Diseño de reactores

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Como su propio nombre indica, el diseño de reactores es la ciencia y el arte de seleccionar, crear y diseñar reactores químicos con un propósito específico: llevar de reactivos a productos de la forma más eficiente posible. Probablemente esta disciplina es la que establece a la ingeniería química como una rama independiente de la ingeniería. Para tal fin es necesario conocer tanto la cinética como la termodinámica de las reacciones de interés.

Clasificación de reactores[editar]

Fases[editar]

Existen vários criterios a la hora de clasificar a los reactores químicos. En función del número de fases presentes en el reactor, pueden distinguirse:

  • Reactores homogéneos: Son aquellos en los que tanto reaccionantes como productos se encuentran en la misma fase (gas, o líquido en general).
  • Reactores heterogéneos: Son aquellos en los que hay más de una fase.

Forma en la que operan[editar]

También pueden clasificarse según la forma en la que operan:

  • Reactores continuos: Son aquellos que trabajan en estado estacionario; es decir, aquellos en que en cada instante se introduce alimentación fresca.
  • Reactores discontinuos: Trabajan por lotes; es decir, se carga una cantidad de alimentación y se deja reaccionar durante un tiempo. Una vez transcurrido el tiempo de reacción se carga de nuevo otra cantidad de alimentación, y así sucesivamente.
  • Reactores semicontinuos: Una fase del reactor se comporta de forma continua mientras que otra lo hace de forma discontinua.

Otros[editar]

Dependiendo del tipo de flujo pueden calsificarse en:

  • Reactores ideales: Son aquellos en los que el tipo de flujo es ideal (teórico). Se distinguen dos tipos, el reactor de mezcla perfecta y el reactor de flujo en pistón.
  • Reactores reales: Son aquellos que no son ideales.

Reactores ideales[editar]

Reactor discontinuo perfectamente agitado[editar]

Es el reactor en que su contenido esta perfectamente agitado y su composición es igual en todo el reactor. La composición varía con el tiempo hasta alcanzar una conversión final o de equilibrio del reactivo para las condiciones establecidas (temperatura, concentraciones iniciales de reactivos, presencia de inertes). una vez detenida la reacción (velocidad de reacción tendiente a cero), se debe vaciar total o parcialmente el reactor e incorporar nueva corriente de entrada si se quiere seguir produciendo productos de reacción.

Reactor de mezcla perfecta[editar]

La composición de la corriente de salida es igual a la composición dentro de cualquier punto del reactor, esta composición no varía en el tiempo, por lo que se considera en ESTADO ESTACIONARIO. Este tipo de reactores son ideales para estudios cinéticos o de diseño experimental de reactores puesto que son de sencilla construcción en el laboratorio y además en su cálculo de diseño ofrecen la posibilidad de relacionar el grado de conversión requerido (X), la velocidad de reacción(r), el volumen (V) y las concentraciones iniciales de reactivos (Co), todo en una expresión resultante de un balance de masa, sin necesidad de integrar, puesto que el reactor se halla en estado estacionario respecto a la posición dentro del reactor y con respecto al tiempo.

Ecuación de diseño: \frac{V}{F_{A0}}=\frac{X_A}{-r_A}

Reactor del flujo en pistón[editar]

En los reactores de flujo pistón isotérmicos la temperatura no varía con la posición en el reactor. Además, no varía con el tiempo por tratarse de un reactor de flujo pistón en estado estacionario. La velocidad de reacción será sólo función de la conversión (o de la concentración) En realidad los reactores de flujo en pistón son reactores tubulares que tienen la particularidad de que en ellos se supone que no existe retromezcla (backmixing)y que cada porción de corriente de entrada que ingresa no se mezcla para nada con su inmediata posterior, la composición de cada diferencial de volumen va variando respecto a la longitud del reactor.

Ecuación de diseño:   \tau=\int_{0}^{X_A}\frac{dX}{-r_A}

Véase también[editar]