Design e fabrico de reatores de aço inoxidável

Numa unidade química, o reator é o local onde o produto é efetivamente fabricado; tudo o resto o alimenta, arrefece ou retira o produto. Um pacote de reator típico inclui o recipiente principal, um condensador vertical ou horizontal e um decantador para separação de fases, todos dimensionados em torno de um único conjunto partilhado de condições de processo, em vez de serem escolhidos de forma independente.

Os requisitos operacionais gerais são semelhantes na maioria das funções: funcionamento sob pressão ou vácuo, mistura controlada, e aquecimento e arrefecimento através de uma camisa ou serpentina. O que difere entre aplicações é até que ponto cada requisito é levado ao limite, e é disso que se trata efetivamente o trabalho de design.

Os quatro parâmetros que determinam o design

Quatro parâmetros determinam o design mecânico: pressão de serviço, vácuo de serviço, temperatura de serviço e de arrefecimento, e o tempo de aquecimento e arrefecimento necessário.

• A pressão e o vácuo de serviço determinam a espessura da parede, o tipo de tampa (plana, abaulada ou hemisférica) e o reforço dos bocais, e determinam se o recipiente precisa de ser projetado e selado segundo um código de recipientes de pressão como a ASME VIII ou a PED europeia, ou pode ser construído como recipiente atmosférico.
• A temperatura de serviço e de arrefecimento determina a seleção de materiais (nem todos os graus de aço inoxidável têm o mesmo desempenho nos dois extremos de temperatura que um processo por lotes pode atingir) e orienta o design da camisa: uma camisa completa, uma serpentina de meio tubo ou uma camisa dimple, cada uma com coeficientes de transferência de calor e classificações de pressão diferentes.
• O tempo de aquecimento e arrefecimento é o parâmetro mais frequentemente subestimado. Um cliente especificará um tempo de ciclo de lote sem perceber que o orçamento de tempo para o aquecimento e o arrefecimento é o que efetivamente determina a área de transferência de calor, que por sua vez determina o design da camisa ou da serpentina de meio tubo e a exigência de utilidades (vapor, óleo térmico, água gelada) para o resto da fábrica. Se isto for subdimensionado, o ciclo do lote simplesmente demora mais do que o planeado durante toda a vida útil do equipamento.

Agitação e internos

A função de mistura é definida independentemente dos quatro parâmetros acima, mas interage com todos eles: a viscosidade, se a reação é monofásica ou multifásica, e se os sólidos precisam de permanecer em suspensão afetam todos o tipo de impulsor e o dimensionamento do acionamento. Chicanas, tubos de imersão, bolas de pulverização para CIP e bocais de amostragem/dosagem são colocados de acordo com o diagrama de fluxo do processo, e não como acessórios padrão: o esquema de bocais de um reator é, na prática, um mapa de todos os outros equipamentos a ele ligados.

Materiais, soldadura e acabamento

Os invólucros dos reatores são mais comumente construídos em aço inoxidável 304/304L ou 316/316L, com a seleção do grau determinada pela exposição a cloretos e pela química de limpeza, e não apenas pela pressão. A soldadura é realizada segundo procedimentos qualificados: TIG para soldaduras de invólucro e bocais, soldadura orbital onde um cordão interno consistente e sem contaminação é importante, como no serviço farmacêutico e alimentar. Após a soldadura, o recipiente é decapado e passivado para restaurar a camada de óxido de crómio que o calor da soldadura perturba, e o acabamento interno (laminação 2B, escovado, ou polido mecanicamente/eletropolido) é especificado de acordo com os requisitos de limpeza e higiene do produto.

A Makfen projeta e fabrica reatores em aço inoxidável e aço-carbono de acordo com estes parâmetros, com certificados de materiais e registos de testes de pressão emitidos para cada recipiente.