Tipos de Reactores Químicos

Tipo de reactor

Fases presentes

Ventajas

Desventajas

Ejemplos de Usos y aplicaciones

Batch (tandas) [pic 2]

Fases homogéneas: líquidas generalmente

• Altas conversiones debido a altos periodos de tiempo de residencia.
• Recomendado para obtención de pocas cantidades de productos.
• Facilidad para limpiar y desmontar piezas internas.
• Permite flujo de calor constante por cambios de potencia en la camisa del reactor.

• Difícil de controlar y monitorear a grandes escalas (industriales).
• Altos costos de mano de obra por unidad de producción.
• Largos  tiempos de inactividad dedicado a la limpieza incurren a periodos largos sin producción.

Industria de lácteos, bebidas de consumo comercial , industrias farmacéuticas para obtener productos de resultados consistentes y de calidad, investigaciones cinéticas de laboratorio y pruebas piloto..

Continuous Stirred Tank Reactors : (CSTR)  [pic 3]

Homogéneos. Fases en contacto:  gas-gas y

liquido – liquido.

• El buen control de temperatura se mantiene fácilmente
• Barato para construir
• El reactor tiene una gran capacidad calorífica.
• Se accede fácilmente al interior del reactor

• La conversión de reactivo a producto por volumen de reactor es pequeña en comparación con otros reactores de flujo
• Se pueden desarrollar zonas muertas, donde no se produce la mezcla.

• Los reactivos pueden pasar por alto si la salida se coloca incorrectamente

Procesamiento de líquidos viscosos o líquidos inmiscibles que requieren altas velocidades de agitación. Usos industriales donde se busca agitación constante dentro del reactor. Cultivo de células animales de alta densidad en investigación o producción, por ejemplo fermentadores microbianos.

Plug Flow Reactors (PFR)[pic 4][pic 5]

Fases homogéneas: Liquída – líquida (mayormente usadas) y gas – gas.

• De fácil mantenimiento ya que no hay partes móviles, es mecánicamente simple
• Alta tasa de conversión por volumen de reactor.
• Calidad de producto invariable.
• Bueno para estudiar reacciones rápidas.
• Uso eficiente del volumen del reactor.
• Bueno para procesos de gran capacidad.
• Baja presión cae.
• Los tubos son fáciles de limpiar

• Temperatura del reactor difícil de controlar.
• Los puntos calientes pueden ocurrir dentro del reactor cuando se usan para reacciones exotérmicas.
• Difícil de controlar debido a las variaciones de temperatura y composición.

Uso industrial comunes para la producción de gasolina, craqueo de aceite, síntesis de amoniaco a parte de sus elementos y oxidación de dióxido de azufre a trióxidos de azufre. También se realizan investigaciones en reactores PFR sobre oxidación de compuestos de nitrógeno.

Se pueden usar como biorreactores a pequeña escala para producción de algas.

Tipo de reactor

Fases presentes

Ventajas

Desventajas

Ejemplos de Usos y aplicaciones

Packed Bed Reactors (PBR)

[pic 6]

Heterogéneo: Reactivos (Fase fluida) y catalizador o lecho catalítico (Fase Granular sólida)

• Alta tasa de conversión por peso de catalizador.
• Fácil de construir
• Más contacto entre el reactivo y el catalizador que en otros tipos de reactores.
• Se forma más producto debido al aumento del contacto reactivo / catalizador.
• Bajo costo de construcción, operación y mantenimiento.
• Eficaz a altas temperaturas y presiones.

• Control de temperatura difícil.
• Se pueden producir gradientes de temperatura.
• Catalizador difícil de reemplazar.
• La canalización de la corriente de gas puede ocurrir, lo que lleva a regiones ineficaces en el reactor.
• Reacciones secundarias posibles.

• La transferencia de calor hacia o desde el reactor puede ser difícil.

