Qual a melhor opção para Aquecimento dos Reatores de Alta Pressão e Alta Temperatura da Parr Instrument?

Sistemas contendo água são muito difíceis de aquecer. O vapor é eficaz em transferência de calor do núcleo do reator para o cabeçote e os acessórios do cabeçote, onde haverá perda por condução, convecção e radiação. Embora o teste com água seja popular para verificar o desempenho de um reator, ele produzirá taxas de aquecimento muito mais baixas e temperaturas máximas que você obterá com sistemas orgânicos. Onde a água estará presente nas reações pretendidas, a rápida transferência de calor para o cabeçote e as perdas subsequentes do sistema podem ser significativamente reduzidas com a adição de um gás como nitrogênio para o vaso. Isso preencherá as passagens no cabeçote, no agitador magnético e nas válvulas. Normalmente 100 psi de gás são adequados para reduzir substancialmente essas perdas de calor.

A Parr projetou aquecedores elétricos padrão para todos os reatores da nossa linha de produtos. Diferentes tipos de aquecedores são usados para reatores individuais melhor atenderem às necessidades operacionais, carga de aquecimento e temperaturas operacionais esperadas. O tipo de aquecedor padrão e a classificação de potência para cada modelo de reator são: Aquecedores de banda com clips/braçadeiras, Mantas de aquecimento rígidas, Aquecedores revestidos tipo Calrod, Aquecedores de cerâmica, Aquecedores personalizados, Aquecedores em bloco de alumínio, Mantas de aquecimento flexíveis e Jaquetas de circulação

O aquecimento com um Banho/Circulador é muito bom do ponto de vista do controle de temperatura. Um banho com, digamos, 4L de fluido, tem muito mais massa térmica do que um aquecedor elétrico mas responde mais lentamente às endotérmicas e exotérmicas do reator. Uma das configurações mais eficazes é usar um circulador com um vaso jaquetado para aquecimento livre de overshoot e combiná-lo com uma serpentina de resfriamento interna para suprimir exotermas. Essa configuração também permite um tempo de aquecimento rápido, ao contrário de um aquecedor elétrico, no qual você precisa “bombear” energia para aumentar a temperatura. É possível aquecer um circulador antes de iniciar a circulação, assim, quando você inicia o processo ou experimento, a parede atinge a temperatura quase que imediatamente e você é limitado apenas pela taxa de transferência de calor.

Os Banhos/Circuladores são ótimos para temperaturas até 250⁰C mas acima disso não funcionam muito bem e o custo é bem mais alto, sem contar o aborrecimento operacional, (os aquecedores elétricos da Parr podem chegar aos 600⁰C). O espaço físico também é uma desvantagem; um Banho é geralmente tão grande quanto um Reator da Parr.

Portanto, os circuladores têm vantagens técnicas significativas e os pesquisadores que os projetam em um experimento os amam. Já os operadores que precisam trabalhar com eles todos os dias, tendem a odiá-los.

Manta de Aquecimento Rígido

Estas mantas de tecido de quartzo estão alojadas em compartimentos de alumínio, são usadas para reatores com tamanho moderado em projetos em que o aquecedor pode ser movido para dentro ou para fora do vaso. São leves e fáceis de manusear, mas não são usadas para suportar o peso dos vasos e geralmente são limitadas a temperaturas operacionais de 350°C ou menos.

Aquecedores de Banda com braçadeira

Esta manta é usada normalmente para reatores muito pequenos, onde as potências máximas e transferências de calor são necessárias devido a área de superfície limitada disponível no vaso.

Aquecedores de elemento resistivo com revestimento tipo Calrod

São aquecedores  com resistências tipo Calrod, mantidos dentro de uma carcaça de metal. São usados para reatores médios e grandes, para temperaturas de operação de 350°C. Em alguns casos, o próprio invólucro do aquecedor faz parte do suporte do reator. Uma vantagem dos aquecedores Calrod é que os elementos (resistências) de aquecimento são facilmente substituíveis.

Aquecedores de Cerâmica

Estes aquecedores possuem um elemento elétrico embutido no corpo da cerâmica, que é mantido dentro de um compartimento de metal isolado. São usados em reatores projetados para    temperaturas a 600°C e para grandes aquecedores com várias zonas de aquecimento.

Aquecedores em Bloco de alumínio

Os aquecedores em bloco de alumínio são fornecidos como uma opção para vasos de dois galões ou menos. Esses aquecedores são usinados a partir de blocos sólidos de alumínio com canais de aquecimento usinados nas paredes do bloco. Canais de resfriamento opcionais também podem ser fornecidos. Os aquecedores em bloco de alumínio possuem características distintas que os tornam desejáveis ​​para determinadas aplicações. Quando comparados a uma camisa/jaqueta de circulação, oferecem a conveniência do controle elétrico direto do calor, bem como a ausência de requisitos de tubulações para óleo quente. Os elementos de aquecimento, os canais de resfriamento e a fiação associada são incorporados ao gabinete de alumínio usinado. Isso permite distribuição uniforme de calor, isolamento físico das conexões elétricas e resfriamento rápido quando necessário. Esses atributos, em combinação com um dispositivo limitador de temperatura da superfície e a fiação externa adequada, permitiram que esses aquecedores fossem usados ​​em algumas atmosferas potencialmente inflamáveis ​​(Locais Perigosos). Com canais de resfriamento usinados os aquecedores em bloco de alumínio também foram utilizados para o controle de algumas reações exotérmicas quando o resfriamento interno não está disponível.

Mantas de aquecimento flexíveis

Estas mantas podem ser fornecidas para muitas aplicações diferentes. São semelhantes ao tipo rígido descrito acima, exceto que não são mantidas em um compartimento de alumínio. Elas têm um revestimento externo em tecido flexível para isolamento elétrico e térmico. Esse tipo de manta é particularmente útil para aquecer vasos com formas irregulares, como aqueles com janelas na parede do cilindro, uma vez que são flexíveis e podem ser divididas e amarradas em um vaso. Assim como as mantas rígidas, elas produzem temperaturas de até 350°C, mas são limitadas a potências de 10 watts por polegada quadrada. Esse tipo de aquecedor pode ser fabricado para envolver qualquer vaso fornecido pela Parr, e às vezes é preferível quando são necessárias apenas temperaturas moderadas. Como são construídas em tecido, não é possível fornecer um fio terra elétrico.

Jaquetas de circulação

Um revestimento pode ser soldado na parede externa na maioria dos vasos de pressão Parr para fornecer um meio de aquecer ou resfriar o vaso com um líquido, vapor quente ou frio. Esse tipo de aquecimento é ideal para usuários que desejam duplicar as condições operacionais da planta, usando um reator revestido comparável ao equipamento revestido usado em sua planta. Como não há componentes elétricos em uma camisa, e como a temperatura máxima pode ser controlada pelo controle da temperatura do meio de aquecimento, um recipiente com camisa pode ser uma boa opção para uso em atmosferas perigosas. O aquecimento rápido e uniforme pode ser alcançado com um vaso revestido, pois o meio de aquecimento está em contato direto com o vaso. Ao controlar a temperatura do meio de aquecimento, é possível evitar excedentes de temperatura ao trabalhar com materiais sensíveis. Os revestimentos padrão são projetados para pressões operacionais de até 100psig (7 bar) dentro do revestimento.