Os reatores químicos são uma espécie de vasos especialmente projetados para conter as reações químicas que são de interesse da indústria química onde eles estão locados. Por esse motivo, o seu projeto não pode ser realizado de qualquer modo, ele deve contemplar inúmeros fatores da engenharia química que para que se possa obter a maximização dos valores obtidos para a reação trabalhada.
Para que serve um reator químico na indústria?
O reator químico pode ser considerado o coração dos processos químicos auxiliando a indústria em desenvolvimentos significativos, potencializados pela procura de novos produtos, são equipamentos utilizados em processos de mistura, homogeneização e controle de temperaturas de reações químicas, podendo ser operado sob vácuo ou atmosfera controlada, com aquecimento, resfriamento ou ambos. Sendo utilizados na fabricação de produtos químicos como resinas, adesivos, tintas entre outros ou simplesmente por razões de optimização, exigências de segurança, ou inovações ao nível do design, dessa forma, os reatores.
Mas como os reatores químicos funcionam?
Basicamente esse equipamento funciona misturando e gerindo as reações que ocorrem em seu interior provocadas pelas substancias que lá estão presentes, contudo, dado o objetivo final do processo ou os produtos que se almejam extrair, esse funcionamento pode ser alterado em função das especificados do processo.
Como um equipamento de grande utilidade e direcionado a diversos produtos, os reatores precisam se adaptar para poderem realizar suas reações da forma mais eficaz, dessa forma, existem os tipos de reatores químicos, sendo eles:
1 – Reatores em Batelada. Do inglês, Batch Reactors, são equipamentos que operam em regime fechado, desse modo, não há a entrada ou saída de nenhuma outra substancia durante a reação. Neste modelo, os reagentes são acondicionados no reator no início do processo, para em seguida começarem a reagir. O tanque permanece em operação por tempo determinado conforme o estudo da reação para depois ser descarregado para o restante do processo. Esse tipo de reator é utilizado principalmente em processos que não exijam uma produtividade tão alta, ou que não precisem serem interrompidos a todo tempo, dessa forma, são muito utilizados em escala laboratorial, indústrias farmacêuticas e em fermentações. Possuem como principal vantagem o fato de que após cada batelada produzida, o equipamento pode ser higienizado e usado para um novo processo e como desvantagem o valor de conversão da reação, que para valores mais altos requer um tempo de operação também elevado.
2 – Reatores Contínuos. São equipamentos que operam com a entrada e saída de compostos continuamente enquanto a reação ocorre em seu interior. São reatores muito utilizados em processos que exijam grande tempo de operação sem interrupção e em larga escala. Por esse motivo são os mais utilizados em diversos ramos da indústria química em geral. Apresenta como grandes vantagens, o tempo de residência da reação que pode ser controlado através da vazão de componentes no equipamento em relação ao volume total disponível para a ocorrência da reação. Além disso, os parâmetros da operação também são mais controláveis, desse modo a qualidade do produto oscila menos quando comparado ao feito ao trabalho desenvolvido pelos reatores de batelada, o desperdício e a própria demanda por interferência advinda do operador são reduzidos. A principal desvantagem desses reatores é a sua inflexibilidade para diferentes reações, uma vez que são construídos com base nas especificações da reação trabalhada. Outra ponto inconveniente é que a higienização e manutenção desses reatores precisam parar o processo, o que pode ser uma tarefa onerosa e implicar perda de produção pela indústria.
3 – Reatores CSTR (Continuous Stirred Tank Reactors). São basicamente tanques que possuem um agitador. Os reagentes são despejados dentro do tanque de forma constante, e agitados pelo, fazendo dessa forma, a reação ocorrer. Reatores desse tipo são empregados em sistemas com mais de uma fase, como por exemplo, reações gás-líquido e sólido-líquido. Apresentam como vantagem ser um reator relativamente simples de ser construído e que pode ter seus parâmetros, como temperatura, mais facilmente controlados. Todavia, por possuírem valores de conversão menores que os outros reatores, lodo, se a agitação não for suficiente, a reação pode não ocorrer da maneira esperada.
4 – Reatores PFR (Reatores Tubulares). São equipamentos na forma de um longo tubo ou vários tubos mais curtos. Os reagentes entram no reator através de bombeados e estando dentro do aparelho iniciam as reações químicas. São empregados principalmente no uso com reações gasosas, que podem ocorrer rapidamente e também em altas temperaturas. Apresentam como principal vantagem poder produzir rapidamente uma grande quantidade de produto em razão de seus índices de conversão elevados. Como possuem uma maior superfície de contato, a troca de calor acaba sendo favorecida. Todavia, essas mesmas taxas elevadas de conversão dos reagentes podem gerar gradientes de temperatura indesejados, por esse fato, sabe-se que o controle de temperatura em PFRs é complexo, além disso a sua higienização e manutenção também é mais difícil e cara.
Veja nas imagens alguns modelos de reatores utilizados na indústria dos diversos seguimento:
Esterilizadores:
São equipamentos utilizados nas industrias com finalidade de descontaminar e/ou cozinhar produtos, são encontrados em indústrias alimentícias, farmacêuticas, sucroalcolera.
Os esterilizadores usam como fonte para gerar calor a eletricidade, vapor oriundos de caldeiras.
Sua construção obedecem as normais construtivas ASME por se tratar de um equipamento que trabalha com acumulação de vapores pressurizados.
Veja alguns exemplos de Esterilizadores usados na Indústria: