reactores de lecho fijo, Diapositivas de Ingeniería Química

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RECTORES DE LECHO

FIJO

¿QUE ES UN REACTOR HETEROGÉNEO?

En este tipo de reactores se presentan 2 o 3 diferentes tipos de fases, implican que la composición no es uniforme también el cual pueden hallarse los reactivos y productos en fase gas, liquido y solido. La fase solida puede tener otros usos, como por ejemplo de catalizador , inerte para proporcionar la distribución de flujo de calor adecuada o incluso el de crear superficies adecuadas de transferencia de materia. La mezcla resultante se logra ver una frontera entre los componentes, dando a hincapié a la presencia de las diferentes fases que ocurrieron para su proceso. Tomando en cuenta la existencia de estas fases diferentes, se debe de tomar bastante en cuenta 2 puntos:

1. La diferencia en la velocidad de la reacción
2. La complejidad del esquema de contacto para sistema de 2 fases

REACTOR DE LECHO FIJO

Los reactores catalíticos de lecho fijo son columnas cilíndricas empacadas con

partículas de catalizador. Estas partículas están inmovilizadas, y por tanto en

contacto unas con otras.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

a) La reacción química se lleva a cabo en un sistema abierto.

b) Los reactantes y productos se añaden y descargan continuamente.

c) Operan a régimen estable.

d) La temperatura, presión y composición pueden variar con respecto al tiempo.

FUNCIONAMIENTO

• (^) El fluido se mueve a través de los espacios que hay entre las partículas. Las

partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse una de otras.

Finalmente salen los productos formados o transformados por el efecto catalítico.

REACTOR DE LECHO FIJO DE TUBOS

MÚLTIPLES

En el reactor de lecho fijo las partículas están inmovilizadas, y por tanto en íntimo contacto unas con otras. En el reactor de lecho fluidizado las partículas están en suspensión, pero la velocidad del fluido no es suficiente para arrastrarlas. Los factores a tener en cuenta para decidir entre uno u otro son: el contacto sólido-fluido, el control de temperatura, el tamaño de partícula a emplear (ligado íntimamente con la pérdida de presión permisible) y la manera de afrontar el problema de la regeneración si el catalizador sufre desactivación rápida

1. Contacto sólido-fluido. En el lecho fijo el fluido al circular por el espacio

libre entre las partículas sigue un modelo de flujo muy próximo al flujo en pistón.

El funcionamiento del reactor es fácil de comprender y de poner a cabo en un

modelo.

2. Control de temperatura. El control eficaz de la temperatura en lechos

fijos grandes resulta difícil debido a que estos sistemas se caracterizan por una

conductividad calorífica baja. Así en reacciones altamente exotérmicas es muy

probable que la temperatura aumente puntualmente o que se formen frentes

calientes móviles que podrían deteriorar el catalizador.

3. Tamaño de partícula de catalizador. En el reactor de lecho fijo, para

reducir la pérdida de presión por circulación del fluido se emplean partículas que

oscilan desde 1-2 mm. a varios cm. Con este tamaño la eficacia de partícula es

baja, de forma que el tamaño de partícula se optimiza para hacer compatible

una pérdida de presión aceptable con una eficacia de partícula superior al 50%.

4. Regeneración. Los catalizadores sufren desactivación cuando están en

operación. Si la pérdida de actividad es lenta, puede usarse un reactor de lecho

fijo. La dificultad se salva entonces sobredimensionando el reactor y

sustituyendo el catalizador usado en las paradas programadas.

DISEÑO EMPÍRICO

Basado en verificar experimentalmente los fenómenos que se van a dar en el reactor. Apoyándose en datos experimentales, obtenidos a diferentes escalas:

• Laboratorio
• Planta piloto
• Semi-industrial Se realiza a partir de expresiones matemáticas, que tienen en cuenta los distintos fenómenos que ocurren en el reactor:
  • Reacción química
  • Transporte de materia, de energía y cantidad de movimiento

DISEÑO CIENTÍFICO

DISEÑO DE REACTORES DE LECHO FIJO

CONSIDERACIONES DEL DISEÑO

ECUACIÓN DE DISEÑO

La velocidad de reacción se basa en la masa de catalizador sólido , W, y no el volumen de reactor, V. Para un sistema heterogéneo fluido-sólido , la velocidad de reacción de una sustancia A se define como Se usa la masa de catalizador sólido porque la cantidad de catalizador es importante en la velocidad de formación del producto. El volumen del reactor que contiene el catalizador tiene importancia secundaria. Igual que en el PFR, se asume que el PBR no tiene gradientes radiales de concentración, temperatura o velocidad de reacción. El balance de moles generalizado para la especie A sobre el peso de catalizador ΔW da la ecuaciónW da la ecuación

CAÍDA DE PRESIÓN EN REACTORES

• (^) Para reacciones en fase liquida, la concentración se ve cambiada de manera poco efectiva por cambios en contraste muy grandes de presión global. Por lo tanto se puede ignorar este efecto de caída de presión sobre velocidad en reactores químicos en fase liquida. Al contrario en reacciones de fase gaseosa, se debe de tomar muy en cuenta y de manera correcta estos efectos que serán la base para el exitoso funcionamiento del reactor o su fracaso. Esto ultimo se ve presentado en micro reactores empacados con catalizador solido, en este caso los canales son tan pequeños que la caída de la presión logra limitar el paso del flujo, y por lo tanto la conversión de reacciones en fase gaseosa, la concentración de las especies reaccionantes es proporcional a la presión global; en consecuencia, tomar en cuenta de manera correcta los efectos de la caída de presión sobre el sistema de reacción constituye, en muchos casos, un factor clave para el éxito o el fracaso de la operación del reactor.