reactores para escoger

5/26/2018 Reactores Para Escoger

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SELECCIN DEREACTORESQUMICOS.

I N S T I T U T O T E C N O L O G I C OD E O R I Z A B A

Transcrito por Mauricio Martnez Rodrguez de una

tesis de curso especial de titulacin con fecha de

diciembre de 1989.


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Tabla de contenido

PRLOGO ............................................................................................................................................ 2

1. INTRODUCCIN .............................................................................................................................. 3

1.1 El reactor qumico y la reaccin qumica ...................................................................................... 3

1.2 Reactores ideales .......................................................................................................................... 4

1.3 Reaccin continua y discontinua ................................................................................................... 5

1.4 Factores que afectan la operacin. ............................................................................................... 6

2. CLASIFICACIN DE LOS REACTORES QUMICOS ............................................................................ 9

2.1 Aspectos mecnicos o detalles de construccin ........................................................................... 9

2.2. Intercambio de materiales con su medio ambiente .................................................................. 18

2.3. Clasificacin de acuerdo a las fases presentes ........................................................................... 23

2.4. Clasificacin en base a la presencia de catalizadores ................................................................ 25

2.5. Clasificacin en base a su temperatura de operacin ............................................................... 34

2.6. Reactores especiales .................................................................................................................. 35

3. SELECCIN DE REACTORES QUMICOS ........................................................................................ 37

3.1. Seleccin de equipo de proceso ................................................................................................. 37

3.2. Especificaciones para un reactor qumico .................................................................................. 40

3.3. Factores que influyen en la seleccin del tipo de reactor ......................................................... 41

3.4. Factores tcnicos ........................................................................................................................ 42

3.5. Factores sociales ........................................................................................................................ 49

3.6. Factores econmicos .................................................................................................................. 50

3.7. Usos industriales de los reactores qumicos .............................................................................. 60

3.8. Ventajas de los reactores qumicos ............................................................................................ 61

3.9. Desventajas de los reactores qumicos ...................................................................................... 61

4. PROBLEMAS DE APLICACIN ....................................................................................................... 63

Conclusiones ..................................................................................................................................... 69

Bibliografa ........................................................................................................................................ 70


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PRLOGO.

El tipo de problema industrial al que nos referimos en este trabajo es: como elegir el tipo de

reactor para una reaccin qumica determinada.

Cuando el ingeniero qumico se enfrenta a un problema de este tipo, generalmente tiene que

considerar prefijadas dos cosas: la escala de operacin y la cintica de la reaccin. A partir de estastiene considerable libertad de eleccin, puede adoptar un proceso discontinuo o uno de los

diversos tipos de procesos continuos; dentro de ciertos limites puede elegir las temperaturas y

presiones de operacin; as como los valores que crea mas convenientes para la concentracin

inicial de los reaccionantes.

La finalidad del presente trabajo es mostrar los casos a seguir en la seleccin de un reactor

qumico. Se incluye informacin que es til para otro tipo de equipo.

Despus de la introduccin, en el capitulo segundo se muestra una clasificacin de los reactores

qumicos hecha en base a lo investigado; se describen tambin sus caractersticas principales.

El capitulo tercero es el tema central de este trabajo, incluye informacin sobre los factores mas

importantes a considerar en la seleccin de reactores qumicos, as, como sus ventajas y

desventajas, al igual que sus usos industriales lo cual facilita la seleccin.

El ultimo capitulo pretende mostrar por medio de todo lo descrito en los primeros captulos y

tema central en que se lleva a cabo la seleccin de los costos de los reactores qumicos.

El seleccionar equipo requiere de muchos factores y de un criterio que se logra por medio de

conocer todas las variables a intervenir en el proceso. En este trabajo se describen los factores y

variables a tomar en cuenta cuando se requiere llevar a cabo una cierta reaccin.

CAPITULO I. INTRODUCCION.


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1.1.El reactor qumico y la reaccin qumica.En la actualidad los procesos qumico-industriales se han de proyectar para obtener

econmicamente un determinado producto, a partir de diferentes materias primas, que se

someten a etapas diferentes de tratamiento como:

Etapas de tratamiento fsico para ponerlas en la forma en que pueden reaccionar qumicamente, y

a continuacin pasan al reactor. Los productos de reaccin han de someterse despus a nuevos

tratamientos fsicos (separaciones, purificaciones, etc.) para obtener el producto deseado.

En efecto la transformacin de unos productos en otros de mayor utilidad tiene lugar a travs de

transferencia de calor y materia dependiente de la termodinmica, cintica y mecanismos de la

propia reaccin qumica.

Un reactor qumico es un aparato que proporciona un espacio, aislado de los alrededores, donde

la reaccin qumica puede tener lugar en condiciones deseadas de temperatura, presin y

concentracin.

Las reacciones qumicas como se realizan en condiciones industriales son casi siempre complejas.

En un sistema de reactor existir la reaccin principal, o deseada, junto con una o mas reacciones

secundarias. Las reacciones secundarias producen subproductos indeseables y reducen as el

rendimiento de la reaccin.

La corriente producto del reactor debe tratarse de modo que se separe y se verifique la materia

prima que no ha reaccionado y el producto deseado. La materia prima no reaccionada puede

recircularse al reactor, el producto deseado se procesa posteriormente, y el subproducto no

deseado se recupera y se dispone del mismo de alguna manera.

Una reaccin qumica tiene diversas variables importantes:

1. La cintica de las reacciones. La velocidad con que los productos qumicos reaccionan es lacaracterstica ms importante para seleccionar un reactor. Las velocidades de las diversas

reacciones dependen normalmente fuertemente de la temperatura y de la composicin.

La velocidad de reaccin se define formalmente como el cambio de numero de moles de un

componente con respecto al tiempo, por unidad de volumen de mezcla reaccionante. Esta

cantidad es negativa cuando es reaccionante y positiva cuando se trata de un producto.

La velocidad de reaccin se escribe normalmente en la forma:

y

Se conocen muchas formas diferentes de la reaccin general. Un anlisis matemtico exacto es

normalmente bastante complejo y, con frecuencia, estos anlisis se restringen a formas ms

sencillas. En muchos casos existe poca diferencia con la forma exacta utilizada, y un anlisis

sencillo es normalmente suficiente.


