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INSTITUTO TECNOLÒGICO DE ATITALAQUIA
INGENIERÌA QUÌMICA
M. EN C. Mª JUANA MARTÍNEZ ALVARADOREACTORES QUÌMICOS
TIPOS DE REACTORES QUIMICOS
ALUMNAS:GARCÌA RODRÌGUEZ LILIANA
AMADO SÀNCHEZ Mª ALEJANDRA
INTRODUCCIÓN
En los procesos químicos generalmente el reactor es el corazón de la planta. Aunque en la mayoría de los casos, la inversión y costos de operación asociados directamente al reactor son relativamente pequeños en comparación a los referentes a los procesos de separación, la operación del reactor repercute directamente en la economía de todo el proceso.
Un ligero aumento en el rendimiento, esto es, la razón de los moles producidos de producto deseado entre los moles de reactivo alimentados, puede representar enormes ahorros en costo de inversión de operación del resto de la planta.
DESARROLLO
TIPOS DE REACTORES
Batch
PBR
CSTR
PFR
Balance de
moles
REACTORES TIPO BATCH /LOTES
Los reactores por lotes, se usan en operaciones a pequeña escala, para probar procesos nuevos que todavía no se han perfeccionado, para fabricar productos de alto costo y en procesos que son difíciles de convertir en operaciones continuas.
VENTAJAS
Tiene por ventaja que se pueden obtener conversiones elevadas si se deja el reactivo en el lote durante periodos largos de tiempo.
DESVENTAJAS
También tiene la desventaja de que los costos de mano de obra son elevados, y de que es difícil efectuar producción a gran escala
APLICACIÓN
Se utilizan en reacciones heterogéneas para la producción de biodiesel, diesel y turbosina renovables. Se utiliza también para la evaluación de catalizadores nanoestructurados a una escala mayor de reacción.
SU ECUACIÓN
En un reactor Batch no hay flujo de entrada ni de salida, por lo tanto los 2 primeros términos de la ecuación son cero
IMÁGENES Y DIAGRAMAS
FORMA DE OPERACIÓN
Discontinua
FASESLiquido-liquido , Solido-liquido
REACTORES TIPO CSTR
Un reactor CSTR es un tanque en el cual la masa reaccionante es continuamente agitada de tal manera que se considera como una mezcla completa y, por lo tanto, se asume que sus propiedades son uniformes en todo el interior del reactor. La ecuación de diseño de un reactor de mezcla completa
Donde:
V- el volumen del reactorFao-el flujo molar del reactivo límiteτ -el tiempo espacial CAo-la concentración del reaccionante A en la corriente de entradaXA- la conversión de A rA- la velocidad de reacción de A
Normalmente se opera en estado estacionario y de modo que este muy bien mezclado. Como resultado de esto ultimo, el reactor se modela sin variaciones espaciales de la concentración, temperatura o velocidad de reacción en todos los puntos del recipiente
CARACTERÍSTICAS
La característica importante de un reactor CSTR es la agitación. Una primera aproximación que describe más apropiadamente su funcionamiento se basa en la suposición de que su contenido está perfectamente mezclado. Como consecuencia de ello, la corriente efluente tiene la misma composición que el contenido. Los reactores de este tipo poseen muchas facilidades en lo referente a transferencias de calor, y la agitación permanece constante en el interior del reactor.
Otra característica de este tipo de reactores es que posee una unidad procesadora (tanque) diseñado para que dentro de este se produzcan una o varias reacciones químicas, producto del ingreso del flujo de alimentación, con el fin de descargar productos con flujos volumétricos del material que ha reaccionado, de modo que el volumen de reacción permanece constante.
VENTAJAS
No requiere mano de obra
Construcción simple Fácil control Puede automatizarse Elevado costo
Difícil enfriamiento
DESVENTAJAS
APLICACIÓN
Para polimerizaciónExplosivosTratamiento de lodos activosEmbutidosNitración para componentes aromáticos
FORMA DE OPERACIÓN Continuo
FASES Liquido-liquido , solido- liquido
IMÁGENES Y DIAGRAMAS
REACTOR TUBULAR (PFR)
En este reactor los reactivos se consumen continuamente a medida que fluyen a lo largo del reactor. No realiza ningún intento para mezclar las corrientes del proceso.
* Las reacciones químicas se desarrollan en un sistema abierto.
* Todos los reactivos se introducen continuamente y los productos se extraen en forma continua.
