Projetar um reator de capacidade total de 1000 L , para operar em processo fermentativo (células aeróbicas) em batelada, com agitação mecânica (células com alta resistência ao cisalhamento) e de baixa viscosidade (durante todo o processo). Especificar as dimensões (diâmetro e altura) deste reator, dimensões do impelidor (Rushton) e as chicanas. Qual o volume efetivo de processo deste reator? Qual seria o sistema de controle de temperatura a ser escolhido (interno, com serpentinas ou externo, do tipo camisa)?

Passo 1

Beleza, o enunciado pede pra projetar um reator agitado tipo batelada de 1000 L (processo aeróbico, células resistentes ao cisalhamento e baixa viscosidade). A matéria aqui é “engenharia de reatores agitados”: a gente vai precisar:
  • Calcular volume de um cilindro pra achar diâmetro (D) e altura (H) usando um aspecto típico H/D.
  • Dimensionar impelidor Rushton (diâmetro do disco, lâminas, etc.)
  • Dimensionar chicanas (baffles)
  • Definir volume efetivo de operação (headspace)
  • Escolher sistema de controle térmico (serpentina interna vs. camisa externa)

Passo 2

Vamos ao dimensionamento do reator.
  1. Volume de um cilindro: V = pi D^24,H
  2. Adotamos razão altura/diâmetro típica H/D = 2,5 (boa para fermentação).
  3. Como V = 1 m³ (1000 L), temos: V = pi D^24,(2,5,D) = 0,625,pi,D^3 Longrightarrow D^3 = V0,625,pi
  4. Substituindo V = 1 m³: D^3 = 10,625,pi approx 0,5093 Longrightarrow D approx 0,80;m
  5. Então H = 2,5 D ≈ 2,5·0,80 ≈ 2,0 m.

Passo 3

Dimensionando impelidor e baffles:
  1. Impelidor Rushton (disco-turbina):
    • Diâmetro do disco:
    • Número de lâminas: 6 lâminas retas (padrão Rushton)
    • Espessura das lâminas: ~0,1 D_i ≈ 0,027 m
    • Eixo: diâmetro ~0,05 D ≈ 0,04 m
    • Posicionamento: 2 impelidores espaçados de ~D entre eles, o mais baixo a ~0,33 H do fundo.
  2. Baffles (chicanas):
    • Quantidade: 4 chicanas internas, igualmente espaçadas em 90°
    • Largura de cada uma: 0,1 D ≈ 0,08 m
    • Espessura: ~0,02 D ≈ 0,016 m

Passo 4

Volume efetivo de processo:
Geralmente não se enche tudo até o topo pra deixar espaço pra espuma e evitar derrames. Adota-se ~80% do volume total.
Vrm efetivo = 0,8 times 1000L = 800L

Passo 5

Sistema de controle de temperatura:
  • Teoria: em baixa viscosidade, a troca térmica pela parede (camisa externa) é suficiente e mais simples de limpar e construir.
  • Serpentina interna ficaria mais complexa e pode criar zonas mortas de mistura.
    Logo, escolhemos camisa externa (jacket) para aquecimento e resfriamento.

Resposta

Diâmetro do reator D ≈ 0,80 m, altura H ≈ 2,0 m;
Impeller Rushton: D_i ≈ 0,27 m, 6 lâminas, eixo Ø≈0,04 m, dois estágios;
4 baffles internas com largura ≈0,08 m e espessura ≈0,016 m;
Volume efetivo de operação ≈800 L;
Controle de temperatura por camisa externa.

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