Sobre misturadores/reatores de jatos opostos (T-Jet ou Y-Jet), suas vantagens e os vários parâmetros influentes no seu desempenho

 CFD simulations of the active mixing on T-jets mixers. Fonte

A mistura é uma das operações unitárias mais comuns e importantes entre os processos industriais. A importância é particularmente significativa em escoamentos turbulentos com reações químicas associadas porque as escalas de tempo de reação podem ser semelhantes ou até mesmo em ordens de magnitude inferiores às da mistura. Consequentemente, a eficiência da mistura no sistema é um fator crucial na melhoria da qualidade de um produto desejado. 

Entre os diferentes tipos de reatores, os reatores a jato de colisão confinada(referidos neste trabalho simplesmente como reatores a jato) são frequentemente usados em processos que requerem altas intensidades de mistura, como a produção de partículas por precipitação [1-3]. Este tipo de reator permite a mistura quase instantânea ao nível molecular (na ordem de milissegundos) e limita o risco de retenção do produto (ou entupimento em casos extremos) [4-6]. Os reatores a jato são comumente utilizados na indústria, entre outros, para a produção de partículas [1,2,7,8] ou simplesmente como agentes de pré-mistura [9].

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Fonte: K. Wojtas, W. Orciuch,  Ł. Makowski, Large Eddy Simulations of Reactive Mixing in Jet Reactors of Varied Geometry and Size, Processes 2020, 8, 1101

Vantagens (também) para gerir reações complexas e rápidas

Os reatores de jatos opostos são baseados no contacto direto de correntes reativas, o que permite altas concentrações máximas locais dos referidos reagentes, aumentando a velocidade de reação química. Portanto, esses reatores são particularmente adequados para reações químicas complexas e rápidas. Um tipo particular de sistemas de reação introduzidos para a micromistura de referência são as reações químicas competitivas consecutivas [1, 2] (...) Os reatores de jatos opostos são particularmente adequados para lidar com este tipo de reações desafiadoras por por promover contato de dois jatos líquidos (... ) rápido o suficiente para que [uma] segunda reação não ocorra.

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Fonte:  R.J. Santos, M.A. Sultan, State of the Art of Mini/Micro Jet Reactors, Chem. Eng. Technol., 36: (2013) 937-949.

 

Distribuições de concentração de fluxo para diferentes seções transversais de um reator de jatos opostos em forma de Y. Fonte

Parâmetros que afetam o desempenho de um misturar/reator de jatos opostos:

Os regimes de escoamento são afetados não apenas pelo número de Re da operação, mas também pela geometria do misturador. Devido à escala da maioria dos reatores de jato em T, o número Re associado ao regime de fluxo é baixo e, portanto, a maioria dos regimes de escoamento de operação são laminares. (...) O regime de escoamento em reatores de jato em forma T tem um forte efeito na mistura e depende de muitos parâmetros, como a razão de momento dos jatos, o número de Re dos jatos, e a relação de larguras câmara-injetor ou de largura-profundidade da câmara.

 

(...) Um dos parâmetros que foi identificado como chave nos jatos T é a proporção da largura da câmara de mistura W sobre a largura do injetor w, a proporção W / w. Estudos sobre jatos de colisão livre, ou seja, jatos que colidem sem estarem confinados numa câmara de mistura, demonstram que a folga entre os jatos opostos é um fator importante para a estabilidade do fluxo. (...) A expansão dos jatos e do headspace não são os únicos parâmetros geométricos conhecidos com efeito sobre o regime de escoamento dos jatos em T. A profundidade da câmara de mistura também é um fator importante. (...) O headspace é uma cavidade acima dos jatos onde os vórtices são formados, o que é um fator crítico para habilitar a auto-oscilação dos jatos [76, 92], mas não é uma opção de dimensaionamento comum. (...) As dimensões da câmara também podem ter um impacto na mistura.

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Fonte:  R.J. Santos, M.A. Sultan, State of the Art of Mini/Micro Jet Reactors, Chem. Eng. Technol., 36: (2013) 937-949.