Síntese e design de reatores avançados

Com uma sociedade cada vez mais dependente de produtos químicos para manter a qualidade de vida, como em produtos de beleza e até farmacêuticos, os reatores e suas mais diversas formas são essenciais na produção em larga escala, ou seja, escala industrial, para que sejam comercializados para toda a população.

Os reatores têm uma grande versatilidade de aplicações dentro da indústria, como reatores químicos, responsáveis por conduzir reações químicas, reatores nucleares, que geram energia nuclear, e outras diversas aplicações. Porém, mesmo já exercendo as mais diversas funções, a necessidade por eficiência, sustentabilidade e segurança está causando uma evolução significativa na concepção e design de reatores exatamente para suprir essa questão cada vez mais crescente atualmente.

Pensando nisso, a Prisma Jr em parceria com a BetaEQ traz para o público um artigo versando sobre o design e síntese de reatores avançados e quais funções eles podem exercer.

O ponto mais importante a ser discutido no momento de escolher qual será o design e o tipo do reator a ser utilizado é o tipo de reação que vai ser ministrado dentro dele, como por exemplo reações químicas, biológicas, nucleares, etc., quais são as exigências que essa reação traz para ser feita, nível de controle necessário e fatores que podem deixar essa reação mais eficiente. Também é necessário observar a cinética da reação, os subprodutos produzidos, sustentabilidade e também regulamentações e leis que influenciam diretamente na escolha desse design de reator com grande intensidade.

Existem diversos tipos de designs possíveis para o uso dentro dos mais diversos processos, que nasceram com o objetivo de suprir as exigências de diferentes processos. Dentre esses tipos de reatores, alguns podem ser destacados, como por exemplo os reatores de leito fluidizado, que são usados principalmente em indústrias químicas, esses reatores funcionam com um leito de partículas sólidas/catalisadoras mantidas em suspensão sobre um fluxo de gás ascendente, que ajuda no carregamento e remoção do mesmo no final do processo, e esses catalisadores facilitam demais as reações alvo do reator.

Esse tipo de reator é principalmente utilizado em processos onde se faz necessário o transporte de calor e massa dentro do reator, já que ele facilita muito essa passagem, como por exemplo, craqueamentos catalíticos, produção de biodiesel, secagem e torrefação, pirólise de resíduos, indústria de cimento, etc.

Este reator possui a sua contra parte fixa, ou como são oficialmente chamados, reatores de leito fixo. Eles possuem esse nome pois funcionam com um leito fixo de de catalisadores, onde os reagentes fluem por esses catalisadores, assim facilitando e muito que as reações ocorram dentro do reator. Esses reatores possuem uma ampla aplicação dentro da química, onde são utilizados, por exemplo, na indústria farmacêutica, na indústria de fertilizantes, no refino de hidrocarbonetos, e muitas outras aplicações.

Além disso, também existe o reator microfluídico, que é algo que processa uma pequena quantidade de fluido. Essa quantidade “pequena” pode variar de um nanolitro a um mililitro, suas principais vantagens e razões para uso são o alto controle nas condições de reação, segurança elevada e também uma manipulação facilitada do processo que for feito por ele, porém, ele não é bom para escalas industriais, pois faz reações com volumes pequenos de reagentes, forçando que muitas vezes seja necessário se construir uma série desses reatores, que complica o processo e aumenta o custo.

Os reatores criogênicos são um tipo que também merece ser destacado, que tem como função principal viabilizar reações que são dependentes de uma temperatura extremamente baixa para serem realizadas, sendo essas temperaturas geralmente abaixo de -150º Celsius. Esses reatores são importantíssimos na síntese química que são dependentes dessa temperatura, já que são muito exotérmicas e funcionam melhor nesse tipo de ambiente, além de serem utilizados na liquefação de gases em geral, com o objetivo de armazená-los.

A última categoria que será abordada neste artigo são os reatores de membrana, reatores esses que são baseados na realização de reações químicas e também, é muito importante sendo essa a sua maior vantagem, processos de separação, de maneira simultânea, utilizando membranas que fazem todos esse processos, tendo como fator determinante de qual material ela é feita para sua função ser executada corretamente, podendo ser de cerâmica, metal, amianto, entre outros.

Em suma, os reatores são uma parte essencial dentro de qualquer processo industrial ou laboratorial, efetuando as mais diversas formas de reações de maneira segura e controlada, geralmente aumentando a sua eficiência. Sua ampla gama de designs diferentes e suas aplicações específicas faz com que eles sejam extremamente versáteis dentro da indústria, sendo essencial escolher o melhor entre eles para o seu processo para que se obtenha sucesso.

Referências:

Como funciona um reator de leito fluidizado – Inovação e Processos – CIMM

Microfluidic Microreactors-A Chemical Engineering view – uFluidix

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444532923500158

Portal de Engenharia Quimica – Fundamentos (uc.pt)