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Con objeto de determinar las constantes A y E en la ecuacin para k es necesario tener dato de

velocidad de reaccin para dos o mas temperaturas. Estos se disponen raramente, y cuando

existen, con frecuencia es difcil saber el mecanismo exacto de la reaccin. Como consecuencia no

es frecuente que un conocimiento preciso de A y E exista. Para muchos casos de seleccin de

reactores qumicos no es necesario este conocimiento. Sin embargo, es muy bueno disponer de

datos de velocidad de reaccin para dos o ms temperaturas.

2. El efecto calorfico de la reaccin. Casi todas las reacciones qumicas tienen un efectocalorfico. Con frecuencia, este efecto calorfico es importante y un reactor debe disearse

de modo que suministre o acepte calor. El producto de la velocidad de reaccin y el efecto

calorfico de la reaccin es una caracterstica de la reaccin de gran importancia debido a

que este valor determina el tamao y la forma del rea de transmisin de calor asociada

con el reactor.

3. La naturaleza corrosiva de los materiales reaccionantes. Obviamente esto determina eltipo de material de construccin del reactor, y esto a su vez, tiene un efecto importante en

el diseo y coste del reactor.

Respecto a esto, en la construccin de los reactores se emplean tcnicas diversas. Para presiones

muy elevadas se utilizan tanto la foja y el laminado como el torno y la autgena. A temperaturas

elevadas, a veces se necesitan revestimientos aislantes para reducir la temperatura de la

armadura metlica y permitir as el empleo de paredes mas finas. Tambin pueden enfriarse las

paredes por circulacin de la carga fra a travs de un espacio anular, o bien por enfriamiento

externo. El enfriamiento es necesario a veces para hacer mnima la corrosin; as en la preparacin

de cloruros metlicos a temperaturas elevadas, los reactores estn aislados con un espesor

considerable de material cermico; pero como hay siempre la posibilidad de fugas, es conveniente

enfriar tambin las paredes de acero hasta temperaturas inferiores a 320

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C por medio de chorrosexternos de aire; de otro modo, el acero puede quemarse por accin del cloro.

4. El valor econmico relativo de los reactantes, productos y subproductos.

1.2.Reactores ideales.Hablaremos en breve de estos tres tipos de reactores, ya que estos son relativamente fciles de

estudiar, a la vez que suelen representar el mejor modo de poner en contacto los reactantes, sin

que importen las condiciones de operacin. Por estas razones se tratan de disear los reactores

reales de tal manera que sus flujos se aproximen a los de estos modelos ideales.

REACTOR DISCONTINUO. Los reactantes se introducen en el reactor se mezclan, se deja que

reaccionen un tiempo determinado, y finalmente se descarga la mezcla resultante. Es esta

operacin de tipo estacionaria en la que la composicin va variando con el tiempo, aunque en

cada instante es uniforme en todos los puntos del reactor.


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REACTOR DE TIPO FLUJO EN PISTON. Tambin se conoce como reactor de flujo de tapn, de flujo

tubular ideal, y de flujo uniforme; por lo general se le denomina reactor de flujo en pistn y a su

modelo de flujo se le designa por flujo en pistn.

Se caracteriza por que el flujo del fluido a travs de l es ordenado, sin que ningn elemento del

mismo sobrepase o se mezcle con cualquier otro elemento situado antes o despus de aquel; enrealidad, en este reactor puede haber mezcla lateral del fluido, pero nunca ha de existir mezcla o

difusin a lo largo de la trayectoria del flujo.

La condicin necesaria y suficiente para que exista flujo en pistn es que el tiempo de residencia

en el reactor sea el mismo para todos los elementos del fluido.

REACTOR DE MEZCLA COMPLETA. Llamado tambin reactor de retro mezclado, reactor ideal de

tanque con agitacin, o reactor CFSTR (Constant Flow Stirred Tank Reactor), y como su nombre lo

indica, es el reactor en el que su contenido esta perfectamente agitado, y su composicin en cada

instante es la misma en todos los puntos del reactor. Por consiguiente la corriente de salida de ese

reactor tiene la misma composicin que la del fluido contenido en el mismo. A este tipo de flujo ledenominaremos flujo en mezcla completa, y el reactor correspondiente reactor de flujo en mezcla

completa.

En la figura 1.2.1. Se pueden apreciar los tres tipos de reactores ideales

1.3.Reaccin continua y discontinua.Ciertos productos obtenidos en cantidades mas bien pequeas (productos farmacuticos,

colorantes y otros) se fabrican discontinuamente. En una fabrica de este tipo de productos, unopuede sorprenderse por la presencia de centenares de autoclaves, cada uno de ellos utilizado para

producir una tonelada de un producto un da y una tonelada de otro producto completamente

diferente al da siguiente. Un sistema as ofrece una gran flexibilidad, especialmente cuando la

citada fbrica tiene una gama de cientos e incluso miles de productos cada uno producido en una

escala ms bien pequea. Otra ventaja de la operacin discontinua es que el costo de capital es a

menudo menor que el correspondiente proceso continuo. Por esta razn el sistema adecuado


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para nuevos procesos que en una etapa de desarrollo mas avanzada funcionaran en forma

continua. Las razones por las que el proceso continuo se adopta finalmente, en la mayora de las

industrias qumicas de gran escala son principalmente estas:

a) Disminucin del costo de trabajo (es decir, menor mano de obra en el crudo lenguaje de laadministracin). A causa de la eliminacin de ciertas operaciones, tales como el repetidollenado y vaciado de recipientes discontinuos.

b) Facilidad de control automtico. Tambin esto reduce costos de trabajo, aunquegeneralmente requiere un considerable costo de capital.

c) Mayor constancia en las condiciones de la reaccin y por tanto, mayor constancia en lacalidad del producto.

La correcta eleccin entre la reaccin continua y discontinua depende mucho de la magnitud de

los costos de trabajo en relacin a los de capital. Lo que es mejor par aun pas muy industrializado

no lo es necesariamente para otro que lo este menos.

Ahora podemos preguntarnos cual es la diferencia cientfica, en contraposicin con la econmica,entre la reaccin continua y discontinua. La cintica de las reacciones se estudia generalmente en

el laboratorio en condiciones discontinuas pero la aplicacin de los resultados al diseo de un

proceso continuo no implica nuevos principios de cintica, puesto que los cambios moleculares

son los mismos. La diferencia estriba en la existencia de un estado de flujo en el proceso continuo,

y esto puede ocasionar cambios importantes de carcter macroscpico. En particular, no todas las

molculas que pasan a travs del sistema fluyente tendrn necesariamente igual tiempo de

residencia, ni tendrn la misma historia en cuanto a los cambios de concentracin o temperatura.

A estos factores pueden causar cambios considerables de rendimiento o de velocidad media de

reaccin, en comparacin con un proceso discontinuo. Es especialmente el caso cuando la

reaccion se complica por la existencia de las reacciones secundarias. Aqu el rendimiento del

producto deseado puede diferir considerablemente entre las operaciones continua y discontinua,

y tambin entre los dos tipos principales de procesos continuos. El rendimiento de la reaccin no

es necesariamente mas bajo para el proceso continuo (en algunos casos puede ser mas elevado).

Sin embargo en ejemplos donde es mas bajo, este factor puede contrapesar las ventajas normales

de la operacin continua de modo que favorezca al sistema discontinuo.

1.4.Factores que afectan la operacin.La diferencia de comportamiento entre una reaccin continua y discontinua se puede analizar en

funcin de los siguientes factores:

a) Diferencias en distribucin de tiempo y residencia.b) Diferencias en historia de la concentracin.c) Diferencias en historia de la temperatura

El primero de todos se refiere a los tiempos de residencia y su variacin. Mientras en la reaccin

discontinua todos los elementos del fluido reaccionan en el mismo periodo de tiempo, ello no


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sucede en ninguno de los procesos continuos. En el caso del C.S.T.R. el factor que da lugar a los

distintos tiempos de residencia para las diferentes molculas es el comportamiento como si

hubiese mezcla perfecta. El reactor tubular (excepto cuando se aplica la condicin lmite de flujo

de pistn) los tiempos de residencia de molculas o de elementos del fluido individuales se

distribuyen anlogamente en un cierto intervalo de valores. Una de las causas es la variacin de la

velocidad del fluido en una seccin recta, es decir, el hecho de que algunos elementos del fluido semuevan ms rpidamente a travs del reactor que otros. Otra causa es la difusin (molecular o

turbulenta), y esto ocurre tanto en direccin del flujo como en direccin normal. El efecto de la

difusin longitudinal es reducir el tiempo medio de residencia de las molculas reaccionantes y

tambin aumentar el intervalo de los tiempos de residencia. La difusin lateral acta en direccin

opuesta y tiende a aproximar el comportamiento del sistema en flujo de pistn.

Siempre que ocurren estas variaciones de tiempos de residencia aparecen varias consecuencias

importantes. Una de ellas es un aumento en el tamao necesario de reactor para una produccin

y una eficiencia de conversin dadas. Es obvio que, si una fraccin apreciable del reaccionante

pasa a travs del reactor en un tiempo mucho mas corto que el valor medio de paso (tambinllamado tiempo de permanencia) tiene que ser aumentado para dar esa fraccin de reactante

oportunidad de reaccionar mejor. Otras consecuencias importantes aparecen en tipos especiales

de procesos; en ciertos tipos de reacciones de polimerizacin aumenta el intervalo de pasos

moleculares en el producto; en un proceso de cristalizacin hay un aumento similar en el intervalo

de los tamaos de partculas; y en ciertos tipos de cinticas qumica puede reducirse el

rendimiento del producto deseado.

El significado de la historia de la concentracin no es quiz el mismo que la distribucin de

tiempos de residencia aunque los dos factores estn relacionados. El ultimo esta determinado por

la fluido dinmica del sistema y por la presencia de la difusin y de la mezcla; el primero dependeparcialmente de estos factores, pero tambin de la presencia de la reaccin misma; cada tipo de

reaccin traza su propia y peculiar clase de historia.

Mientras en un proceso discontinuo o tubular las concentraciones de los reaccionantes cambian

continuamente, en un C.S.T.R. que comprenda varios tanques en serie las concentraciones

cambian discontinuamente; es decir, hay un cambio brusco desde un tanque al siguiente. Adems

la altura de las etapas esta determinada por la propia reaccin, as como el tamao de los tanques.

Cuanto mayor sea el orden de la reaccin, mayor es la fraccin de la conversin total que tiene

lugar en los primeros tanques de la serie, en que las concentraciones de las reacciones son mas

elevadas. As la altura de las ultima etapas, disminuye con la reaccin a las primeras.

Como consecuencia de ello es posible que por dos diferentes tipos de procesos continuos tener la

misma distribucin de tiempo de residencia (referida a su sustancia mezcladora) y tener sin

embargo, diferentes historias de concentracin y diferentes comportamientos.

En resumen el comportamiento del reactor como tal depende de la historia de la concentracin,

pero esta se origina por la propia reaccin, as por el tipo de flujo que exista dentro del sistema.


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La historia de la temperatura tiene lugar naturalmente en efectos mayores que la historia de la

concentracin, y ello es particularmente importante en reactores tubulares de lecho fijo. El fluido

se mueve cerca del eje de un reactor puede pasar a travs de una secuencia de temperaturas

completamente diferentes a las del fluido que se mueve mas cerca de la pared.

La composicin global del fluido a la salida es, consecuentemente, funcin de lo que esvirtualmente un numero infinito de diferencias de historia.


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CAPITULO II. CLASIFICACIN DE LOS REACTORES QUIMICOS.

2.1. Aspectos mecnicos o detalles de construccin.

Tomando en cuenta la forma de los reactores podemos clasificarlos de la forma siguiente:

REACTOR TANQUE. Este es quiz el tipo de reactor de ms uso comn en la industria qumica. En

la mayora de los casos, esta equipado con algn medio de agitacin (por ejemplo, centrifugacin,

oscilacin o sacudidas) as como elementos para la transferencia de calor (por ejemplo,

intercambiadores de calor de cubierta externos e internos). Esta clase admite tanto la operacin

discontinua como la continua en amplias gamas de temperaturas y presiones. Con la excepcin de

lquidos muy viscosos, el tanque con agitacin produce un mezclado casi perfecto (por retro

mezclado). En una operacin continua se pueden conectar en serie varios reactores de este tipo.

Tambin existen depsitos de reaccin unitarios de funcionamiento continuo, divididos en cierta

cantidad de compartimientos, cada uno de los cuales equivale a un tanque con agitacin.

REACTOR TUBULAR.Este tipo de reactor se construye ya sea de un solo tubo continuo o varios

tubos en paralelo. Los reactivos penetran por un extremo del reactor y el producto sale por el

otro, con una variacin continua en composicin de la mezcla de reaccin entre estos dos puntos.

La transferencia de calor hacia el reactor o desde este, se logra por medio de una camisa o un

CLASIFICACION DE LOSREACTORES QUIMICOS.

Aspectosmecnicos o

detalles deconstruccin

Reactor tipo tanque

Reactores tubulares

Intercambio demateriales con sumedio ambiente.

Reactores continuos

Reactores discontinuos

Reactores semicontinuos

Fases presentesReactores homogneos

Reactores heterogneos

Presencia decatalizadores

Reactores cataliticos

Reactores autocatalticos

Reactores no catalticos

Temperatura deoperacin.

Reactores isotrmicos

Reactores pseudoisotrmicos

Reactores no isotrmicos

Reactores adiabticos

Reactores no adiabticosReactores

especiales


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diseo de tubos del reactor pueden estar empacados con grnulos de catalizador o solidos inertes.

El reactor tubular tiene aplicacin en los casos en los que es indispensable el retro mezclado en la

direccin del flujo. Las reacciones tales como la disociacin cataltica de hidrocarburos, la

conversin de aire en NO, y la oxidacin de NO en NO2, son ejemplos de la aplicacin de este

genero de reactores.

2.1.1. Reactores tipo tanque con agitacin.

La agitacin se logra por medio de agitadores de formas diversas (principalmente turbinas o

hlices), o bien por circulacin forzada por una bomba externa o sumergida. Los reactores

pequeos pueden agitarse por vaivn, por sacudidas o por volteo de todo el recipiente. El diseo

del sistema de agitacin incluye el numero, tamao y posicin de los agitadores y tabiques

deflectores. a manera de orientacin la eficacia de agitacin puede expresarse en funcin de la

potencia suministrada a la unidad de volumen de los reactantes como sigue:

Intervalo de agitacin Moderada Vigorosa Intensa

Potenciasuministrada, CV/m3

0.12-0.25 0.60 Mas de 1.25

Desde el punto de vista de eficacia de un reactor, la agitacin vigorosa en un reactor continuo tipo

tanque con agitacin proporcionara un 90 % de la conversin que se lograra con mezcla perfecta.

Entre los dispositivos para lograr la transmisin de calor se incluyen paredes encamisadas,

serpentines internos y cambiadores de calor externos. El calentamiento tambin puede efectuarse

por contacto directo o elctricamente. Si la reaccin transcurre con desprendimiento de vapores,

para su enfriamiento debe emplearse un condensador de reflujo. La eleccin del dispositivo de

calefaccin depende de la facilidad con que se ensucie la superficie y la consiguiente frecuencia de

limpieza, el rea de superficie necesaria, las posibilidades de averas por fugas del agente de

transmisin del calor y la temperatura y presin del mismo. Como el rea de transmisin tiene un

valor moderado, resulta mas conveniente el empleo de la camisa de calefaccin. Para mejorar las

condiciones de transmisin, la camisa puede estar dispuesta de forma que el agente de

transmisin siga un recorrido en espiral y fluya a una velocidad elevada. En algunos recipientes se

ha fundido el serpentn de transmisin de calor en el interior de las paredes, lo que permite el

empleo de agentes de transmisin de calor a presin elevada.


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En la figura 2.1 es posible apreciar las formas en que se puede llevar a cabo la transmisin de calor

en los reactores de tanque con agitacin.

Los reactores cilndricos son los mas corrientes, predominando los de tipo vertical. Los reactores

verticales se utilizan en los siguientes casos:

a) Para tratamiento de suspensiones o lodos.b) Cuando se desea gran rea de superficie libre de liquido con miras a la evaporacin o a la

absorcin de gases.

c) Cuando es perjudicial la elevacin en el punto de ebullicin debido a la carga hidrosttica.d) Cuando se tratan materiales viscosos.

En los reactores verticales con agitacin, la altura del liquido es aproximadamente igual al

dimetro del recipiente; si se desea que la altura sea mayor, ser necesario el empleo de una

bomba de circulacin o de varios agitadores con deflectores especiales. En la figura 2.2. podemos

apreciar un tipo de reactor vertical, y en las figuras 2.3. y 2.4 los reactores horizontales.


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Los reactores continuos de tanque con agitacin de mltiples etapas; son tan corrientes los

reactores de un solo cuerpo como los de mltiples. Los ltimos son mas caros, pero se adaptan

mas fcilmente a las variaciones en el numero de etapas paralelas para aumento de flujo, y a la

transmisin de cantidades variables de calor. Cuando es posible, el flujo se hace por gravedad

entre las etapas, ya que el mantenimiento de las bombas es siempre un problema. Los tipos de unsolo cuerpo son mas compactos, mas baratos y mas fciles de manejar y mantener.

En la figura 2.5 podemos apreciar los reactores de tanque con agitacin de varias etapas.


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2.1.2. Reactores tubulares.

El reactor tubular se denomina as porque en muchos casos tiene la forma de un tubo. Sin

embargo lo que se entiende generalmente por reactor tubular es cualquier reactor continuo en el

que existe un movimiento estacionario de uno o de todos los reactantes en una direccin espacial

elegida (los reactantes entran por una parte del sistema o un extremo mejor dicho, y salen por el

otro) y en el que no se intenta inducir mezcla entre elementos del fluido en diferentes puntos a lo

largo de la direccin del flujo; es decir, es el tipo de reactor continuo para el que la hiptesis mas

adecuada para predecir su comportamiento en primera aproximacin es imaginar que el fluido se

mueve a lo largo del mismo como un embolo o pistn. Los reactores tubulares se utilizan enmuchas reacciones gaseosas en gran escala y tambin en determinadas reacciones en fase liquida.

Los reactores tubulares se utilizan mucho para reacciones catalticas. Aqu el reactor se llena con

partculas del catalizador solido, y por esta razn se le designa como reactor de lecho fijo. El

reactor consta frecuentemente de muchas docenas e incluso cientos de tubos en paralelo, fijos

entre dos cabezas, como un cambiador de calor de tubos y envolventes. Los tubos suelen tener un

dimetro de unos pocos centmetros y una longitud de varios metros.

