque.

Supondo:

A → produtos

NA = CA V (onde CA é a concentração das espécies A, V é o volume do reator, NA é o números de moles de espécies A)

2.  C_A = \frac {C_{Ao}}{1 + k \tau } [2]

Os valores das variáveis, concentração de saída e tempo de residência, na Equação 2 são critérios principais de projeto. Para modelar sistemas que não obedecem os pressupostos de temperatura constante e uma reação única, variáveis adicionais dependentes devem ser considerados. Se o sistema é considerado como estando em estado não estacionário, uma equação diferencial ou u sistema de equações diferenciais acopladas pode ser resolvido.

RPAs são conhecidos por serem um dos sistemas que exibem comportamentos complexos tais como multiplicidade de estados estacionários, ciclos limites e caos.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Notas

  1. Ocasionalmente, o termo "contínuo" é mal interpretado como uma modificador para "agitado", como em 'continuamente agitado'. Esta interpretação errônea ocorre especialmente na literatura de engenharia civil. Como apresentado neste artigo, "contínuo" significa 'fluxo contínuo' — e por isso estes dispositivos são algumas vezes chamados, de maneira completa de reatores de tanque agitado de fluxo contínuo, em inglês continuous-flow stirred-tank reactors (CFSTR's).
  2. O uso dos termos reator contínuo, mistura ou agitado pode gerar alguma confusão com os demais reatores de funcionamento contínuo, que operam com mistura e que são dotados de agitação mecânica.

Referências

  1. a b Levenspiel, O., "Engenharia das Reações Químicas", Vols. 1 e 2 , Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1972.
  2. a b Schmidt, Lanny D.. The Engineering of Chemical Reactions. New York: Oxford University Press, 1998. ISBN 0-19-510588-5.