* Operan en régimen estable, por lo cual ninguna de las propiedades del sistema varía con relación al tiempo en una posición dada.* La temperatura, la presión y la composición varían con relación a la longitud del reactor.
* No existe mezclado axial del fluido dentro del recipiente.
* La densidad de las corrientes puede cambiar en la dirección del flujo.
* Puede existir transferencia de calor a través de las paredes del reactor.
CARACTERÍSTICAS
SU ECUACIÓN PARTE DE:
Se realizan todas las operaciones Necesarias hasta llegar a:
DESVIACIONES DEL COMPORTAMIENTO IDEAL DE UN REACTOR PFR.
TIPOS DE REACTORES (PFR)PARA LA OXIDACIÓN CATALÍTICA DE DIÓXIDO DE AZUFRE.
a) Con intercambio de calor entre los productos y la alimentación.
b) Con cambiador de calor externo y cambiador interno del tipo tubo-dedal.
c) Reactor de lecho múltiple con enfriamiento por circulación del gas de carga en el encamisado en espiral.
d) Con cambiadores de calor, unos para el calentamiento de la alimentación a expensas del producto y otros mediante el enfriamiento de este mediante un agente de refrigeración.
USOS DE LOS REACTORES PFR
a)Para sistemas reactivos que sean gases y vapores.b) Cuando se desea una producción grande en forma continúa.c) Para reacciones exotérmicas o endotérmicas.d) Cuando están empacados con partículas de catalizador actúan como reactores de lecho fijo.e) Si las partículas corresponden a un reactor, actúan como reactores heterogéneos sólido-gas.f) Purificación de gases por adsorción de las impurezas de un solido adsorbente.g) Oxidación del oxido de nitrógeno para obtener acido nítrico.
REACTORES PFR
Vista interna de un PFR
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS REACTORES PFR
REACTORES DE LECHO EMPACADO (PBR)
Estos reactores operan con gases, estos presentanmayor caída de presión.
Efecto de caída de presión en el diseño de los reactores PBR
CARACTERÍSTICAS DE LOS REACTORES PBR
* La uniformidad de la temperatura en el reactor se debe al mezclado, las burbujas de gases y la gran área de transferencia de calor por unidad de masa del catalizador.
* La diferencia de temperatura y concentración entre el fluido y la superficie suele ser insignificantes.
*Los coeficientes de transferencia de masa y de calor son inferiores en relación a los reactores de lecho fijo.
* Tiene velocidad elevada de transferencia de masa y de calor entre el fluido y la partícula, por lo que se desprecian las diferencias externas de temperaturas y concentración.
*Para velocidades bajas del fluido, las partículas permanecen en reposo.*La pérdida de presión aumenta con la velocidad de la forma ordinaria.*Cuando aumenta la velocidad, se alcanza un punto crítico y la pérdida de presión corresponde al peso del lecho mantenido en suspensión.
SU ECUACIÓN PARTE DE:
Ecuación de diseño diferencial.
Ecuación de diseño integral.
Hasta llegar a:
En este tipo de reactores intervienen las fases liquida, solida y gaseosa.
USOS DE LOS REACTORES PBR
• Producción de lípidos por transesterificacion enzimática del aceite de soya y aceite de palmiste.
• Oxidación parcial del etileno• Producción de acido sulfúrico• Reformación de gas natural• Síntesis de amoniaco• Hidrogenación del benceno
IMÁGENES DE LOS REACTORES PBR
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS REACTORES PBR.
CONCLUSIONES.
Es importante conocer los tipos y las características de los reactores antes de llevar a cabo un proceso, pues no todos los reactores son de un costo de operación accesible, y algunos son mas eficientes que otros dependiendo de que componentes se utilicen y su estado de agregación.
El empleo del uso de los reactores a nivel industrial posee su valor primordialmente a la funciones que estos realizan, entre las más preponderante o que toma un mayor peso, es en la capacidad que tiene este equipo de llevar a cabo el cumplimiento de las reacciones químicas logrando de una manera efectiva controlar las variables de proceso tales como presión, temperatura y concentración factores que influyen directamente sobre las reacciones químicas para que los materiales y componentes puedan reaccionar. Sin dejar a un lado el bajo costo en el usos de estos equipos.
BIBLIOGRAFÍA
Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas, H Scott Floger, pag, 161-164
ABC para Comprender Reactores Químicos, con Multireaccion, Fernando T,
Ingeniería de las reacciones químicas Octave Levenspiel http://
www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/ana_sim/mod_4/html/contenido02.html (universidad nacional de Colombia )