Hay tres tipos principales de reactores tubulares:

1) Tubo sencillo encamisado2) Cambiador de calor de carcasa y tubos3) Horno de tubo (retorta tubular), en el cual los tubos reciben calor por radiacin y

conveccin de los gases de combustin.

Este ltimo se emplea para procesos endotrmicos, mientras que los otros son apropiados tanto

para procesos endotrmicos como exotrmicos. El reactor de tubo sencillo es muy simple.


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2.1.2.1. Reactor de carcasa y tubos.

La reaccin puede tener lugar en el interior o en el exterior de los tubos. La zona de reaccin

puede contener relleno para mezclar las fases o aumentar la turbulencia, un catalizador solido en

forma de grnulos o trozos grandes, tener las paredes revestidas con un catalizador, o bien estar

vacos. Los agentes de transmisin del calor pueden ser de cualquier naturaleza: refrigerantes,agua, vapor de agua, Dowtherm y sales fundidas. La figura 2.6 ilustra el principio frecuentemente

adoptado de emplear la mezcla reaccionante como agente de calefaccin, de enfriamiento dentro

del mismo reactor. En el reactor indicado, el aire reaccionante se precalienta por contacto

indirecto con los productos de reaccin y a su vez se enfra rpidamente.


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2.1.2.2. Hornos tubulares.

Se aplican en el cracking de hidrocarburos para obtener olefinas o gasolinas y, en general siempre

que se requieran temperaturas bastante elevadas.

El horno consta de una cmara de combustin revestida con refractario, con una serie de tubos

montados en las paredes y en la bveda y a veces en la solera. En la seccin de radiacin los tubos

estn en contacto directo con las llamas. La seccin de conveccin puede estar en la cmara

principal, separada por una pared de altar, o bien en el conducto de humos. Los tubos de

conveccin pueden tener una de estas emisiones:

a) Precalentar la cargab) Mantener la temperatura de reaccin alcanzada en la seccin de radiacinc) Recuperar el calor, bien por el calentamiento del aire de combustin, o bien por

generacin de vapor.

En la figura 2.7 podemos apreciar los tipos bsicos de hornos tubulares.


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2.2. Intercambio de materiales con su medio ambiente.

De acuerdo a estas caractersticas nos es posible clasificar a los reactores de la siguiente manera:

REACTOR CONTINUO. Los reactivos se introducen y los productos se extraen simultneamente y

en forma continua en los reactores de esta ndole. Este puede tener la forma de un tanque, una

estructura tubular o una torre, y tiene multitud de aplicaciones en plantas de gran escala con el

propsito de reducir los costos de operacin y facilitar el control de calidad del producto.

REACTOR DISCONTINUO. Este tipo admite todos los reactivos al principio y los procesa segn un

curso predeterminado de reaccin durante el cual no se alimenta o se extrae ningn material. Por

lo comn, el reactor tiene la forma de un tanque con o sin agitacin, y se usa primordialmente en

una produccin a pequea escala. La mayora de los datos cinticos bsicos del diseo del reactor

se obtienen de esta clase de equipo.

REACTOR SEMICONTINUO. A esta categora pertenecen aquellos reactores que no satisfacen por

completo las dos clases antes mencionadas. En uno de los casos, algunos de los reactivos se carganal principio, en tanto que los restantes se dosifican continuamente conforme se desarrolla la

reaccin. Otro tipo es similar al reactor discontinuo, excepto que uno de los productos o mas se

extrae en forma continua.

2.2.1. Reactor continuo tipo tanque con agitacin (C.S.T.R.)

Se emplea frecuentemente en serie: los reactantes se alimentan continuamente al primer tanque,

desde el cual fluyen a travs de otros reactores de la serie mantenindose agitacin adecuada en

cada uno de ellos para lograr la uniformidad de concentracin. Considerando el sistema como un

todo, existe un gradiente de concentraciones escalonado.

Las diversas etapas de una batera de reactores de tanque con agitacin pueden hacerse en uno

solo en lugar de efectuarse en diversos tanques. Si es horizontal, el reactor de mltiples etapas

esta dividido por tabiques verticales de diferentes alturas, por encima de las cuales rebosa la

mezcla reaccionante. Cuando los reactantes son parcialmente miscibles y sus densidades lo

suficientemente distintas, el reactor vertical conduce a la operacin en contracorriente, de hecho

de considerable importancia en las reacciones reversibles.

Por tanto este tipo de reactor consta de varios (a menudo tres o cuatro) tanques bien agitados en

serie y tiene un flujo continuo del material en reaccin desde un tanque al siguiente y una

alimentacin constante de nuevos reaccionantes al primero. Como los recipientes son pocoesbeltos (por ejemplo cilindros de altura igual al dimetro), es esencial una buena agitacin de su

contenido; de lo contrario una gran parte del fluido pasara directamente de la entrada a la salida,

y una buena parte del volumen del recipiente seria espacio muerto.

En efecto la caracterstica mas importante es la agitacin; el reactor C.S.T.R. puede ser descrito en

consecuencia en trminos mas abstractos, como un sistema de reaccin de varias etapas para el


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que la primera aproximacin mas idnea es la estimacin de su comportamiento, se basa en la

hiptesis de una mezcla perfecta en cada etapa.

La mezcla hace que dentro de cada tanque, todos los elementos del fluido tengan virtualmente la

misma composicin y que esta sea la misma que la composicin de salida. Esto origina un cambio

discontinuo de composicin desde un tanque al siguiente, y tambin una perdida porrecirculacin; una molcula que entra en un tanque en un momento dado tiene una probabilidad

finita de encontrar casi inmediatamente el camino de la corriente necesaria de salida. Esta es la

razn por lo que es corrientemente necesario utilizar varios tanques en serie; si hubiese solo uno o

dos, podran producirse perdidas apreciables de reactivo sin reaccionar. Y aunque esta perdida, es

en cierto sentido, una consecuencia de la agitacin, habra un re circulante mucho mayor, dentro

de un tiempo corto comparado con el tiempo de residencia medio, si no hubiese agitacin, puesto

que esto dara lugar, como se ha mencionado, a un paso directo entre la entrada y la salida.

