Reator de leito de gotejamento (trickle-bed reactor)

Consiste num reator de leito fixo onde a fase líquida percorre o leito de cima para baixo molhando as partículas que formam o leito e saindo gotejando como acontece num chuveiro. Como a fase líquida apenas molha o leito cobrindo as partículas como uma película de forma a não preencher os vazios entre as partículas. Uma fase gasosa pode ascender percorrendo o leito de baixo para cima. Então o reator de leito de gotejamento é um reator trifásico. O seu nome em inglês é trickle-bed reactor (TBR). A figura a seguir ilustra este tipo de reator. Ele é usado na hidrodessulfurização de frações do petróleo. Neste caso o leito fixo é formado por partículas catalíticas, fase líquida é a fração processada e a fase gasosa é o hidrogênio.

PET - Campos maduros

Ao ser descoberto o petróleo está pressurizado no reservatório. Esta pressurização facilita a saída do petróleo. Esta pressão tem várias causas:

1. Pressão da capa de gás sobrenadante;

2. Pressão do gás dissolvido;

3. Pressão elástica do petróleo;

4. Pressão elástica da rocha;

5. Pressão elástica da água e

6. Pressão hidráulica da água.

Cada uma destas componentes da pressão reinante no reservatório tem as suas peculiaridades. A forma de exploração visa sempre preservar estas pressões, mas chega um ponto em que estas pressões minguam e, quando isso acontece, o petróleo precisa ser retirado a fórceps e o campo petrolífero é dito maduro. Neste estágio, a maior parte do petróleo ainda permanece no reservatório. A retirada do petróleo de um campo maduro requer o uso de técnicas apropriadas que serão vistas mais adiante.

Em todo caso, isto implica em custos que tornam a exploração do campo inviável. Tudo, porém, depende do preço de mercado. A medida que o preço do petróleo sobe a exploração destes campos passa a ser viável.

Reações irreversíveis unimoleculares de segunda ordem

A forma geral das reações irreversíveis unimoleculares de segunda ordem é:

Nesta expressão os coeficientes estequiométricos dentro do somatório são positivos ou nulos. A expressão cinética da reação acima em fase líquida, desprezando a variação de volume é:

A condição inicial apropriada para este problema é:

Este problema de Cauchy pode ser resolvido por várias rotas. Como as variáveis estão separadas a equação pode ser escrita da seguinte forma:

Considerando a condição inicial e integrando resulta:

Outra forma de escrever este mesmo resultado é

Isso para o componente reagente, para os demais componentes o coeficiente estequiométrico deve ser considerado. Desta forma

Liofilização

É uma técnica de secagem para solutos muito sensíveis à temperatura por sublimação do solvente. Consiste em congelar a mistura até  abaixo da temperatura tripla e evacuar até que ocorra sublimação. A Figura a seguir ilustra o processo. Nela percebe-se que o resfriamento deve preceder a evacuação. Com isso, o solvente passa diretamente da fase sólida para a fase gasosa e o soluto não é prejudicado. No ponto triplo da água a temperatura é 0,01ºC, a pressão é 0,0060373 atm.

Antes de ir para a liofilização a solução deve ser concentrada até onde for possível, por exemplo, num evaporador a vácuo. No entanto, é bom ressaltar que cada caso é um caso. As substâncias liofilizadas podem ser conservadas por muito tempo na temperatura ambiente desde que devidamente embaladas.

Durante a Segunda Guerra a liofilização era usada para preservar o plasma sanguíneo e a penicilina, mas tem uso na indústria farmacêutica e de alimentos. É um equipamento que ainda comporta algum desenvolvimento. Por enquanto, não passa de uma estufa a vácuo metida a besta.

Rotacionalidade de fluidos

Considere um fluido em movimento e seja P um ponto material do fluido. Se o ponto gira em torno de um eixo, o fluido é dito rotacional no ponto. Se não gira o fluido é dito irrotacional.
Considere uma roda gigante. Quando a roda gira os assentos mantém a sua posição sempre na vertical. Como os assentos não giram em torno de um eixo eles são irrotacionais. Isso acontece porque a gravidade mantém os assentos sempre na vertical. Então qualquer ponto localizado nos assentos não giram, já os pontos localizados na roda gigante giram.
Se os assentos forem fixos eles completarão um giro a cada volta da roda. Quem estiver no assento dará uma cambalhota em cada giro da roda.
Agora um pequeno experimento. Coloque um lápis entre as mãos espalmadas e comece a esfrega-las. O resultado é que o lápis começa girar. Agora é só colocar a cuca para funcionar imaginando o que aconteceria no caso de um fluido em movimento onde variasse entre camadas.
Matematicamente, um campo de velocidade v(x, y, z) será irrotacional num ponto se o rotacional de v é zero no ponto, ou melhor, se