Investigaciones en entornos de microgravedad mediante estudio de flujo de fluidos en medios porosos, tratamiento de corriente de aire contaminadas con compuestos orgánicos volátiles. Para estudios de reacciones comerciales a pequeña escala, por ejemplo: métodos rentables para eliminar amoniaco de aguas residuales de la ganadería.

Fluidized bed reactors (FBR)

[pic 7]

Reactores catalíticos de dos fases (heterogéneos), la masa del catalizador (Fase sólida) y los reactivos en fase fluida (líquido o gas).

• La distribución uniforme de la temperatura elimina los puntos calientes.
• El catalizador se reemplaza o regenera fácilmente.
• Permite operaciones continuas, controladas automáticamente.
• Contacto más eficiente de gas y sólidos que en otros reactores catalíticos.

• Caro para construir y mantener.
• Se puede producir la erosión de las paredes del reactor.
• El equipo de regeneración para catalizador es costoso.
• El catalizador puede estar desactivado.
• No se puede usar con sólidos catalizadores que no fluyan libremente.
• Gran caída de presión.
• Puede ocurrir desgaste, ruptura de los gránulos de catalizador debido al impacto contra las paredes del reactor.

Tratamiento de aguas residuales contaminadas con anilina y nitrobenceno.

Están comúnmente aplicados en procesos de craqueo catalítico, oxidación de naftaleno a anhídrido ftálico, tostado de minerales sulfurados, coquización de residuos de petróleo y calcinación de piedra caliza.

Semi-Batch (semi-tandas)[pic 8]

Fases homogéneas: líquidas generalmente, pero también se usan con poca frecuencia  para muchas reacciones de dos fases (es decir, sólido / líquido).

• Buen control de temperatura
• Reacciones secundarias no deseadas minimizadas

• Alto costo laboral por unidad de producto
• Producción a gran escala difícil de lograr
• Operaciones del reactor difíciles de analizar

Se usan cuando una reacción tiene muchas reacciones secundarias no deseadas o tiene un alto calor de reacción, para la producción de polímeros de alquenos catalizadas por metalocenos.

Slurry Reactors[pic 9]

Heterogéneo. Tres fases: Líquido, sólido y Vapor (gaseosa), reacción trifásica simultánea, Pueden operar en lote o semilote o de manera continua.

• Buen control de temperatura.
• Buena recuperación de calor.
• La actividad catalítica global constante se mantiene fácilmente mediante la adición de una pequeña cantidad de catalizador.
• Útil para catalizadores que no pueden ser granulados.
• La gran capacidad térmica del reactor actúa como una característica de seguridad contra explosiones.

• El reactor puede taparse.
• Incertidumbres en el proceso de diseño.
• Encontrar líquidos adecuados puede ser difícil.
• Mayor relación de líquido a catalizador que en otros reactores.

Producción de polietileno, plantas de proceso licuefacción de gas (GTL) por ejemplo convertir gas natural en diésel, reacciones particulares de hidrogenación oxidación hidroformación y etinilación todas en fase de suspensión. Producción de carbonos de alto peso molecular en reactores de suspensión.

Moving Bed Reactors

[pic 10]

Reactores catalíticos de dos fases (heterogéneos), la masa del catalizador (Fase sólida) y los reactivos en fase fluida (líquido o gas).

• Catalizador fácil de regenerar
• Tener características de flujo de tapón
• Bajo costo de manejo del catalizador
• Alta tasa de conversión
• Buena selectividad

• El flujo de sólidos no es fácil de mantener.
• Pobres características de transferencia de calor.
• El reactivo fluido puede pasar por alto el lecho del catalizador
• Distribución sólida difícil de mantener
• Puede ocurrir estancamiento
• Puede ocurrir desgaste, ruptura de los gránulos de catalizador debido al impacto contra las paredes del reactor.

Tratamiento de aguas residuales, se ajustan a la aplicación de selección de agentes microbianos específicos. Son reactores efectivos para el proceso de reducción de la demanda química de oxigeno (DOQ) y nitrificación y desnitrificacion.