REACTOR QUIMICO

REACTOR QUIMICO

REACTOR QUIMICO Un reactor qumico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reaccin qumica, estando ste diseado para maximizar la conversin y selectividad de la misma con el menor coste posible. Si la reaccin qumica es catalizada por una enzima purificada o por el organismo que la contiene, se habla de biorreactores.

CLASES DE REACTORES QUIMICOSEL NUMERO DE FASES

TIPO DE OPERACIN

TIPO DE CIRCULACION DE LAS FASES

EL NUMERO DE FASES Reactores homogneos: tienen una nica fase, lquida o gas.

Reactores heterogneos: tienen varias fases, gas-slido, lquido-slido, gas-lquido, gas-lquido-slido.

TIPO DE OPERACIN Reactores discontinuos: son aquellos que trabajan por cargas, es decir se introduce una alimentacin, y se espera un tiempo dado, que viene determinado por la cintica de la reaccin, tras el cual se saca el producto.

Reactores continuos: son todos aquellos que trabajan de forma continua.

TIPO DE CIRCULACION DE LAS FASESReactores ideales: suelen ser descritos con ecuaciones ideales sencillas y no consideran efectos fsicos ms complejos o perturbaciones pequeas.

Reactores no ideales: consideran el patrn de flujo, la existencia de zonas muertas dentro del reactor donde el material no circula, adems consideran una dinmica de fluidos ms compleja, suelen describirse conociendo la cintica de las reacciones, la RTD (distribucin de edad del fluido) del flujo, el tipo de mezclado pudiendo ser este tardo o inmediato, y conociendo si el tipo de fluido es micro o macro fluido.

REACTORES HOMOGENEOS DISCONTINUOS

Los reactores discontinuos o BATCH son usados para operaciones de pequea escala, para testear procesos que no estn desarrollados completamente, para la produccin de productos costosos (especialidades) o para aquellos procesos que la conversin a un proceso continuo es difcil o imposible.

La ventaja de los reactores discontinuos es la posibilidad de alcanzar altas conversiones de reactivo ya que se puede dejar la mezcla reactiva por perodos largos. La desventaja de esta opcin es la baja produccin (i.e. generacin de producto por unidad de tiempo).

Este reactor presenta las siguientes caractersticas principales, debido a la forma en que opera :

El reactor intermitente es un sistema cerrado; por lo tanto la masa total del mismo es constante.

El tiempo de residencia de todos los elementos del fluido es el mismo.

Este tipo de reactor opera en estado no estacionario; las concentraciones cambian con el tiempo.

Sin embargo, y debido a la agitacin puede asumirse que en un tiempo determinado, dentro del reactor la composicin y la temperatura son homogneas.

La energa dentro de cada batch cambia (de acuerdo a como se esta llevando a cabo la reaccin). Puede adicionarse un intercambiador de calor para controlar la temperatura.REACTORES HOMOGENEOS CONTINUOS En estos reactores la corriente con los reactivos se alimenta al reactor y permanece un cierto tiempo en este, durante el cual se convierte parcialmente.

REACTORES HOMOGENEOS CONTINUOS REACTOR DE MEZCLA COMPLETA

REACTORES TUBULARES DE FLUJO PISTON

REACTORES TUBULARES DE FLUJO PISTON Estos reactores trabajan en estado estacionario. Es decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal de pistn, y la conversin es funcin de la posicin. En este tipo de reactor la composicin del fluido varia de un punto a otro a travs de la direccin del flujo, esto implica que el balance para un componente dado de la o las reacciones qumicas implicadas o debe realizarse en un elemento diferencial de volumen

CARACTERISTICASEl reactor tubular normalmente opera en estado estable.

Idealmente las condiciones de flujo y de reaccin no varan en la direccin radial en un plano normal al rea de flujo.

El reactor tubular consiste sencillamente en un tubo, a lo largo del cual fluye la mezcla reaccionante a condiciones tales (temperatura, concentraciones), que ocurre la reaccin qumica.

Puede estar provisto de un intercambiador para la transferencia de calor. Idealmente no existen gradientes radiales con respecto a la velocidad, la temperatura y la concentracin.

Representacin esquemtica de reactor flujo pistn.VENTAJAS Y DESVENTAJASFacilidad de controlEconoma en la mano de obraSencillez mecnicaAdaptabilidad a la transmisin de calor Altas presionesCalidad invariable del producto Elevada capacidad.

