Como funciona um refrigerador com um reator de vidro de camada dupla

If you’ve ever worked in a pilot plant or a chemistry lab, you’ve no doubt seen a double-layer glass reactor, often with an refrigerador industrial colocado ao lado. Certamente já reparou: a reação é transparente, pelo que pode ver facilmente o estado da reação. Mas a magia está, na verdade, na camisa em que o refrigerante circula, mantendo a temperatura global da reação sob o seu controlo. Então, como é que o refrigerador e o reator funcionam em conjunto?

O que é um reator de vidro de camada dupla?

Um recipiente de reação de vidro de camada dupla, ou reator de vidro de camisa dupla, é um recipiente de reação de vidro de camada dupla constituído por duas camadas de vidro borossilicato, sendo o vidro interior o recipiente de reação para conter a mistura reagente/solvente/catalisador e o vidro exterior a camisa onde ocorre a circulação do líquido de arrefecimento. É normalmente utilizado em trabalhos à escala laboratorial, sínteses farmacêuticas, produção de produtos químicos finos, produção à escala-piloto e outras aplicações em que é necessário um controlo térmico.

<trp-post-container data-trp-post-id='15229'>How Does a Chiller Work with a Double-Layer Glass Reactor</trp-post-container> - Double-Layer Glass Reactor（images 1）

Como funciona um reator de vidro de camada dupla com um refrigerador?

O reator de vidro está ligado ao refrigerador através de tubagens. Quando o refrigerador reduz a temperatura do refrigerante para a temperatura de referência, este é enviado da saída do evaporador para a entrada da camisa do reator, entrando na camisa a partir daí. Através da camisa flui o refrigerante, que transfere calor para os reagentes através da parede de vidro interior, retirando o calor gerado na reação.

Depois de absorver o calor, o líquido de refrigeração A temperatura sobe e retorna da saída da camisa para a entrada do evaporador. Neste ponto, o refrigerante no chiller regressa ao evaporador, absorvendo o calor do refrigerante e arrefecendo-o até à temperatura definida, completando o ciclo. Um sensor de temperatura monitoriza a temperatura do líquido de refrigeração em tempo real e o controlador ajusta automaticamente as instruções para controlar com precisão a temperatura de saída do líquido de refrigeração e a temperatura de reação.

<trp-post-container data-trp-post-id='15229'>How Does a Chiller Work with a Double-Layer Glass Reactor</trp-post-container> - jacket reactor（images 2）

Challenges of double-layer glass reactor cooling system

Caudal

O caudal do fluido de arrefecimento afecta a eficiência da transferência de calor. Se o caudal de refrigerante for insuficiente, o calor dos reagentes não pode ser totalmente transferido para o refrigerante e removido do mesmo. Isto pode fazer com que a temperatura real do reagente exceda a temperatura definida, afectando a taxa de reação e a conversão do produto.

Além disso, embora um caudal elevado possa acelerar a transferência de calor, pode também aumentar a pressão no interior da camisa. Se a pressão interna exceder o limite de pressão da camisa de vidro, esta pode romper-se. Além disso, as altas taxas de fluxo podem causar turbulência, que, em períodos prolongados, pode acelerar o desgaste das juntas e vedações, afetando a estabilidade do sistema.

Velocidade de resposta

Um sistema de controlo de temperatura para um reator não só tem de atingir a temperatura desejada, como também tem de compensar imediatamente as alterações de temperatura, de modo a não causar desfasamento de temperatura. Para reacções muito exotérmicas, como as reacções de esterificação e de hidrogenação, se um sistema de arrefecimento não altera instantaneamente a temperatura de saída do líquido de arrefecimento e o caudal de acordo com as alterações de temperatura da reação, a temperatura do reagente pode aumentar rapidamente de imediato.

Isto pode perturbar a reação e colocar sérios riscos de segurança. Numa nota mais profunda, muitos chillers de gama baixa não incorporam o controlo PID, mas têm um grande atraso no ajuste da temperatura com flutuações significativas que podem estar para além dos limites aceitáveis.

Vedação do sistema

Em condições de alta pressão ou de baixa temperatura, o problema mais esquecido, mas mais frequente, é a vedação do sistema de arrefecimento e do reator. As fugas nas vedações das camisas sob o efeito do líquido de arrefecimento, que é um líquido volátil ou tóxico (mistura glicol-água, óleo térmico) pode constituir um problema de segurança.

Além disso, os ciclos repetidos de temperatura quente/fria podem provocar a fragilização dos vedantes de borracha ao longo do tempo. Um circuito de arrefecimento com fugas em condições de pressão negativa ou a funcionar sob vácuo pode aspirar ar ou humidade para o interior do revestimento, o que tem impacto na eficiência da transferência de calor e na contaminação do sistema.

Conceção de tubagens

Um diâmetro de tubo inferior ao tamanho ideal causará taxas elevadas de fluxo de refrigerante, o que aumenta a resistência do sistema e aumenta a carga da bomba. Um tubo com um diâmetro muito grande terá mais líquido de refrigeração durante mais tempo, diminuindo a eficiência do controlo da temperatura. Além disso, tubos muito longos ou cotovelos regulares em ângulo reto podem resultar numa perda excessiva de arrefecimento para o transporte de refrigerantes e aumentar o consumo de energia do sistema. Em controlo de baixa temperaturaSe os tubos ficarem mal isolados, pode ocorrer perda de energia de arrefecimento para a atmosfera e fazer com que o líquido de arrefecimento aqueça.

Precisão do controlo da temperatura

Para que os resultados da reação sejam reproduzíveis de reação para reação, as alterações de temperatura devem ser rigorosamente controladas. Algumas unidades de refrigeração têm apenas pontos de feedback da temperatura à entrada e à saída do refrigerante, mas não têm sondas de temperatura no interior do recipiente de reação ou à entrada e à saída da camisa.

Isto pode levar facilmente a desfasamentos de temperatura, juntamente com excursões de temperatura. Além disso, se a reação for exotérmica e a temperatura aumentar com rapidez suficiente, uma capacidade insuficiente de arrefecimento ou um feedback precoce do refrigerador pode levar a flutuações violentas de temperatura com as consequentes anomalias de reação.

Conclusão

Reactores de diferentes materiais, concepções e funcionamento requerem sistemas de arrefecimento radicalmente diferentes. A escolha de um refrigerador correto não só decide o controlo da temperatura, mas também a eficiência da produção e a qualidade final do produto. Para conselhos de seleção ou soluções personalizadas, contacte a equipa da LNEYA.

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