Reactores de leito fluidizado (FBR) são reactores catalíticos em que o catalisador é fluidizado dentro do reactor.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Informações Gerais
Reatores de leito fluidizado são reatores catalíticos heterogêneos nos quais a massa do catalisador é fluidizada. Isto permite a mistura extensiva em todas as direcções. O resultado da mistura é uma excelente estabilidade de temperatura e aumento das taxas de transferência de massa e de reação.
Os reactores de leito fluidizado são capazes de lidar com grandes quantidades de alimentação e catalisador. A figura abaixo mostra um FBR usado para tratar águas residuais contaminadas com anilina e nitrobenzeno.
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Projeto do Equipamento
O filme abaixo mostra o funcionamento de um reator de leito fluidizado. Antes do reator ser iniciado, as pastilhas do catalisador ficam em uma grelha no fundo do reator. Os reatores são bombeados para dentro do reator através de um distribuidor continuamente, fazendo com que o leito se torne fluidizado. O comportamento do leito após a fluidização inicial depende do estado do reator. Se for um líquido o leito se expande uniformemente com o aumento do fluxo ascendente do reator. Isto é chamado de fluidização homogênea. Se o reagente for um gás o leito será não uniforme porque o gás forma bolhas no leito, resultando em fluidização agregada. Algumas vezes essas bolhas em materiais grosseiros podem crescer acima de dois terços do diâmetro do leito, o que pode causar o escorregamento. O slugging pode resultar em pressões variáveis, vibrações no leito e reduções na transferência de calor. O aumento da velocidade do gás leva a um regime turbulento, como mostrado abaixo. No regime de fluidização rápida, a superfície do leito começa a desaparecer. O aumento da velocidade do gás resulta em transporte pneumático, no qual o leito é completamente removido e as partículas são uniformemente espaçadas no fluido. Durante este processo, os reagentes reagem devido à presença das pastilhas catalisadoras, formando produtos que são removidos continuamente.
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Os reactores de leito fluidizado são geralmente muito grandes. Devem ser concebidos para que o fluxo de fluido seja suficiente para suspender as partículas catalisadoras. As partículas normalmente variam em tamanho de 10 – 300 microns.
Ao projectar um reactor de leito fluidizado, a vida útil do catalisador também deve ser tida em conta. A maioria dos reatores de leito fluidizado, como o mostrado aqui, tem um compartimento separado para regenerar o catalisador.
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Exemplos de uso
Reactores de leito fluidizado são normalmente usados em processos de craqueamento catalítico. Eles também são usados na oxidação de naftaleno para anidrido ftálico, torrefação de minérios sulfurados, coqueificação de resíduos de petróleo, e calcinação de calcário. São frequentemente utilizados quando há necessidade de grandes quantidades de entrada ou saída de calor, ou quando são necessárias temperaturas rigorosamente controladas.
Os reatores de leito fluidizado abaixo são usados no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA para a remoção de perclorato e solvente clorado das águas subterrâneas. O sistema pode remover o perclorato de até 350 galões de água subterrânea por minuto.
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Vantagens
Desvantagens
- A distribuição uniforme da temperatura elimina os pontos quentes.
- O catalisador é facilmente substituído ou regenerado.
- Permite operações contínuas e controladas automaticamente.
- Contato mais eficiente de gás e sólido que em outros reatores catalíticos.
- Caro de construir e manter.
- Erosão das paredes dos reactores pode ocorrer.
- O equipamento de regeneração para catalisador é caro.
- Catalisador pode ser desactivado.
- Não pode ser usado com sólidos de catalisador que não fluem livremente.
- Grande queda de pressão.
- Atração, quebra de pastilhas de catalisador devido ao impacto contra as paredes do reactor, pode ocorrer.
Agradecimentos
Engenharia Química, Inteligência de Acesso, LLC
Envirogen Technologies Inc. Kingwood, TX
Fogler, Scott H. Elementos de Engenharia das Reações Químicas . 3ª ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1998. Impressão.
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Kunii, Daizo, e Levenspiel, Octave. Engenharia de Fluidização, Nova York: Robert E. Krieger Publishing Co., 1977. Impressão.
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Walas, Stanley M. Kinetics Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Impressão.
Desenvolvedores
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue