Reactores químicos tipo operación

1.Reactores químicos discontinuos

Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reacción, sino más bien, al inicio del proceso se introduce los materiales, se lleva a las condiciones de presión y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempo preestablecido, luego se descargan los productos de la reacción y los reactantes no convertidos. También es conocido como reactor tipo Batch.

1.1 Reactores de tanques discontinuos

2. Reactores isotérmicosTambién se pueden mencionar los reactores ISOTÉRMICOS, que son aquellos que trabajan u operan a una misma temperatura constante; y también los reactores ISOBÁRICOS, que son aquellos que trabajan u operan a una misma presión constante

En reactores no isotermos, la temperatura o perfil de temperaturas con que opera el reactor será el resultado del balance energético siguiente

Es interesante observar que el balance energético propuesto se cierra a través del calor tomado o cedido en la reacción. Este tendrá gran influencia en la velocidad con la que tiene lugar la reacción, la cual estará relaciona da también con el calor de reacción.

Para estudiar la gran influencia que tiene el calor de reacción en la velocidad de reacción y su relación con la transferencia de calor desde o hacia el exterior del reactor, vamos a considerar el caso de reacciones exotérmicas y endotérmicas llevadas a cabo en reactores discontinuos adiabáticos (sin transferencia de calor con el exterior).

En las reacciones endotérmicas al inicio de la reacción existe una absorción inicial del medio, bajando por lo tanto la temperatura del sistema. Con la disminución de la temperatura se produce una disminución de la velocidad de reacción (suponemos que la contante de velocidad está regida por la expresión de Arrhenius ; K = A exp(-Ea/RT)). La comparación de este reactor con un reactor isotermo muestra los resultados de la fig. 10.3

Fig. 10.3

Como se puede ver en la fig. 10.3 para unas condiciones iniciales idénticas en ambos tipos de reactores, la velocidad de reacción para los mismos grados de conversión es inferior en el adiabático que en el isotérmico. Además, y cualesquiera que sean los tipos de reactores empleados, se requieren mayores tiempos de residencia, y por lo tanto mayores volúmenes, en los adiabáticos que en los isotérmicos.

Con estos resultados a la hora de establecer las condiciones de operación óptimas, tendremos que seguir la pauta de la aportación de calor de calor desde el exterior.

Esta aportación de calor se puede efectuar de diferentes formas, como por ejemplo con una camisa de fluido caliente por el exterior del reactor, mediante un serpentín interno de calefacción, absorción de calor radiante proveniente de llamas obtenidas en quemadores en los hornos industriales, adición de vapor de agua u otro fluido con un gran nivel energético, inerte con respecto a las sustancias que intervienen en la reacción, simultanear una reacción exotérmica que aporte toda o parte de la energía requerida en la primera, etc.

En el caso de tener reacciones exotérmicas llevadas a cabo en reactores discontinuos adiabáticos, la temperatura se eleva a medida que aumenta el grado de conversión. A bajas concentraciones la elevación de la temperatura incrementa la velocidad de reacción en mayor medida que el efecto del descenso de la misma debido a una disminución en la concentración de los reactivos. En estas condiciones el efecto global es el aumento de la velocidad de reacción. Esta tendencia continúa hasta que se alcanza un máximo de velocidad, a partir del cual la velocidad de reacción empieza a disminuir, pero siempre se sitúa en unos niveles por encima de la velocidad de reactores isotérmicos.