varía,
b). de flujo estacionario
b.1). Tubulares continuos
b.2). Tanque continuos
La composición, en
cualquier punto no
varía con el tiempo.
Alimentación
Productos Productos
Alimentaciónc). De flujo no
estacionario
semicontinuo
B
A
A
B
3.2 CARACTERÍSTICAS, VENTAJAS, DESVENTAJAS Y USO DE LOS REACTORES:
1. Reactores Intermitentes:
Las características principales de los reactores intermitentes (ó por lotes ó batch como también se les denomina) son las siguientes:
a) La reacción química se lleva a cabo en un sistema cerrado.
b) Todos los reactivos son cargados al reactor al inicio de la operación. c) Al final de la operación, la masa reactiva se descarga a un mismo
tiempo.
d) Operan a régimen inestable.
Algunas de las ventajas de los reactores intermitentes son los siguientes: a) Su operación es sencilla.
b) Es más versátil que un reactor continuo.
c) El costo inicial es menor que el de los reactores continuos. Algunas desventajas tenemos:
a) El costo de operación es mayor que el de los reactores continuos. b) Requiere un ciclo de operación complicado.
Algunos usos:
a) Son generalmente usados para líquidos. b) Cuando se desea una producción pequeña. c) Para estudios cinéticos de laboratorio.
d) Cuando el tiempo de residencia para lograr una determinada calidad es muy grande.
e) Cuando se desea obtener productos muy puros. 2. Reactores Tubulares Continuos:
Características:
a) La reacción química se lleva a cabo en un sistema abierto.
b) Todas las reactantes y productos se añaden y descargan continuamente.
c) Operan en régimen estable. Por ende, ninguna de las propiedades del sistema varía con respecto al tiempo en un punto dado del reactor.
d) La temperatura, presión y composición pueden variar con respecto al tiempo de residencia o longitud del reactor.
Una consideración que generalmente se toma en el diseño de reactor
Tubular es la de suponer que el Transporte de masa y calor se efectúa por convección forzada y únicamente en la dirección axial. Suponiendo a la vez que el perfil de velocidades es el siguiente:
Está consideración lleva el diseño de reactores tubulares a un plano ideal.
Ventajas:
a) Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores intermitentes.
b) Su operación es continua.
c) Se facilita el control automático de la producción.
d) Más eficiente, en general, que el reactor continuo tipo tanque.
Desventajas:
a) Su costo inicial es alto.
b) No se recomienda su uso para reacciones que requieren mucho tiempo de residencia.
c) El tiempo de residencia está fijo para un flujo dado de alimentación.
Usos:
a) Son generalmente usados para gases y vapores.
b) Cuando se desea una producción grande en forma continua. c) Para reacciones endotérmicas y exotérmicas.
d) Empacados con catalizadores sólidos, actúan como reactores catalíticos de cama fija.
e) Empacado con un reactante sólido, actúan como reactores heterogéneos de cama fija.
3. Reactores Continuos tipo Tanque:
Características:
a) La reacción química se lleva a cabo en un sistema abierto. b) Los reactantes se añaden y descargan continuamente. c) Operan a régimen estable.
Una consideración que generalmente se toma en el diseño de este tipo de reactores es la de suponer que la mezcla reactiva está bien agitada y por tanto la concentración, presión y temperatura son las mismas en cualquier
punto del reactor. Esta consideración lleva el diseño de reactores continuos tipo tanque a un plano ideal.
Ventajas:
a) Su costo de operación es bajo comparando con el de los reactores intermitentes.
b) Su operación es continua.
c) Se facilita el control automático de la producción.
d) Se tiene una sola temperatura en el sistema de reacción.
Desventajas:
a) Su costo inicial es alto.
b) Para tiempo de residencia muy grande, su tamaño a la vez es muy grande.
c) Menos eficiente, en general, que el reactor tubular.
Usos:
a) Son generalmente usados para líquidos. b) Cuando se desea una producción continua.
c) Para reacciones medianamente exotérmicas y endotérmicas. 4. Reactores Semi-continuos tipo Tanque:
Características:
a) Son reactores tipo tanque con agitación. b) Operan a régimen inestable.
Una consideración que generalmente se toma en el diseño de este tipo de reactores es la de suponer que la mezcla reactiva está bien agitada. Esta consideración lleva el diseño de estos reactores a un plano ideal.
Ventajas:
a) Su operación es semi-continua.
b) Se puede tener buen control de temperaturas.
c) La concentración de uno de los reactantes se puede mantener baja.
Desventajas:
a) Producción pequeña. b) Alto costo de operación.
Usos:
a) Para reacciones homogéneas en la fase líquida. b) Para reacciones muy exotérmicas.
c) Cuando se desea tener una concentración baja de uno de los reactores.
3.3 BALANCE DE MASA Y ENERGÍA EN UN REACTOR:
Los balances de masa y energía en un reactor proporcionan las bases para relacionar la velocidad de producción y la composición de los productos con la velocidad de la reacción química. Si la operación no es estable, también existirán cambios con respecto al tiempo. En un sistema de una sola reacción, generalmente resulta que uno de los reactantes es crítico debido al costo o a su disponibilidad limitada, por lo que el balance de masa se aplica a este reactante limitativo. Claro está que se puede hacer un balance para cada componente y para la masa total, pero esto no es necesario, pues la composición de la mezcla reaccionante puede expresarse en términos de una variable, la conversión y la estequiometría de la reacción.