UNIDAD V: INTRODUCCIÓN A LOS REACTORES GAS – LIQUIDO – SÓLIDO. 5.2 REACTORES CON EL SÓLIDO EN LECHO FIJO.
Tipos de flujo en reactores multifásicos:
Las reacciones entre los componentes de un gas y un líquido se llevan a cabo en una gran variedad de equipos, los cuales a menudo tienen un nombre confuso. Esta gran variedad de sistemas ha de cumplir unas condiciones básicas: contacto eficiente entre gas y líquido (y, ocasionalmente, un catalizador sólido), limitación en la caída de presión, fácil extracción de calor y bajo coste de construcción y mantenimiento.
Dependiendo de si la mayor resistencia a la transferencia de materia se da en el líquido o en el gas, los reactores multifásicos operan con la fase líquida dispersa y la gaseosa continua o al contrario. La elección de circulación entre paralelo o contracorriente del gas y el líquido depende de la disponibilidad de fuerzas impulsoras para las transferencias de masa y de calor y la reacción.
Fundamentos Teoricos: Lecho: Un lecho consiste en una columna formada por partículas sólidas, a través de las cuales pasa un fluido (líquido o gas) el cual puede ser librado de algunas impurezas y sufre una caída de presión.
Lecho Fijo: Las partículas permiten el paso tortuoso (Con vueltas) del fluido sin separarse una de otras, esto hace que la altura del lecho se mantenga constante y por tanto la fracción de vacío en el lecho (porosidad) se mantiene constante. En esta etapa el fluido experimenta la mayor caída de presión del proceso.
REACTOR DE LECHO FIJO. Los reactores de lecho fijo consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catalizador, que operan en posición vertical. Las partículas catalíticas pueden variar de tamaño y forma: granulares, cilíndricas, esféricas, etc. En algunos casos, especialmente con catalizadores metálicos como el platino, no se emplean partículas de metal, sino que éste se presenta en forma de mallas de alambre. El lecho está constituido por un conjunto de capas de este material.
Eliminación de calor. Debido a la necesidad de eliminar o anadir calor, no es posible usar un solo tubo de gran diámetro empacado con el catalizador. En su lugar, el reactor deberá construirse con cierto número de tubos engarzados en un solo cuerpo como se ilustra en la figura siguiente. El intercambio energético con los alrededores se obtiene circulando, o algunas veces hirviendo un fluido en el espacio que hay entre los tubos. Si el efecto calorífico es considerable, los tubos de catalizador deben ser pequeños para evitar temperaturas excesivas en la mezcla reaccionante.
Reactor de lecho fijo con tubos múltiples.
Reacciones Gas – Liquido sobre catalizadores sólidos. Estas reacciones multifásicas son del tipo
A(g→l) + B (l) →Productos Y se pueden llevar a cabo de diferentes formas
Se usan variedad de reactores para los sistemas sólidos – liquido – gas, basándose en el tamaño de las partículas sólidas utilizadas. Así, se tienen dos grupos de reactores trifásicos: • Reactores con el sólido en lecho fijo. • Reactores con el sólido en suspensión. Los equipos de contacto empacados con el sólido en lecho fijo utilizan partículas sólidas grandes, y los reactores de sólidos en suspensión (conocidos también como reactores de lodos o tipo slurry) utilizan sólidos en suspensión muy finos, mientras que los lechos fluidizados pueden utilizar ambos tamaños, dependiendo de las velocidades de flujo.
5.2 Reactores con el sólido en lecho fijo •Esta manera de poner en contacto las fases que intervienen en la reacción se usa normalmente cuando las partículas sólidas son grandes (mayores de aproximadamente 1 mm). •En estos reactores es importante mantener condiciones de flujo uniforme a través del lecho sólido y una mezcla intensa de las fases, siendo el grado de mojado del catalizador por el líquido un factor crucial en la eficacia del proceso. •Suelen operarse en condiciones adiabáticas, por lo que es importante evitar la producción de sobrecalentamientos puntuales cuando se usen para reacciones exotérmicas.
Esquemas básicos de contacto para reactores con el sólido en el lecho fijo:
1.- Lecho percolador de corrientes paralelas. 2.- Columna empaquetada de borboteo. 3.- Reactor de lecho móvil.
•Reactor de Lecho Percolador ( Trickle bed)
El tipo más común de reactor de lecho fijo usado en la industria es el lecho percolador, en el que la fase liquida percola (se mueve a través del lecho poroso), desde la parte superior del reactor, a través de un lecho empaquetado de catalizador, mientras que la fase gaseosa fluye de forma continua también desde la parte alta constituyendo una corriente paralela.
•Columna de borboteo Otro tipo de reactor trifásico de lecho fijo es la columna de borboteo, en la que gas y liquido fluyen en corrientes paralelas ascendentes y el gas constituye la fase dispersa.
•Reactor de lecho móvil. En algunos procesos, como en la hidrodemetalización de crudos pesados con alto contenido en metales , es necesario reemplazar el catalizador muy frecuentemente por pérdida de su actividad. Para ello se usa un lecho móvil, en el que el sólido desactivado se retira del reactor por la parte baja del lecho y se repone por la parte superior. De esta forma, se tiene una corriente descendente de sólido paralela a las de gas y liquido.
•Los reactores trifásicos de lecho fijo no pueden usarse cuando la alimentación es un barro o uno de los productos de reacción es sólido; ello conduciría a pérdidas de carga excesivas y mal funcionamiento de la columna. •En estos reactores, dependiendo del régimen de trabajo, se puede hacer la aproximación de flujo pistón para ambas fases. •En los reactores de lecho percolador se tienen tiempos de residencia relativamente bajos para el liquido, por lo que no son aptos para reacciones lentas.
Ejemplos de reacciones trifásicas llevadas a cabo en lecho fijo:
