3 Exemplo de Reator de Fluxo Plugue: Aplicação, Funcionamento, Fórmula, Projeto, Diagrama

O reator tubular contínuo é outro termo para o modelo de reator de fluxo contínuo, ou PFR. Vamos dar alguns exemplos da teoria, forma e layout de um reator de fluxo em pistão em uso.

3 Exemplos de reatores de fluxo pistão são dados abaixo:

• Uma cortina de chuveiro
• As paredes de uma banheira
• Uma infiltração na parede do desfiladeiro

Uma cortina de chuveiro

As melhores cortinas de chuveiro para evitar que a água saia do chuveiro são aquelas feitas de lona de algodão não tratada, cânhamo ou náilon. Semelhante aos pavios, as cortinas de chuveiro direcionam a água para a banheira, canalizando-a através do tecido e para baixo. Não é necessário forro. Depois de tomar banho, abra a cortina e pendure-a do lado de fora da banheira para secar.

As paredes de uma banheira

As paredes da banheira ou do chuveiro são protegidas da água e da umidade por um acabamento elegante, que confere ao banheiro um toque artístico e colorido. O acrílico aumentou em popularidade nos últimos anos como o melhor material para paredes de banheiras em geral. Para cobrir uma banheira velha, folhas de PVC plástico ou acrílico são moldados no tamanho de uma banheira, colocados sobre ela e depois colados.

Uma infiltração na parede do desfiladeiro

A erosão é a principal causa dos cânions. A água corrente de um rio erode ou desgasta o solo e as rochas ao longo de milhares ou milhões de anos para criar um vale. Correntes rápidas fornecidas pela chuva ou neve derretida de áreas mais úmidas esculpiram alguns dos maiores e mais conhecidos cânions em terreno seco.

Aplicação do reator de fluxo plugue

Um tubo cilíndrico com aberturas para o fluxo de reagentes e produtos forma os reatores de fluxo em pistão. Vamos discutir a aplicação do reator de fluxo contínuo.

• Em ambientes industriais, os reatores de fluxo de pistão são empregados quando uma reação química requer uma quantidade significativa de exotérmico ou energia explosiva.
• Para garantir que os componentes sejam misturados estaticamente, são empregados reatores de fluxo em pistão.
• A transferência de calor entre o instrumento e seus arredores era segura em reatores de fluxo contínuo.
• Atualmente, biodiesel e outros biocombustíveis com mecanismo de reciclagem são produzidos usando reatores de fluxo contínuo. Devido à sua operação em estado estacionário, o reator de fluxo contínuo é o preferido para a produção de bioenergia. Além disso, nenhuma agitação ou defletores são necessários no reator plugue.  

Normalmente, os reatores de fluxo contínuo operam em estado estacionário. À medida que os reagentes se movem ao longo do comprimento do reator, eles são continuamente consumidos.

Funcionamento do reator de fluxo plugue

No fluxo misto, a taxa de reação diminui rapidamente para um valor baixo, enquanto no fluxo plugue, a taxa de reação diminui gradualmente em todo o sistema. Vamos observar o reator de fluxo em pistão em ação.

• O fluido que flui através de um reator de fluxo em pistão é modelado como uma coleção de tampões coerentes que são infinitamente finos e têm composições uniformes.
• Cada plugue tem uma composição única dos anteriores e posteriores à medida que se movem na direção axial do reator.
• A premissa fundamental é que, à medida que um plugue passa por um PFR, o fluido é perfeitamente misturado na direção radial, mas nada misturado na direção axial (não com o elemento a montante ou a jusante).
• Como resultado, cada tampão é tratado como uma entidade distinta e funciona como um reator de batelada indefinidamente pequeno com mistura que se aproxima de volume zero.
• O tempo de residência do elemento obturador é calculado a partir de sua posição no reator à medida que ele flui para baixo no reator de fluxo contínuo.
• A distribuição do tempo de residência é, consequentemente, um impulso nesta formulação do reator de fluxo de pistão ideal (uma função de pico pequena e estreita).

Para estimar variáveis ​​importantes do reator, incluindo o tamanho do reator, o modelo do reator de fluxo contínuo é usado para prever o comportamento de reatores químicos com projetos tubulares.

Projeto de reator de fluxo plugue

O tempo de permanência exato para a massa passando pelo reator varia do tempo de residência médio em um CSTR em um reator de fluxo contínuo ideal. Vejamos o layout do reator de fluxo contínuo.

