DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES Dr. José Luis Silva Villanueva REACTORES AMBIENTALES Especificaciones de un tipo de reactor para Contaminación Atmosférica
Becerra Huangal Viter Castañeda Flores Lourdes Pamela Castillo Cabrera Jilder Michael Pérez Calderón Carlos Antonio Torres Mendez Marlon Zapata Jáuregui Cristina
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Los reactores tubulares siempre se usan en modo de flujo continuo con los reactivos fluyendo y los productos eliminados. Pueden ser los reactores de diseño más sencillo. Los reactores tubulares con frecuencia reciben otros nombres:
Reactores de tuberías Reactores de lecho empacado Reactores de lecho de goteo Reactores de columnas de burbujeo Reactores de lecho-ebullente
El flujo de una sola fase de un reactor tubular puede ser ascendente o descendente. El flujo de dos fases puede ser co-corriente de flujo ascendente, contra-corriente (líquido hacia abajo, gas hacia arriba) o, más comúnmente, co-corriente de flujo descendente. Los reactores tubulares pueden tener sola una pared o se les puede enchaquetar para calentarlos o enfriarlos con un fluido circulante de transferencia de calor. Los hornos externos pueden ser rígidos, calefactores de tubos o mantillas flexibles. Los Reactores Tubulares se usan en una gran variedad de industrias:
Petróleo Petroquímica Polímero Farmacéutica Tratamiento de Desechos Especialidades Químicas Energía Alternativa
Los reactores tubulares se utilizan en una variedad de aplicaciones:
Carbonización Deshidrogenación Hidrogenación Hidrocraqueo Hidroformilación Descomposición oxidativa Oxidación Parcial Polimerización Reformación
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Los reactores tubulares pueden estar vacíos para reacciones homogéneas o empacados con partículas de catalizador para reacciones heterogéneas. Los reactores empacados necesitan soportes superiores e inferiores para mantener las partículas en su lugar. El empacado superior generalmente es de un material inerte para servir como una sección de precalentamiento. El precalentamiento también puede hacerse con un canal interno en espiral para mantener los reactivos entrantes cerca de la pared caliente durante su entrada, como se muestra a la derecha. A menudo es deseable que el tamaño del reactor tubular sea lo suficientemente grande, es decir de 8 a 10 partículas de catalizador en su diámetro y al menos 40-50 diámetros de partícula de largo. La relación de longitud a diámetro puede variar para estudiar el efecto de carga de catalizador, al equipar al reactor con “carretes”
para cambiar esta relación. La temperatura se controla normalmente por termopares localizados en la pared externa de un reactor tubular calentado externamente. Un termopar móvil interno se emplea a menudo para observar los cambios de temperatura que ocurren conforme la reacción se produce en el reactor.
Corte de Reactor Tubular 5400
Los sistemas de reactores tubulares son personalizables y se pueden hacer de diferentes longitudes y diámetros, y diseñados para diferentes presiones y temperaturas. Proporcionamos un horno de tubo divido para calentar estos recipientes. El aislamiento se coloca en cada extremo de forma que no se calienten a la misma temperatura que el núcleo del reactor. La longitud del calentador se divide normalmente en una, dos o tres zonas separadas de calefacción, también se puede dividir en tantas zonas como que sea necesario. Se puede suministrar ya sea un termopar interno fijo en cada zona o un solo termopar móvil que se puede usar para medir la temperatura en diferentes puntos a lo largo del lecho del catalizador. Los termopares exteriores generalmente se suministran para controlar cada zona del calefactor. Sistema de Alimentación de Gas
Se pueden crear varios canales de alimentación de gas y manejarse desde un panel de distribución. Para entregar un flujo constante de gas a un reactor, es necesario proporcionar el gas a una presión constante al controlador de flujo másico electrónico. Este instrumento compara el flujo real entregado con el punto de ajuste elegido por el usuario, y ajusta automáticamente una válvula de control integral para asegurar un flujo constante. Se debe tener cuidado con el tamaño estos controladores según el gas específico, velocidad de flujo y presión de operación. Un controlador de flujo másico necesita una fuente de poder y un dispositivo de lectura, así como un medio para introducir el punto de ajuste deseado. Al realizar pedidos de controladores de flujo másico, deberá especificar: 1. Tipo de gas a medir (por ejemplo, N2, H2, CH4)
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2. Presión máxima de operación del gas (100 ó 300 bar) 3. Rango máximo de velocidad de flujo en cc estándar por minuto (sccm) 4. Presión de calibración del instrumento Los controladores de flujo másico están disponibles para usarse a 1500 psi y 4500 psi. Se pueden obtener ahorros considerables si el controlador de flujo másico sólo se va a usar a 1500 psi. Se puede añadir una línea de purga, la cual se usa para la alimentación de nitrógeno o helio para eliminar el aire antes de la reacción o para eliminar los gases reactivos antes de abrir el reactor al final de una corrida. La línea de purga incluye una válvula de cierre, válvula dosificadora, y una válvula de retención de flujo inverso. Las válvulas de cierre se pueden automatizar utilizando un sistema de Control 4871. Bombas Dosificadoras de Líquido
