Baixe Reatores com Reciclo e Associação de Reatores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Química Prof. Ubirajara Coutinho Filho Unidade 6-reatores com reciclo e associação de reatores-versão 1-dez 2006 6.1-Introdução Reatores em série e reciclo são formas usuais de utilização de reatores contínuos em processos onde a conversão pretendida não é capaz de ser atingida em um único reator e quando, principalmente no caso do reciclo, é necessário um aumento da concentração celular no interior do reator. Além dos casos onde a associação de reatores representa a forma com que o processo industrial é conduzido, os modelos de reatores associados são úteis na descrição de reatores que não se comportam como um CSTR ideal, ou seja em situações onde há regiões mistura ineficiente, correntes de bypass e regiões estagnadas. 6.2-Reator com reciclo O reciclo de células é usual em diversas fermentações como a fermentação alcoólica e tratamento de resíduos. No processo de reciclo a vazão da saída do reator passa por um separador e uma bomba, geralmente centrífuga , é utilizada no reenvio de células para o reator. A corrente reenviada por reciclo normalmente contém concentração celular maior que a na saída do reator e possibilita o processamento de uma maior quantidade de material, maiores taxas de diluição do que a utilizada em um reator sem reciclo. Na Figura 6.1 está esquematizado um processo com reciclo com reaproveitamento total das células como corrente de reciclo. Sendo Fr e Fo as vazões do reator, Xr, X1 e X as concentrações na saída do reator temos que Fr/Fo= α representa a razão de reciclo, Xr/X1= β o aumento de concentração celular promovida pelo reciclo e Xr > X1 > X, condição mais comum, ou Xr=X1=X. Considerando D=Fo/Vr a taxa de diluição e µ a taxa de crescimento celular, tem-se o balanço de massa para células e substrato: FrXr+ FoXo-(Fo+Fr)X1+µX1Vr=0, com Xo=0 para os casos mais usuais. Dividindo esta equação por FoX1, tem-se: (Fr/Fo)(Xr/X1)-(1+Fr/Fo)+ µVr/Fo=0 αβ−(1+α)+µ/D=0 Fo,So Fr, Xr, Sr F, X, S Fo+Fr, X1,S1 µD= 1+α-αβ Na maioria dos casos a concentração celular pouco influi no volume da fração líquida e assim a aproximação Sr=S=Se é utilizada com freqüência. Para substrato o balanço de massa fornece: FrSr+ FoSo-(Fo+Fr)S1-µX1Vr/Y=0 FrS+ FoSo-(Fo+Fr)S-µX1Vr/Y=0 Assim: Fo(So-S)= µX1Vr/Y D(So-S)= µ Combinado os balanços de massa para células e substrato vem: como µX representa a produção de células por unidade de volume e β <1 esta equação mostra que a produção de células dentro do reator com reciclo é maior que no caso sem reciclo (β=0), na prática a formação de células dentro do reator com reciclo pode ser maior que o valor previsto pela teoria pelo fato do excesso de células gerados ser capaz de formar filmes e aderir a diferentes partes do reator. 6.2-Reator CSTR em série O uso de reatores múltiplos traz vantagens como a possibilidade de uso dos reatores a diferentes condições operacionais de estado estacionário e o uso de maiores taxas de diluição, sendo que esta última característica ocorre pelo fato de parte das células arrastadas do primeiro reator serem adicionadas aos demais reatores. Para a figura representada a baixo tem-se quatro balanços de massa (dois em cada reator): Balanço de células no primeiro reator: FoXo-F1X1+µX1Vr1=0 µ1=D para Xo=0 Balanço de células no segundo reator: F1X1-F2X2+µX2Vr2=0 µ2=D(1-X1/X2) Balanço de substrato no primeiro reator: FoSo-F1S1-µX1Vr1/Y=0 Balanço de substrato no segundo reator: F1S1-F2S2-µX2Vr2/Y=0 Fo, So F2,S2,X2 F1,X1,S1 µY(So-S)µX= 1+α-αβ