• Os reatores de fluxo de pistão também são conhecidos como reatores de fluxo de pistão, reatores de fluxo lento, reatores de fluxo tubular perfeito e reatores de fluxo não misturados.
• O fluxo padrão do reator de fluxo contínuo é fluxo contínuo.
• O fluxo ordenado de fluido através de um reator de fluxo em pistão é definido como nenhum elemento de fluido passando ou se misturando com qualquer outro elemento na frente ou atrás dele.
• Em um reator plugue, o fluido pode realmente ser misturado lateralmente, mas também deve haver mistura ou difusão ao longo da rota do fluxo.
• O tempo de residência igual para cada elemento de fluido no reator serve como condição necessária e suficiente para o fluxo de pistão.

Diagrama do reator de fluxo plugue

A técnica de reação rápida em sistemas de fluxo contínuo é baseada em um sistema cinético rápido de fluxo contínuo. Aqui está um diagrama de um reator de fluxo em pistão.

O intervalo de tempo pode ser determinado a partir da taxa de fluxo se a distância entre o ponto inicial da reação e o detector de produto for conhecida. O tempo necessário para atingir o maior rendimento pode então ser calculado ajustando a distância.

Fórmula do reator de fluxo contínuo

O fato de que o material flui através de um reator de fluxo em pistão é sua característica mais significativa. Vejamos a fórmula para um reator de fluxo em pistão.

• Como a composição do fluido varia ao longo do canal de fluxo em um reator de fluxo pistão, o balanço de material para um componente de reação deve levar em conta um elemento diferencial de volume dV.
• (Taxa de fluxo de reagente para dentro do elemento de volume) = (Taxa de fluxo de reagente para fora do elemento de volume) + (Taxa de perda de reagente devido a reação química dentro do elemento de volume) + (Taxa de acúmulo de reagente no elemento de volume)
• Como resultado, a equação de balanço de massa para o reagente A é resolvida para zero.
• Entrada = Saída + Reação + Acumulação + Desaparecimento.
• Agora, F_A = (F_A +dF_A)+(-r_A)dV, Nada disso, dF_A =d[F_A0 (1 – X_A)] = -F_A0dX_A, Obtemos na substituição, -F_A0dX_A = (-r_A)dV.
• A equação para A na seção diferencial do reator com volume dV é assim esta.
• A frase deve ser integrada para todo o reator.
• F_A0, a taxa de alimentação, agora é constante, mas é claro que r_A depende da concentração ou conversão do material.
• Quando agrupamos os termos apropriadamente, obtemos,

• Para uma taxa de alimentação específica e conversão necessária, a equação acima permite estimar o tamanho do reator.
• Se a alimentação na qual a conversão é baseada, subscrito 0, entra no reator parcialmente convertido, subscrito, e sai em uma conversão denotada por subscrito f, obtemos, como uma expressão mais genérica para reatores de fluxo pistão,

• Para o caso especial de sistema de densidade constante, X_A= 1 – C_A/C_A0 e, dX_A =dC_A/ VS_A0.
• Nesse caso, a equação de desempenho pode ser representada como uma função de concentração ou

Modelo de reator de fluxo plugue

As temperaturas em reatores de fluxo contínuo podem ser difíceis de controlar e podem produzir gradientes de temperatura desfavoráveis. Vamos primeiro ver o modelo do reator de fluxo em pistão.

• Os processos químicos que ocorrem dentro de um tubo são modelados usando um reator de fluxo em pistão.
• Um exemplo idealizado que pode ser utilizado no processo de projeto do reator é o reator de fluxo contínuo.
• Este blog assume que o modelo do reator de fluxo contínuo é adiabático e operando a pressão constante.
• A única reação considerada ocorrendo é uma reação em fase gasosa decomposição processo, que segue a fórmula A -> 2B + C.

Além disso, mais cara do que a manutenção do CSTR é a manutenção do reator de fluxo contínuo. Um circuito de reciclagem permite que um reator de fluxo contínuo opere de forma semelhante a um CSTR.

Conclusão

Com este estudo, podemos inferir que, uma vez que os reatores de fluxo pistão são ferramentas vitais para a previsão, deve-se ter cuidado, pois os sistemas de fluxo real mostram uma variação significativa nos tempos de residência. Ao dimensionar reatores de fluxo, a distribuição do tempo de residência é um dos elementos que devem ser levados em consideração.