Las bombas de pistón de alta presión se usan con mayor frecuencia para inyectar líquidos en un reactor que opera a presión en una modalidad de flujo continuo. las bombas de HPLC son una excelente opción para flujos de baja velocidad, muchos de los cuales son calificados para 5000 psig. Las velocidades de flujo para este tipo de bombas varían de 10 a 40 ml por minuto. Las bombas están disponibles para control manual desde su placa frontal digital o control por computadora desde un Controlador de Proceso 4871. Las bombas dosificadoras son nuestra recomendación para la alimentación continua de líquidos cuando la velocidad de flujo deseada es mayor a 2 litros por hora. Parr puede ayudarle con la selección de la bomba de alimentación. Necesitaremos conocer el tipo de líquido; la mínima, típica y máxima velocidad de alimentación deseada, la presión máxima de operación, y cualquier otra consideración especial, como la operación a prueba de explosión o las posibilidades de corrosión. Reguladores de Presión de Retorno
Además de suministrar los gases a una reacción a través de controladores electrónicos de flujo másico, el reactor se mantiene a una presión constante mediante la instalación de Reguladores de Presión de Retorno (RBP) en el flujo de salida del reactor. Este tipo de regulador liberará los productos sólo cuando la presión del reactor exceda un valor prestablecido. Cuando se usa un BPR junto con los controladores de flujo másico, el usuario se asegura de que un flujo constante de gas pasa a través de un reactor, a una presión constante. Esto proporciona el mayor grado de control y reproducibilidad en un sistema de reactor de flujo continuo. Condensadores de Enfriamiento
Con frecuencia es necesario enfriar los productos de la reacción antes de su manipulación. Para lo cual, tenemos disponibles los intercambiadores de calor de tubo-y-concha para que actúen como condensadores de enfriamiento. Una adaptación de nuestros condensadores estándar que proporciona un excelente diseño. Separadores de Gas/Líquidos
Los reactores tubulares que operan en modo de flujo continuo con gas y productos líquidos también necesitan un separador de gas/líquido para un funcionamiento suave. El separador se coloca
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corriente abajo del reactor, a menudo separado del reactor por un condensador de enfriamiento. En el recipiente separador, los líquidos se condensan y recogen en el fondo del recipiente. A los gases y vapores no condensados se les permite salir de la parte superior del recipiente y pasar al regulador de presión de retorno. Es importante operar el BPR con una sola fase fluida para evitar la oscilación de la presión del reactor. El separador de Gas/Líquido puede ser de un tamaño lo suficientemente grande como para actuar como un receptor de producto líquido que puede ser drenado manualmente periódicamente. Muchos de los recipientes a presión sin agitación fabricados por Parr son ideales para usarse como Separadores de Gas/Líquido. Los recipientes de 300, 600, 1000 o 2000 ml son los más utilizados. Sistemas de Control y Adquisición de Datos
Hay varias opciones para satisfacer las necesidades de los operadores del sistema. Los accesorios del sistema, como calefactores, controladores de flujo másico, y bombas se pueden obtener con los paquetes individuales de control para crear un Sistema de Control Distribuido (DCS) manual. A medida que aumenta el número de canales a controlar, la economía y conveniencia a menudo dictan que el sistema distribuido de controladores individuales debe ser reemplazado por el Controlador de Procesos basado en computadora Modelo 4871 (PCC).
Los reactores tubulares se utilizan en varias industrias: Petróleo Petroquímica Polímero Farmacéutica Tratamiento de Desechos Especialidades Químicas Energía Alternativa
Los reactores tubulares se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: Carbonización Deshidrogenación Hidrogenación Hidrocraqueo Hidroformilación Descomposición oxidativa Oxidación Parcial Polimerización Reformación
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Especificaciones del Sistema de Reactores Tubulares Serie 5400 La barra sombreada indica las especificaciones que cambian entre las series.
N° Modelo
5401
5402
5403
5404
3/8 pulg.
1/2 pulg.
1.0 pulg.
1.5 pulg.
O.D./I.D. (in.)
0.38/0.28 0.50/0.37
1.9/1.0
2.0/1.5
O.D./I.D. (mm) Distancia Calentada (in.)
9.5/7.0 13/9.4 6, 12, 24
Tamaños
48/25 51/38 12, 24, 36
Presión Max. (psi)
3000
5000
3000
Temperatura Max.
550
550
350
Spools de Soporte Espiral de Precalentamiento N° Puertos en Cabeza Superior N° Puertos en Cabeza Inferior Termopar Interior
No
Sí
No
Sí
1
4
1
4 Sí
