UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN Facultad de Procesos Escuela Profesional de Ingeniería Química
Clases de reactores químicos y sus aplicaciones
Asignatura de Diseño de Reactores
Alumna:
ucero !ataly Peredo "erlanga Docente: #g$ #iguel Angel Cardernas #alaga
Arequipa% Per&
1. DEFINICION Un reactor químico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reacción química, diseñado para maximizar la conversión y la selectividad de esa reacción con el menor coste posible. Si la reacción química es catalizada por una enzima purificada o por el organismo que la contiene, se habla de birreactores.
2. CLASIFICACION
Segn el modo de operación
!eactores discontinuos" son aquellos que traba#an por cargas, es decir se introduce una alimentación, y se espera un tiempo dado, que viene determinado por la cin$tica de la reacción, tras el cual se saca el producto. !eactores continuos" son todos aquellos que traba#an de forma continua.
Segn el tipo de flu#o interno
!eactores ideales" suelen ser descritos con ecuaciones ideales sencillas y no consideran efectos físicos m%s comple#os o perturbaciones pequeñas. !eactores no ideales" consideran el patrón de flu#o, la existencia de zonas muertas dentro del reactor donde el material no circula, adem%s consideran una din%mica de fluidos m%s comple#a, suelen describirse conociendo la cin$tica de las reacciones, la !&' (distribución de edad del fluido) del flu#o, el tipo de mezclado pudiendo ser este tardío o inmediato, y conociendo si el tipo d e fluido es micro o macro fluido.
Segn las fases que albergan
!eactores homog$neos" tienen una nica fase, líquida o gas. !eactores heterog$neos" tienen varias fases, gas*sólido, líquido*sólido, gas*líquido, gas*líquido*sólido.
+dealmente, pueden suponerse tres tipos de reactores homog$neos"
1. Reactor Batch &raba#an en estado no estacionario y el m%s sencillo sería un tanque agitado. ste reactor tiene la venta#a de que su costo de instrumentación es ba#o, adem%s de ser flexible en su uso (se le puede detener de modo f%cil y r%pido). &iene la desventa#a de un elevado costo en su funcionamiento y de mano de obra debido a la gran cantidad de tiempo que se pasa parado debido a la carga, descarga y limpieza- dem%s no siempre es posible implementar un sistema de control adecuado. ste reactor suele usarse en pequeñas producciones o pruebas piloto. sumiendo que en un reactor batch la composición es uniforme en cualquier instante y bas%ndose en la selección de un componente limitante. parte del tiempo de reacción, en un proceso industrial debe añadirse el tiempo de carga, descarga y limpieza para un este tipo de reactores y en general procesos en lotes.
CARACTERÍSTICAS:
/Sistema cerrado /stado no estacionario /Se cargan los reactivos al inicio, se retiran los productos al final
VENTAJAS:
01peración sencilla 02a#o costo inicial
DESVENTAJAS
0&iene la desventa#a de un elevado costo en su funcionamiento y de mano de obra debido a la gran cantidad de tiempo que se pasa parado debido a la carga, descarga y limpieza. 0dem%s no siempre es posible implementar un sistema de control adecuado.
2. REACTOR PFR O TUBULAR stos reactores traba#an en estado estacionario. s decir, las propiedades en un punto determinado del reactor son constantes con el tiempo. ste modelo supone un flu#o ideal de pistón, y la conversión es función de la posición. n este tipo de reactor la composición del fluido varia de un punto a otro a trav$s de la dirección del flu#o, esto implica que el balance para un componente dado de la o las reacciones químicas implicadas o debe realizarse en un elemento diferencial de volumen.
CARACTERÍSTICAS: /Sistema cerrado /stado no estacionario /Se cargan los reactivos al inicio, se retiran los productos al final
DESVENTAJAS: /2a#os tiempos de residencia /3ara cada flu#o hay un tiempo de residencia diferente
USOS: /4ases y vapores /lta producción /+ntercambio de calor
/!eactores heterog$neos catalíticos
3. REACTOR CSTR O TANQUE AGITADO stos reactores traba#an en estado estacionario, es decir, que sus propiedades no varían con el tiempo. ste modelo ideal supone que la reacción alcanza la m%xima conversión en el instante en que la alimentación entra al tanque. s decir, que en cualquier punto de este equipo las concentraciones son iguales a las de la corriente de salida. dem%s para este tipo de reactor se considera que la velocidad de reacción para cualquier punto dentro del tanque es la misma y suele evaluarse a la concentración de salida. 3ara este reactor suele asumirse que existe un mezclado perfecto, en la pr%ctica esto no es así, pero puede crearse un mezclado de alta eficiencia que se aproxima a las condiciones ideales.
