Estudo de otimização geométrica de pás de um reator CSTR em seu processo de agitação mecânica da mistura reacional

• Autor(a) principal: Dias, Ederlan Fim
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16601
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Reatores químicos; Simulação (Computadores digitais); Otimização estrutural; Chemical reactors; Digital computer simulation; Structural optimization

Os reatores químicos referidos como reatores tanques agitados contínuos, também conhecidos como reatores CSTR são equipamentos de grande importância na indústria de transformação química que consiste, em propiciar condições necessárias para a conversão de uma mistura de reagentes químicos em um produto de valor agregado. Um reator CSTR é composto por um tanque físico onde são inseridos um ou mais reagente sob a agitação. Essa agitação é realizada por um agitador ou misturador de fluidos inserido dentro do tanque com o objetivo de proporcionar uma maior conversão dos reagentes em produtos propiciando uma maior interatividade entre os fluidos reacionais, consequentemente aumento a eficiência de conversão final. No mercado há diversos tipos de misturadores que utilizam impelidores que se diferem basicamente em sua geometria dimensional. Cada geometria de impelidor é indicado dependendo das propriedades físico-químicas do meio reacional que lhe é exposto. O presente trabalho visou a otimização geométrica do impelidor tipo hélice inclinada com torção transversal obtendo ao final uma geometria ótima que com as mesmas condições operacionais proporcionasse um maior grau de mistura no interior do reator tanque, obtendo assim um processo de reação com maior eficiência utilizando a mesma potência de mistura do agitador mecânico. O estudo consistiu em realizar uma variação paramétrica de uma geometria padrão escolhida e por meio das técnicas de simulação computacional. Utilizando as teorias de fluidodinâmica computacional foi possível realizar a análise e comparação entre as geometrias geradas utilizando como variável de decisão a homogeneização da temperatura de dois fluidos, além da comparação da eficiência de mistura tendo como referência a mistura com ausência do agitador: em uma primeira análise com 25 geometrias geradas via variação paramétrica, dos quais 3 com maior desempenho de mistura foi realizado uma análise avaliando a conversão final da reação de ácido-base. A reação utilizada para estudo foi de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio, formando sulfeto de sódio e água. A melhor configuração geométrica dos impelidores foi com inclinação e torção 80 e 60º respectivamente.