Otra ventaja del C.S.T.R., adems de la sencillez de su construccin, es la facilidad de regular la

temperatura. Los reaccionantes que entran en el primer recipiente se sumergen inmediatamente

en un gran volumen de fluido que ha reaccionado parcialmente y, debido a la misma agitacin, no

tienden a formarse puntos locales calientes. As mismo, los tanques del C.S.T.R. permiten

disponer de un rea muy grande de superficie de refrigeracin. Adems de la superficie interna

suficientemente grande en forma de serpentines de refrigeracin sumergidos. Una ventaja

adicional, en comparacin con el reactor tubular, es su posibilidad de apertura. Esto facilita la

limpieza de las superficies internas, lo que es importante en el caso de reacciones donde pueden

depositarse materia solida, como en procesos de polimerizacin y en reacciones en las que se

forma material resinoso como subproducto.

Por estas razones los campos tpicos de aplicacin del C.S.T.R. son procesos continuos de

sulfonacin, nitracin, polimerizacin, etc. Se utilizan muy ampliamente en la industria qumica

orgnica y especialmente en la produccin de plsticos, de explosivos, caucho sinttico, etc.

2.2.1.2. Caractersticas de los reactores continuos tipo tanque.

Las caractersticas principales de este tipo de reactores son las siguientes:

1. La reaccin qumica se lleva a cabo en sistema abierto2. Los reactantes se aaden y descargan continuamente3. Operan a rgimen estable.

En la figura 2.8 podemos observar los reactores tipo tanque agitado en serie y en uno solo.


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2.2.2. Reactor continuo tubular.

Se caracteriza por un gradiente continuo de condiciones de concentraciones en la direccin del

flujo, en contraste con el gradiente escalonado caracterstico de los reactores C.S.T.R. y estn

constituidos pro uno o varios conductos o tubos en paralelo.

Los reactantes entran continuamente por un extremo y los productos salen por el otro.

Normalmente se alcanza el estado estacionario, lo que significa una gran ventaja para el control


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automtico y para el trabajo experimental. Es tan corriente la disposicin horizontal como

vertical.

Cuando se requiere transmisin de calor se suele utilizar un tubo envolvente o una construccin

anloga de carcasa y tubos de un cambiador de calor, en el ultimo caso, los reactantes pueden

entrar por el interior o por el exterior de los tubos. La cmara de reaccin puede estar rellena departculas solidas, catalticas (si es necesario) o inertes, para mejorar la transmisin de calor por

aumento de la turbulencia o para aumentar la superficie de interfase en las reacciones

heterogneas.

El reactor tubular esta especialmente indicado en los casos siguientes:

a) Necesidad de un elevado intercambio de calor;b) Operacin a presiones elevadas y temperaturas muy altas o muy bajas,c) Cuando son suficientes pequeos periodos de reaccin.

2.2.2.1. Caractersticas de los reactores continuos tubulares.

Las caractersticas de los reactores tubulares son las siguientes:

1. La reaccin se lleva a cabo en sistema abierto.2. Todos los reactantes y productos se aaden y descargan continuamente.3. Operan a rgimen estable. Por ende, ninguna de las propiedades del sistema varia con

respecto al tiempo en un punto dado del reactor.

4. La temperatura, presin y composicin pueden variar con respecto al tiempo deresidencia o longitud del reactor.

En la figura 2.9 se muestran ejemplos de reactores tubulares.


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2.2.3. Reactores semicontinuos.

Se suele emplear un solo tanque con agitacin. Algunos de los reactantes se cargan en el reactor

de una vez, y los restantes entran como alimentacin continua. Este modo de operacin es muyconveniente cuando se producen efectos trmicos notables, ya que permite retrasar las

reacciones tanto endotrmicas como exotrmicas por limitacin de la concentracin de uno de los

reactantes, mantenindose as la reaccin dentro de los limites adecuados para la transmisin del

calor. Tambin es conveniente este tipo de operacin cuando la formacin de productos en

concentraciones elevadas puede originar productos secundarios indeseables, o bien cuando uno

de los reactantes es un gas de solubilidad limitada, que solamente pueda entrar como

alimentacin a la velocidad de disolucin.


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2.2.4. Reactores discontinuos

Este reactor tiene la ventaja del pequeo coste de instalacin y la flexibilidad de funcionamiento

(puede pararse de modo fcil y rpido). Tiene la desventaja del elevado coste de funcionamiento y

mano de obra; el tiempo invertido para la carga, descarga y limpieza es considerablemente

grande, y el control de calidad del producto es deficiente. En consecuencia, podemos afirmar que

el reactor discontinuo solo es adecuado para la produccin de pequeas cantidades de sustancias

o para la produccin de muchas sustancias diferentes en el mismo aparato. Por el contrario, el

proceso continuo es casi siempre ms econmico para el tratamiento qumico de grandes

cantidades de sustancias.

2.3. Clasificacin de acuerdo a las fases presentes.

Tomando en consideracin las fases presentes podemos clasificar a los reactores del modo

siguiente:

FASE HOMOGENEA:

- Gas- Liquido

FASE HETEROGENEA:

- Gas-liquido- Liquido-liquido- Gas-solido- Liquido-solido- Solido-liquido-gas

Para los reactores de marcha continua distinguiremos dos tipos extremos de realizaciones:

- Reactor tubular o con gradiente de concentracin- Reactor perfectamente agitado o de concentracin uniforme


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En realidad a menudo, los reactores sern intermedios entre estos dos tipos, siendo un caso

importante el del reactor en etapas o con dos zonas de concentracin.

En la tabla anterior, podemos observar la clasificacin de los reactores en base a las fases

presentes.

En la siguiente figura podemos apreciar los sistemas homogneos y sus diversos tipos de

reactores.


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2.4. Clasificacin en base a la presencia de catalizadores.

Tomando en cuenta la presencia o ausencia de catalizadores podemos clasificar a los reactores del

modo siguiente:

- Reactores catalticos- Reactores auto catalticos- Reactores no catalticos

2.4.1. Reactores catalticos.

Los tres tipos principales de reactores con una fase fluida y una solida que sirve de catalizador son:

los reactores de lecho fijo, los de lecho mvil y los de lecho fluidizado.

2.4.1.1. Reactores de lecho fijo.

El catalizador bajo la forma de partculas, (esferas o cilindros) en las que la dimensin varia de 0.1

a 1 cm esta mantenido fijo en el interior de uno o varios tubos que constituyen la envoltura del

reactor. Si el intercambio de calor lo exige, se pueden tener varios tubos en paralelo y de esta

manera el reactor podr ser del tipo isotrmico, pero lo mas corriente es la temperatura que sea

favorable a la reaccin, como en el caso del reactor amoniaco.

2.4.1.2. Reactores de lecho mvil


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Como su nombre lo indica, este tipo de reactores posee un lecho de catalizador en movimiento; el

catalizador circula bajo el efecto de la gravedad, de arriba abajo. El fluido circula en corriente

paralela o en contracorriente. Fcilmente se comprende las ventajas que pueden resultar de tal

disposicin:

- Facilidad de regeneracin del catalizador en un reactor concebido nicamente para estaoperacin.- Fcil sustitucin del catalizador durante la marcha de la unidad.- Control mas flexible de la temperatura, pudindose calentar o enfriar el catalizador antes

de su introduccin al reactor.

Sin embargo estas ventajas se ven contrastantes por las complicaciones necesarias para hacer

circular el catalizador, el catalizador debe poseer buenas propiedades mecnicas y, en particular,

una gran resistencia al desgaste.

2.4.1.3. Reactor de lecho fluidizado.

La tcnica de lecho posee, llevadas al extremo, las ventajas del lecho mvil; tambin su desarrollo

se ha efectuado rpidamente y, actualmente, se cuentan numerosos procesos que se benefician

de estas ventajas.

Este reactor se emplea en determinadas reacciones catalizadas por solidos y quiz el ejemplo

mejor conocido sea el mas antiguo: el craqueo cataltico de hidrocarburos.

La tcnica de fluidizacin ha sido tambin aplicada con xito a ciertas reacciones en que un gas

reaccione con un solido para formar un segundo producto solido o gaseoso.

En todos estos casos la materia solida en forma de partculas finas se encuentra en un recipientecilndrico vertical. La corriente del fluido asciende a travs de las partculas a una velocidad

suficientemente grande para suspenderlas, pero insuficientemente para arrastrarlas fuera de la

zona de fluidizacin. En este estado el lecho de partculas se asemeja a una ebullicin; pueden

verse estallar burbujas del fluido ascendente (generalmente un gas) en la parte superior de la

superficie.

En las figuras 2.11 a 2.17 podemos apreciar diferentes tipos de reactores catalticos.


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Reactores de lecho fijo: figuras 2.11 a, b, c.

Reactores de lecho fluidizado: figuras 2.11 d, e, f.

Reactores de lecho mvil: figura 2.11 g.


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2.4.2. Reactores auto catalticos.

Cuando un reactante desaparece de acuerdo a una ecuacin cintica de primero a segundo ordenen un reactor discontinuo, al principio su velocidad de desaparicin es rpida ya que su

concentracin del reactante es elevada, y despus disminuye progresivamente a medida que el

reactante se va consumiendo. Sin embargo, en una reaccin auto cataltica, al principio la

velocidad es pequea debido a que hay poco producto presente, aumenta a un valor mximo a

medida que el reactor se consume.


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Para saber, el reactor ms adecuado para un fin determinado (el que tiene un volumen mas

pequeo) se encuentra que:

1. Para presiones bajas el reactor de mezcla completa resulta ms adecuado que el reactorde flujo en pistn.

2. Para conversiones suficientemente altas el reactor de flujo en pistn es el mas adecuado.Se indica tambin que, como inicialmente debe estar presente algn producto en la alimentacin

para que se efecte la reaccin auto cataltica, no podra operar un reactor de flujo en pistn con

una alimentacin de reactante puro; en tal caso habra que aadirle continuamente a la

alimentacin algn producto, presentndose as una nueva oportunidad para emplear un reactor

con recirculacin.

2.4.3. Reactores catalticos.Para esta clasificacin solamente debemos considerar los reactores que no utilizan un catalizador

para llevar a cabo la reaccin requerida.

2.5. Clasificacin en base a su temperatura de operacin.De acuerdo a esto vamos a clasificar a los reactores de la forma siguiente:

- Reactores isotrmicos (temperatura constante)- Reactores pseudoisotrmicos (temperatura mas o menos constante)- Reactores no isotrmicos (temperatura no constante)- Reactores adiabticos- Reactores no adiabticos.

2.5.1. Reactores isotrmicos.

En estos reactores, se mantiene la temperatura durante la reaccin de manera que ser necesario

aadir o eliminar calor del reactor, segn la reaccin sea endotrmica o exotrmica

respectivamente. Este es el reactor ms fcil de calcular, pero su utilizacin es limitada.

2.5.2. Reactores no isotrmicos.

Una cantidad de calor se aade o elimina del reactor, de manera que la temperatura no

permanece constante durante el transcurso de la reaccin. Este es el tipo de reactor mas utilizado

en aplicaciones industriales.

2.5.3.Reactores Pseudo-isotrmicos.A esta clasificacin vamos a considerar los reactores que tengan un comportamiento intermedio a

los dos tipos mencionados anteriormente. Es decir, que algunas veces durante el transcurso de la

operacin la temperatura ser constante y otras no.

2.5.4.Reactores adiabticos.


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Supone un aislamiento total del reactor con el medio exterior. Las variaciones de la temperatura

dentro del reactor vienen determinadas por el calor de reaccin.

2.5.5.Reactores no adiabticos.Se supone para este tipo de reactores una prdida de calor a los alrededores.

NOTA: es importante aclarar que para esta clasificacin los reactores mas utilizados para

operacin adiabtica y en base a su temperatura de operacin son: el reactor de flujo en pistn y

el reactor de flujo de mezcla completa.

Tambin es importante mencionar que el clasificar a los reactores en base a su temperatura de

operacin implica que los diferentes tipos de reactores pueden operar de acuerdo a los

requerimientos necesarios para llevar a cabo la reaccin deseada; es decir, los reactores pueden

operar de forma isotrmica, adiabtica, pseudo-isotrmico, etc., segn se requiera.

2.6.Reactores especiales.Las instalaciones diseadas en principio para las operaciones de contacto entre fases, como la

adsorcin, la destilacin o la extraccin, se emplean frecuentemente para la realizacin de

reacciones qumicas. Muchas reacciones heterogneas en fase fluida se efectan en columnas de

relleno.