CARACTERÍSTICAS:
/Sistema abierto /stado estacionario /!eactivos y productos entran y salen constantemente
VENTAJAS:
/2a#o costo de operación /5ontinuos /6%cil control /&emperatura constante
DESVENTAJAS:
/7o permite altos tiempos de residencia /3oco eficiente frente a una 36!
4. REACTOR SEMI BATC O SEMICONTINUO CARACTERÍSTICAS:
0Sistema cerrado /stado no estacionario
VENTAJAS:
/Semi continuo /2uen control de temperatura /3uede mantener ba#a la concentración de un reactivo
DESVENTAJAS:
/2a#a producción, altos costos de operación
!. REACTOR CATALITICO Suelen ser de dos tipos" fluidizado o de lecho empacado, la elección depende de la reacción de inter$s y del mecanismo cin$tico observado 5.1REACTOR DE LECHO EMPACADO
CARACTERÍSTICAS:
8a regeneración del catalizador requiere del uso de gases- s comn usar un sistema de re* circulación a fin de aumentar la eficiencia de re*activación. s en estado estacionario.
DESVENTAJAS:
0ste sistema presenta dificultades en el control de temperatura debido a la formación de zonas calientes y frías en el interior del lecho. 07o se puede usar un tamaño de catalizador pequeño debido a la formación de tapones y caídas de presión. 5.2REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO
CARACTERÍSTICAS:
l flu#o es comple#o, no es bien conocido, solo se puede estimar de forma aproximada los mecanismos de transferencia de masa, desde el punto de vista de transferencia el contacto no es muy eficiente debido a la diferencia de varias barreras físicas, esto obliga a usar una mayor cantidad de catalizador.
VENTAJAS:
l control de temperatura se realiza de forma m%s f%cil, comparado con el reactor de lecho empacado. 8a reactivación del catalizador en caso de ser necesaria es m%s f%cil y eficiente debido a la fluidización presente debido a que es posible bombear y transportar el catalizador. ste tipo de flu#o es adecuado para partículas de tamaño pequeño, ideal para reacciones r%pidas en donde se necesita una %rea de contacto grande.
". REACTOR ISOT#RMICO
CARACTERÍSTICAS: 9ezcla uniforme (:, 5onc, & Uniforme), 1peración no estacionaria (las condiciones cambian con el tiempo).Sistema cerrado. xiste intercambio de calor entre el sistema reaccionante y su entorno VENTAJAS:
s sencillo e ideal para estudios a escala experimental.
$. REACTOR ETEROG#NEO
CARACTERÍSTICAS:
0Su naturaleza obedece leyes cin$ticas diferentes, 08a diferencia radica en el nmero de fases físicas involucradas, los mecanismos de transferencia tanto de calor como de energía son m%s comple#os debido a que est%n presentes m%s de un mecanismo,
DESVENTAJA:
3or su comple#idad los balances de materia y energía son m%s comple#os, pudiendo ser de naturaleza conectiva o conductiva.
%. REACTORES NO IDEALES n muchas situaciones estos modelos ideales son v%lidos para casos reales, en caso contrario se habr%n de introducir en los balances de materia, energía y presión t$rminos que refle#en la desviación de la idealidad. Si por e#emplo la variación de las propiedades se debe a fenómenos de transporte de materia o calor se pueden introducir las leyes de 6ic; o 6ourier respectivamente.
3. Re&ere'c(a) *(*+(o,r-&(ca) 'ttps:((es$)i*ipedia$org()i*i(Reactor+qu,C-,ADmico 'ttp:((ceciliagilertapia$.logspot$pe(/012(03(tipos4de4reactores4quimicos4con4sus$'tml 5c'midt% anny D$% 6'e Engineering of C'emical Reactions$ !e) 7or*: 89ford ni;ersity Press% 1<<=$ I5"! 041<4>10>==4>$ ?ol;er arri.a@ 5tanley #$ alas% C'emical Process Equipment% 5election and Design cap$1B I5"! 04B>024<-=>41
