80px|thumb|Símbolo de um reator RPA ou CSTR
Reator perfeitamente agitado (RPA) ou reator tanque agitado contínuo , também chamado de reator CSTR, do inglês continuous stirred-tank reactor model, é um tipo de reator ideal comum em engenharia química.Levenspiel, O., "Engenharia das Reações Químicas", Vols. 1 e 2 , Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1972. Um RPA frequentemente refere-se a um modelo usado para estimar as variáveis principais de uma operação unitária quando usa-se um reator tanque agitado contínuo Ocasionalmente, o termo "contínuo" é mal interpretado como uma modificador para "agitado", como em 'continuamente agitado'. Esta interpretação errônea ocorre especialmente na literatura de engenharia civil. Como apresentado neste artigo, "contínuo" significa 'fluxo contínuo' — e por isso estes dispositivos são algumas vezes chamados, de maneira completa de reatores de tanque agitado de fluxo contínuo, em inglês continuous-flow stirred-tank reactors (CFSTR's). para alcançar uma saída específica. (Ver Reatores químicos.) O modelo matemático trabalha com todos os fluidos: líquidos, gases e lamas.
São ainda usados para designá-los na literatura os termos reator de cuba, reator contínuo, reator de mistura ou reator agitado.O uso dos termos reator contínuo, mistura ou agitado pode gerar alguma confusão com os demais reatores de funcionamento contínuo, que operam com mistura e que são dotados de agitação mecânica.
Modelagem RPA O comportamento de um RPA é frequentemente aproximado ou modelado por aquele de um reator tanque agitado idealmente contínuo ou reator tanque agitado contínuo ideal, RTACI (Continuous Ideally Stirred-Tank Reactor, CISTR). Todos os cálculos realizados com RTACI supõe mistura perfeita. Se o tempo de residência é 5-10 vezes o tempo de mistura, esta aproximação é válida para propósitos de engenharia. O modelo RTACI é frequentemente usado para simplificar cálculos de engenharia e pode ser usado para descrever reatores de pesquisa. Na prática pode-se somente ser aproximado, em particular nos reatores de escala industrial.
Supondo: mistura perfeita ou ideal, como afirmado acima
Integral do balanço de massa sobre o número de moles Ni das espécies i num reator de volume V.
[acumulação] = [entrada] - [saída] + [geração]
1.
onde Fio é a taxa de fluxo molar de entrada das espécies i, Fi a taxa de fluxo molar de saída, e coeficiente estequiométrico. A taxa de reação, r, é geralmente dependente da concentração do reactante e da constante de taxa (k). A constante de taxa pode ser obtida uando-se a dependência de temperatura de Arrhenius. Geralmente, quando a temperatura aumenta o mesmo acontece com a taxa na qual a reação ocorre. O tempo de residência, , é a quantidade média de tempo que uma quantidade discreta de reagente passa dentro do tanque.
Supondo: densidade constante (válida para a maioria dos líquidos; válida para gases somente se não houver uma mudança geral no número de moles ou mudança de temperatura drástica) condições isotérmicas, ou temperatura constante (k é constante) estado estacionário reação única e irreversível (νA = -1) reação de primeira ordem (r = kCA)
Podemos relacionar e pela seguinte relação:
Também podemos relacionar as taxas de fluxos molar e com a concentração pela seguinte realação:
e
Onde e são respectivamente as taxas de fluxo volumétricas para dentro e fora do reator.
Para reações entre líquidos gases onde o número total de mols não muda, a densidade do sistema não muda também, portanto . Se assumirmos V como constante, densidade não muda durante o processo e que o processo também é independente do tempo obtemos a seguinte equação:
A → produtos
NA = CA V (onde CA é a concentração das espécies A, V é o volume do reator, NA é o números de moles de espécies A)
2.
Os valores das variáveis, concentração de saída e tempo de residência, na Equação 2 são critérios principais de projeto. Para modelar sistemas que não obedecem os pressupostos de temperatura constante e uma reação única, variáveis adicionais dependentes devem ser considerados. Se o sistema é considerado como estando em estado não estacionário, uma equação diferencial ou u sistema de equações diferenciais acopladas pode ser resolvido.
RPAs são conhecidos por serem um dos sistemas que exibem comportamentos complexos tais como multiplicidade de estados estacionários, ciclos limites e caos.
Ver também Reatores químicos Reações químicas Quimiostato Balanços de massa
Categoria:Engenharia química