Biodigestor - Modelo CSTR

Reator de mistura completa para produção de biogás e biometano.

O que é um reator CSTR?

A sigla CSTR, do inglês "Continuous Stirred Tank Reactor model", corresponde a um modelo de reator com tanque agitado continuamente ou simplesmente reator de mistura completa. Caracteriza-se dessa forma porque o substrato ao entrar no reator anaeróbio é rapidamente homogeneizado com a massa de substrato mais antiga. Essa ação de mistura permanecerá constantemente ao longo do processo anaeróbio.

O CSTR é um modelo de reator ideal comum em engenharia química e bioprocessos, que proporciona um maior contato entre o substrato e os micro-organismos. Esse procedimento contribui para acelerar a cinética do processo anaeróbio, possibilita a estabilização de vários parâmetros do processo, resultando no aumento do desempenho da produção de biogás.

A homogeneização constante / agitação, elimina a possibilidade de zonas mortas (sem atividade microbiana) no meio da massa de substratos, assim como distribui de forma equalitária a temperatura no interior do reator.

Além do sistema de mistura completa, os reatores CSTR possuem isolamento térmico e sistema interno de aquecimento, para manter o processo dentro de controle rigoroso de temperatura.

As plantas de produção de biogás com reatores CSTR são altamente tecnológicas, utilizam uma ampla malha de sensores para aquisição de dados de temperatura, pH, alcalinidade, vazão, nível, entre outros parâmetros que quando conectados a um sistema supervisório possibilita a automação e controle do processo.  O controle é realizado por meio de diferentes atuadores, como acionamento de bombas, controle da abertura de válvulas, controle de agitação, controle da temperatura interna do reator, etc.

Quais as características de um reator CSTR?

• • Uma das características mais distintas desse modelo de reator é relação do diâmetro maior do que a altura do reator; 
  • Possui sistema de aquecimento por tubos, fixados parte interna das paredes do reator;
  • São cobertos por membranas flexíveis para armazenamento do biogás (gasômetro flexível);
  • A remoção de enxofre ocorre por meio da adição de uma pequena quantidade de oxigênio que favorece o crescimento de micro-organismos redutores de enxofre (biofiltro no centro do reator fermentador). O enxofre removido pelos micro-organismos fica precipitado numa malha suporte, presa por um sistemas de cintas;
  • O sistema de mistura é composto por misturadores/agitadores inclinados e submersíveis; 
  • Os reatores, normalmente são construídos em concreto armado ou em chapas de aço aparafusadas;
  • A fermentação anaeróbia ocorre no modo mesofílico ( entre +30°C à +41°C);
  • A planta com reator CSTR possui as seguintes unidade operacionais:
    • Unidade de carregamento e alimentação do reator - os substratos orgânicos são carregados por meio de pré-tanques ou de carregadores, em razão da característica das biomassas;
    • Digestor, tanque principal - O reator anaeróbio é alimentado com o material fresco (substrato). É onde ocorre o processo de produção de biogás a partir da mistura completa – substrato e micro-organismos;
    • Gasômetro – Reservatório para o armazenamento do biogás produzido;
    • Unidade CHP –  Aproveitamento energético do biogás (CHP - Combined Heat and Power), pode ser usado para produzir energia elétrica, térmico e/ou destinado para produção de biometano.
    • Armazenamento do Digestato – O efluente do biodigestor poderá ser usado como biofertilizante, desde que atenda a legislação vigente. 

Quais as vantagens de um reator CSTR?

• • Principal vantagem desse modelo é o elevado tempo de contato do micro-organismo com o substrato;
  • Possui condições operacionais que proporcionam uma transferência de calor mais eficiente, o que permite uma estabilização da temperatura do processo anaeróbio;
  • Possuir sistemas de agitação que possibilitam uma melhor distribuição e mantém os sólidos em suspenção, permitindo maior contato do substrato com os micro-organismos;
  • Possui tempo de retenção hidráulica (TRH) e o tempo de retenção de sólidos (TRS) iguais;
  • O TRH em média pode variar entre 15 e 25 dias, variando de acordo com o tipo de substrato;
  • As características citadas conferem ao reator a capacidade de suportar elevadas cargas orgânicas volumétricas;
  • O reator pode operar com concentração de sólido mais elevada, quando comparado com outros modelos como UASB ou BLC;
  • Modelo de reator ideal para processos anaeróbios com codigestão (mistura de dois ou mais substratos diferentes).

Referências

• • BARCHMANN, Tino et al. Expanding the flexibility of biogas plants–substrate management, schedule synthesis and economic assessment. Landtechnik, v. 71, n. 6, p. 233-251, 2016. DOI: 10.15150/lt.2016.3146
  • DEUBLEIN, Dieter; STEINHAUSER, Angelika. Biogas from waste and renewable resources: an introduction. John Wiley & Sons, 2011.
  • DROSG, Bernhard. Process monitoring in biogas plants. Paris: IEA Bioenergy, 2013. ISBN 978-1-910154-03-8 (electronic version). 

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