REACTORES QUMICOS

REACTORES QUMICOSUn 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, hablamos de biorreactores.

Clases de Reacciones Qumicas Tpicas en un Reactor Qumico Reacciones Homogneas: Cuando se afecta solamente una fase, ya sea gaseosa, slida, o lquida. Reacciones Heterogneas: Cuando se requiere la presencia de al menos dos fases para que tenga lugar la reaccin a una velocidad deseada. Reacciones Enzimticas: Utilizan catalizadores biolgicos (proteinas con alto peso molecular, con centros activos, y que trabajan a bajas temperaturas) Reacciones Catalticas: Son aquellas reacciones que requieren de una sustancia adicional (que no aparece en el balance global) para modificar la velocidad de reaccin; esta sustancia por su mera presencia provoca la reaccin qumica, reaccin que de otro modo no ocurrira. Reacciones No Catalticas: Los materiales reactantes no necesitan ninguna sustancia adicional para dar lugar a la reaccin qumicaReacciones Autocatalticas: En esta reaccin, uno de los productos formados acta como catalizador, participando en otra etapa del proceso donde velocidad de reaccin es ms rpido que en la primera. Reacciones Endotrmicas: Son aquellas que adsorben calor del exterior. Reacciones Exotrmicas: Son aquellas que liberan calor hacia el exterior.

Segn las fases que albergan:Reactores homogneos: tienen una nica fase, lquida o gas.

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

CLASIFICACINSegn el modo 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.

Tipos de Reactores IdealesReactores discontnuos: trabajan en estado no estacionario y el ms sencillo sera un tanque agitado.

Reactor BatchEl reactor tipo Batch es un reactor donde no existe flujo de entrada ni de salida, es simplemente un reactor con un agitador que homogeniza la mezcla.

Reactor Batch

Ecuaciones de diseoa. Sistemas por lotesReactor Batch

Reactor de Lecho Fijo

Reactor de Lecho Fijo

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. REACTOR TUBULAR o De Flujo Pistn (PFR)

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.

Representacin esquemtica de reactor flujo pistn.

APLICACIONESProceso de transesterificacin mediante reactores de flujo pistn.

Reactor Tubular (PFR)Consiste en un tubo cilndrico y normalmente se opera en estadoEstacionario. Se considera un flujoaltamente turbulento, y el campo deflujo se puede modelar como el deflujo taponado.FjFjoFj(y)Fj(y+Dy)yy+DyNjV

Reactor PFR

b. Sistemas de flujoReactor CSRT

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.

b) PARTES DE UN REACTOR CSTR

a) 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.

a) CARACTERSTICASSe 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

Reactor de tanque con agitacin continua (CTSR)ReactivosFjoProductosFjEl CTSR normalmente se opera en estadoestacionario y de modo que est muy bienMezclado. Como resultado de esto ltimo,el reactor se modela sin variacionesespaciales de la concentracin, temperaturao velocidad de reaccin en todos los puntos del recipiente.rj

c) VENTAJAS Y DESVENTAJASCostos 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 simpleCosto 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

d) APLICACIONESLos campos de aplicacin tpicos de los reactores CSTR son los procesos continuos de sulfonacion, nitracin, polimerizacin, etc. Se utiliza ampliamente en la industria qumica orgnica y, en particular, en la produccin de plsticos, explosivos, hule 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.

POLIMERIZACIN POR ADICINUna polimerizacin es por adicin si la molcula de monmero pasa a formar parte del polmero sin prdida de tomos, es decir, la composicin qumica de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones qumicas de los monmeros que la conforman.

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