Seletividade

Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) – Reatores Completamente Misturados / Plug Flow Reactor (PFR) – Reatores de Fluxo a Pistão

Para dar início a esse estudo de reatores, precisamos salientar alguns aspectos globais dos tipos de reatores. Por balanço dos materiais, é sabido que:

 

Na parte inicial de balanço de massas é feito processos hipotéticos em que o termo  é zero, ou seja, o processo se encontra em regime permanente. Entretanto, quando passamos a conhecer as reações, vimos que muitos processos que ocorrem na natureza dependem do tempo, então agora essa hipótese é descartada e para os reatores, o que realmente interessa é a seguinte reação:[pic 1][pic 2]

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Para poder entender os reatores CSTR e PFR é preciso saber sobre os marcadores conservativos, ou seja, os modelos de mistura, por não é possível estudar um reator sem saber suas principais características. Esse marcador funciona como um dispositivo que fornece dados sobre a concentração e análise do tempo no fluxo do processo, e para formulação dos gráficos de distribuição de concentração, além disso, o marcador deve ser “não reativo” ao fluxo e ser “instantâneo”, sendo jogado uma vez no processo.

Características do CSTR – O reator CSTR, como o nome diz, tem como característica misturar tudo homogeneamente e é geralmente usado para reação em estado líquido.

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A ideia do CSTR é que as condições da mistura da saída sejam idênticas as condições do reator, então isso significa que a concentração dentro do reator é igual a concentração que está saindo do reator.

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Então, diferentemente do reator em batelada, em que ocorre mudanças durante o tempo, no CSTR o estado é estacionário, ou seja, não há mudanças na concentração de saída ou temperatura.

Então, se observarmos uma reação de algum reagente, originando algum produto, tipicamente é preferível que haja a conversão de muito reagente para simplificar as separações, entretanto o problema que isso gera no CSTR é que a concentração pode ser um pouco baixa, por exemplo se convertemos 90% e a concentração do nosso reagente é somente 10% da concentração da alimentação e as taxas são tipicamente proporcionais as concentração (1ª Ordem / 2ª Ordem) então essa baixa concentração implica em uma baixa taxas, o que significa que precisaríamos de um reator de grande escalas, que seria caro. Entretanto, um potencial fato compensador é que se a reação é exotérmica, a temperatura final pode ser alta, o que significa que a taxa pode ser alta e então teria uma alta taxa de reação, porque constantes de taxas são tipicamente exponencialmente proporcionais a temperatura.

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Alguns aspectos únicos do CSTR que são importante em cinética e distribuição de produtos é que a concentração do reagente onde a reação ocorre é constante. A temperatura também permanece constante, auxiliando em casos que exigem seletividade em decorrência da temperatura.

Porque usar o CSTR? Gera agitação intensa evitando suspenção de sólidos, auto refrigeração deve a fácil manipulação da temperatura, além de seletividade em decorrência da mesma. Também é possível selecionar uma reação sobre outra em baixas concentrações.