onde

O produto vetorial de nabla por v pode ser escrito assim

Quantificação de biomassas

Nos reatores biológicos a transformação é realizada por uma população de microrganismos imersa num caldo nutritivo. No estudo cinético destes processos é necessário acompanhar a evolução da população ao longo do tempo. Em geral este acompanhamento é realizado simultaneamente com o nutriente limitante e o produto desejado. As células podem ser vistas como partículas microscópicas em suspensão no caldo. Por partículas microscópicas entende-se partículas visíveis apenas no microscópio. Nem todas são células vivas e fazer a distinção requer experiência e, principalmente, familiaridade.

No que diz respeito ao estado de agregação as células podem ser isoladas ou aglomeradas formando flocos. Os flocos podem ser visíveis a olho nu se o seu tamanho superar 100 mícrons, mas flocos microbianos invisíveis a olho nu ocorrem. Alguns microrganismos aderem as superfícies sólidas formando filmes. Então quantificar populações microbianas pode ser algo bem complicado.

Existem duas formas de acompanhar a população celular: pesando ou contando. Os resultados devem ser expressos por unidade de volume do caldo fermentante. Por isso, o volume da alíquota coletada deve ser bem determinado e o procedimento conduzido de forma ser possível expressar o resultado por unidade de volume da alíquota.

Os métodos baseados na pesagem são:

Peso centrifugado úmido

Partindo de uma alíquota, as células podem ser separadas por centrifugação. O sobrenadante é separado do decantado o qual é pesado. O resultado é conhecido como peso centrifugado úmido. O parâmetro importante aqui é o tempo de centrifugação e a velocidade de rotação da centrifuga.

Neste método, todas as partículas em suspensão e não apenas células decantam. O decantado é pesado úmido. Tudo isso implica num erro sistemático na medição.

Peso centrifugado seco

Outra forma é levar o decantado para secagem em estufa até peso constante. Este peso é conhecido como peso centrifugado seco. Neste caso, o erro devido ao excesso de umidade praticamente desaparece Aqui surge outros parâmetros importantes, o tempo de secagem para chegar à região de peso constante e a temperatura em que é realizada a secagem. É a técnica de acompanhamento de populações microbianas por pesagem mais usada.

Câmara de Neubauer

Uma forma de contar o número de células é através de microscopia usando uma câmara de Neubauer também conhecida como hemacitômetro. A câmara de Neubauer consiste de uma lâmina de microscopia, bem mais alta do que uma lâmina normal, com marcações em quadrantes, de medidas conhecidas.

Contagem de colônia em placa de Petri

Outra forma de contar uma população microbiana consiste em espalhar uma alíquota de devidamente diluída sobre um meio sólido numa placa de Petri. Se feito corretamente cada microrganismo formará uma colônia visível a olho nu. Contando as colônias obtém-se o número de células.

Turbidometria

As células sendo micropartículas, a presença delas causa turbidez no meio. Isso indica que uma das formas para medir a população é por turbidometria usando um fotômetro. Obviamente uma curva de calibração tem que ser construída. O mais comum é calibrar a atenuação da luz com o peso centrifugado seco ou com a contagem de colônias. A principal vantagem da turbidometria é a rapidez que mais do que compensa o trabalho de construir uma curva de calibração.

Contador Coulter

O contador Coulter é um contador de partículas, não necessariamente de células vivas. É automático, baseado na variação da corrente elétrica na passagem de cada partícula e dá não apenas o número como também os tamanhos das partículas na forma de uma curva de distribuição.

Velocidades de reação simples

Dada a reação simples

A velocidade desta reação é definida a partir do grau de avanço extensivo X como sendo

Esta é uma velocidade de reação extensiva. A velocidade de reação intensiva mais usada é a referenciada a unidade de volume da mistura reagente

Se V for constante resulta

Nos casos onde o volume é variável obtém-se que

Existem outras velocidades intensivas a molar

e a mássica

Dada a reação simples

A velocidade desta reação é definida a partir do grau de avanço extensivo X como sendo

Esta é uma velocidade de reação extensiva. A velocidade de reação intensiva mais usada é a referenciada a unidade de volume da mistura reagente

Se V for constante resulta

Nos casos onde o volume é variável obtém-se que

Existem outras velocidades intensivas a molar

e a mássica