REACCIONES Y
REACTORES GAS-LÍQUIDO REACCIONES Y
REACTORES GAS-LÍQUIDO
Prof. Antonio Monzón
ARQ. Curso 2008-2009
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
1. Reacciones Gas-Líquido Industriales 2. Tipos de Reactores Gas-Líquido
3. Transferencia de Materia con Reacción Química 3.1. Reacción de pseudo-primer orden
3.2. Regímenes de reacción
3.3. Reacción de segundo orden
3.4. Cálculo del factor de aceleración, E, y de j
A4. Elección del Tipo de Reactor
5. Diseño de Reactores Gas-Líquido
5.1. Reactores Tipo Torre de Relleno 5.2. Reactores Tipo Tanque Agitado 5.3. Reactores Tipo Torre de Burbujeo
5.3.1. Dispersión Axial en Torres de Burbujeo
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
En un gran número de reacciones industrialmente importantes, se lleva a cabo una reacción entre un gas y un líquido.
El objetivo habitual es la obtención de un determinado producto, como por ejemplo un hidrocarburo clorado tal como el clorobenceno, obtenido por reacción entre el cloro gas y el benceno líquido.
En otras ocasiones, el líquido es simplemente el medio de reacción, que puede contener, o no, un catalizador, y los reactantes y productos son todos gaseosos.
En otros casos el objetivo es separar un componente de una mezcla gaseosa como el CO2 mediante su absorción en un líquido. En este caso, aunque podría utilizarse agua pura para la absorción del CO2, si se utiliza una disolución alcalina de hidróxido sódico, carbonato potásico, o de etanolaminas, tanto la capacidad, como la velocidad de absorción del líquido, aumentan considerablemente debido a la reacción química del CO2 con el álcali presente en la fase líquida.
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
Sistemas de Absorción con Reacción Química
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
Absorción de gases ácidos Absorción de SO3 en ácido sulfúrico diluido Absorción de NO2 en ácido nítrico diluido
Eliminación de CO2 y H2S por absorción en disoluciones alcalinas
Oxidación de compuestos orgánicos con Oxígeno o aire
Oxidación de parafinas a ácidos
Oxidación de p-xileno a ácido tereftálico Oxidación de ciclohexano a ciclohexanona Oxidación de ciclohexano a ácido adípico Oxidación de tolueno a ácido benzóico Oxidación de acetaldehido a ácido acético Oxidación de etileno a acetaldehido
Oxidación de cumeno a hidroperóxido de cumeno
Cloración Cloración de dodecano
Cloración de benceno a clorobenceno Cloración de tolueno a clorotolueno Cloración de etileno a cloroetileno
Hidrogenación de compuestos orgánicos
Hidrogenación de compuestos aromáticos Hidrogenación de olefinas
Hidrogenación de ésteres de ácidos grasos Hidrogenación de aldehídos insaturados
Procesos Gas-Líquido Industriales
Halogenaciones Halogenación (HBr, HCl) de alcoholes a halogenuros de alquilo
Halogenación (HBr) de olefinas a bromuros de alquilo Halogenación (HCl) de vinilacetileno a cloropreno
Otras reacciones Absorción de CS2 en disoluciones acuosas de aminas para obtención de ditiocarbamatos
Absorción isobutileno en ácido sulfúrico
Absorción butenos en ácido sulfúrico para obtención de butanoles secundarios
Absorción de butadieno con complejos cuprosos
Absorción de acetileno en disoluciones de ClCu para obtención de vinilacetileno
Sulfatación de alcoholes con SO3
Polimerización de olefinas en disolventes orgánicos Absorción de etileno en ClS para obtención de
diclorodietilsulfuro
Absorción de CO2 en disoluciones de cal o sulfuro de Ba para obtención de CaCO3 o BaCO3
Oxidación de ClCu (aq.) a CuCl2, oxicloruro de Cu
Procesos Gas-Líquido Industriales
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
Tipos de Reactores Gas-Líquido
En los reactores gas-líquido alguno de los componentes de la fase gaseosa se disuelve en la fase líquida reaccionando con
alguno de los componentes de esta.
Esto hace que el análisis detallado de este tipo de reactores sea muy complejo como consecuencia de la ocurrencia simultánea de los fenómenos difusión y de reacción química.
Por otra parte, las condiciones hidrodinámicas, aunque son
difíciles de definir, tienen gran influencia sobre el funcionamiento
de los reactores
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
La velocidad global del proceso esta determinada por las velocidades de transferencia de materia en el gas y en el líquido y por la velocidad de la reacción química.
La difusividad de los gases es varios órdenes de magnitud superior a la de los líquidos, por tanto la resistencia a la transferencia de materia en la fase gas solamente llega a ser significativa solo en el caso de reacciones muy rápidas.
Dependiendo de la magnitud relativa de la velocidad de transferencia de
materia con respecto de la velocidad de la reacción química, se distinguen dos casos:
a) reacción irreversible instantánea en la que la velocidad global del proceso está gobernada por la difusión de los reactantes
b) reacción lenta con concentración uniforme de reactantes en toda la fase líquida, en la que la concentración del gas disuelto está determinada por el equilibrio entre fases. La velocidad global del proceso esta determinada por la velocidad de la reacción química.
Tipos de Reactores Gas-Líquido
Reacciones y Reactores Gas-Líquido
El diseño de un reactor gas-líquido sigue dos etapas:
a) La elección del tipo de reactor adecuado
b) La definición de las condiciones de operación y de los parámetros geométricos del contactor.
Por otra parte, en una reacción gás-líquido, el rendimiento y la selectividad están afectados por la transferencia de materia, la naturaleza del contacto gas-líquido y la distribución de tiempos de residencia en ambas fases, i.e. por el tipo de flujo en cada fase.
Por ejemplo, para un conjunto de reacciones en serie, una baja velocidad de transferencia de materia en la fase líquida, origina una disminución de la
selectividad al producto intermedio. Esta situación se presenta, por ejemplo, en la cloración de compuestos orgánicos. La oxidación de hidrocarburos es otro ejemplo en el que la transferencia de materia determina la selectividad al producto deseado.