Instrumentacin cara.

Alto costo de operacin (mantenimiento, limpieza).

Flujo de calor de la seccin radiante de horno no uniforme.

La desventaja principal del reactor tubular es la dificultad en controlar la temperatura dentro del reactor.Procesos

APLICACIONESProceso de transesterificacin mediante reactores de flujo pistn.

REACTOR DE MEZCLA COMPLETATambin conocido como: Reactor de mezcla completa de flujo continuo, reactor de tanque agitado y por sus siglas en Ingles CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor), CFSTR (Continuous Flow Stirred Tank Reactor).

REACTOR DE MEZCLA COMPLEATADEFINICION: 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.

CARACTERSTICASOpera en forma continua

Se presenta una agitacin eficiente y el fluido dentro del recipiente esta uniformemente mezclado, todos los elementos del fluido tienen la misma probabilidad de abandonar el reactor en cualquier tiempo.

Existe una distribucin de tiempos de residencia (RTD). Dicha distribucin puede apreciarse considerndose lo siguiente:Un elemento del fluido puede moverse directamente desde la entrada a la salida, puede existir un tiempo de residencia muy corto.Otro elemento del fluido puede participar en el movimiento de reciclado producto de la agitacin y por lo tanto presentar un tiempo de residencia largo.Se puede observar que la corriente de salida tambin presenta las mismas propiedades que el fluido dentro del recipiente.

La conversin que alcanza un reactor de mezcla completa depende de:El volumenTiempo espacialVelocidad de la reaccin en el reactor El flujo Concentracin del alimento

PARTES DE UN REACTOR CSTR

VENTAJAS Y DESVENTAJASVENTAJASCostos de operacin bajos, no requiere de mano de obraSe facilita el control automtico de la produccin.El sistema de reaccin opera a la misma temperatura en todos los puntos.Fcil escalamiento.Fluido dinmica simpleDESVENTAJASCosto de adquisicin alto.No se puede controlar a valores medios.Si no hay un buen mezclado puede existir canalizacin.Por otra parte abra zonas estancadas

APLICACIONESLos campos de aplicacin tpicos de los reactores CSTR son los procesos continuos de: SulfatacinNitracinPolimerizacinSe utiliza ampliamente en la industria qumica orgnica y, en particular, en la produccin de: plsticosExplosivoshule sinttico, etc. El reactor CSTR se emplea tambin siempre que hay necesidad especial de agitacin, por ejemplo, para mantener las burbujas de gas o las partculas slidas en suspensin dentro de una fase liquida o para mantener las gotitas de un liquido en el seno de otro, como es el caso de la nitracin de benceno o tolueno. La rapidez de estas reacciones depende considerablemente del grado de dispersin y, por lo tanto, de la intensidad de la agitacin. REACTORES HETEROGENEOSSe dice que un reactor opera en fase homognea si se trabaja en una sola fase. En contraste, el reactor que opera en fase heterognea requiere la presencia de al menos dos fases para que la reaccin se lleve a cabo. A continuacin se discutirn las diferencias entre ambos tipos de operacinQu es una fase? FASE: regin uniforme en un sistema. Esto significa propiedades fsicas uniformes y composicin qumica uniforme.

Una mezcla de varios qumicos en una sola solucin, consiste de una sola fase, note que no puede distinguir alguna frontera entre ellos. Se tiene una mezcla homogneaSi se observa una mezcla y puede verse una frontera entre los componentes, Entonces los componentes en la mezcla estn en diferentes fases. Una mezcla que contiene un slido y un liquido consiste en dos fases. Se tiene una mezcla heterognea.

Zona I

Zona Insaturada

Zona vadosaSaturacin (20-60)%

Zona II

Zona capilarSaturacin (60-80)%

Zona III

Zona fluctuanteSaturacin (60-100)%

Zona IV

Zona saturada 100%

Agua subterrnea

Hidrocarburos residuales

Vapores hidrocarburos

Hidrocarburos lquidos

Hidrocarburos adsorbidos

Hidrocarburos peliculares

Hidrocarburos disueltos

Hidrocarburos atrapados

Nivel fretico

BiomasaSustrato (gasolina y diesel)Componentes

EstadosSlidoLquidoGaseoso

ComponentesSlidoSueloSuelo y contaminanteSuelo y componentes

LquidosContaminante y aguaContaminanteComponentes y agua

Gases y aire