Las operaciones electroqumicas, tales como la oxidacin, la reduccin y la electrolisis requieren

aparatos especiales.

El filtro prensa de placas y marcos sirve como reactor de polimerizacin, y se emplea cuando

resulta desventajoso el calentamiento o enfriamiento de los marcos.

En la figura 2.18 podemos apreciar un reactor de polimerizacin de filtro prensa.


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2.6.1. Reactores de llama.

Algunas reacciones entre gases se efectan a temperaturas elevadas sin catalizador, por mezcla de

los reactantes en un quemador de descarga de la mezcla incandescente en una misma boquilla del

generador, en la cmara o bien en la salida de la misma.

Las reacciones en llamas permiten obtener rpidamente las temperaturas mas altas. Si a

continuacin se dispone de un enfriamiento rpido por eyeccin de una corriente fra, puede

evitarse la formacin de subproductos. La llama solo es estable dentro de los limites relativamente

estrechos de velocidades de reaccin y caudal de los gases.

Las velocidades espaciales varan ampliamente, dependiendo del tipo de reaccin de que se

disponga o no de una cmara de premezclado de los reactantes antes del reactor. El diseo de los

reactores es relativamente sencillo y consta de boquillas de mezclado o quemadores, cmara

abierta y sistemas de enfriamiento.

En la figura 2.19 podemos observar este modelo de reactor.

En la mayora de los casos, los reactores son recipientes de proceso as como hornos, mezcladores,

equipos de contactores de gas-solido, intercambiadores de calor u otro equipo convencional de

proceso qumico, adaptados o modificados para una reaccin especfica.


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CAPITULO III. SELECCIN DE REACTORES QUMICOS.

3.1.Seleccin de equipo de proceso.La seleccin de los tipos y tamaos del equipo para la planta de proceso requiere una considerable

experiencia en este campo para poder efectuar un buen trabajo, principalmente si el proceso es

parcial o totalmente nuevo. Si el proceso es uno ya establecido o en operacin en alguna parte,

entonces la tarea se reduce a una serie de clculos comparativos, aumentando o reduciendo el

tamao del equipo y accesorios incorporando las innovaciones y mejoras pertinentes que sugiera

la experiencia pasada. Cualquier proceso nuevo requiere un estudio completo de los procesos y

operaciones unitarias implicados, y posteriormente se hace la seleccin de los tipos y tamaos del

equipo necesario para un buen funcionamiento.

3.1.1. Procedimientode seleccin de equipo.Despus de que el ingeniero ha hecho una lista de todas las necesidades del equipo basndose en

los diagramas de ingeniera y despus de haber realizado los clculos de diseo necesarios llenauna forma con las especificaciones para cada pieza de equipo importante, usando equipo normal

siempre que sea posible. Si se necesitan cotizaciones del equipo se deben presentar a los

proveedores hojas de especificaciones detalladas. Frecuentemente los vendedores o las

asociaciones de fabricas pueden suministrar esqueletos para ser llenados con las especificaciones

necesarias.

Si el diseo se va a utilizar solo para una estimacin preliminar del costo y para un trabajo de

distribucin y arreglo de la planta se puede utilizar una hoja de especificaciones como la mostrada

en la figura 3.1 toda o solo una parte. Este tipo es particularmente importante y adecuado para

resumir los clculos del equipo en un curso de diseo de plantas. La seleccin de estimacin decostos de la tabla 3.1 la explicaremos mas adelante en la parte de Factores econmicos.


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3.1.2. Equipo especial y equipo normalEl valor de utilizar equipo normal del tipo de bombas y cambiadores de calor es bien reconocido

en el campo de la ingeniera qumica. De todo el equipo se requiere siempre buen funcionamiento

y servicio; los errores en el juicio son peligrosos e inexcusables sobre todo si se dispone de

datos sobre equipos parecidos en procesos similares. La experiencia de los dems es muy valiosa y

se debe utilizar lo ms posible.


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Los fabricantes del equipo estn siempre deseosos de dar servicio, ya que esta es siempre una de

las formas mejores de ganarse al ingeniero qumico. Mucha informacin valiosa para la solucin de

problemas se puede obtener con solo pedirla a los fabricantes de equipo, que ven posibilidades de

obtener as un pedido. Sin embargo tienen tambin mucho inters en no introducirse en campos o

procesos donde saben que su equipo no dar resultados satisfactorios.

Aunque en ingeniera qumica es un axioma el seleccionar equipo normal siempre que se pueda, el

ingeniero se enfrenta a menudo con una situacin en la cual su problema requiere un diseo

especial y probablemente el uso de materiales especiales. En estos casos, se debe acudir a todo su

entrenamiento y experiencia para disear el equipo necesario. Al hacer esto no debe tener ningn

temor al diseo, ya que tiene las especificaciones y entiende las reglas del diseo de maquinas;

todo lo que tiene que hacer es aplicarse la tarea de convertir sus especificaciones en un dibujo

lineal que el fabricante pueda convertir a su vez en una pieza tridimensional de equipo. Gran parte

del equipo para el manejo de materiales y para los procesos unitarios esta normalizado y, siempre

que sea posible utilizarlo, se debe preferir al de diseo especial. Con esto no solo se obtendr un

costo inicial sustancialmente menor, sino que la duplicacin del equipo y las reparaciones delequipo viejo se harn con mucha mayor facilidad.

Hay que asegurarse de haber agotado completamente la literatura comercial sobre el tema antes

de embarcarse en el diseo del equipo especial. El equipo normal ya ha sido probado y ha resistido

las ms rigurosas pruebas de servicio; ha dado resultados prcticos y ha pasado por largos

periodos de experimentacin; generalmente, es el resultado de muchas modificaciones al diseo

original. La normalizacin no solo significa un costo mnimo de fabricacin, sino tambin el que

una maquina construida de acuerdo a los patrones y en tamaos normales ha sido por lo general

diseada con la mayor minuciosidad. En estas circunstancias los fabricantes pueden garantizar, y

garantizan, una operacin satisfactoria del equipo. un diseo nuevo es un experimento tanto parael que lo disea como para el que lo va a usar; tiene que comportarse satisfactoriamente durante

un largo periodo de tiempo para que sea aceptado como el mas adecuado. Sin embargo cuando el

ingeniero se encuentra ante un problema que requiere el diseo de un nuevo equipo, no debe

dudar en llevarlo a cabo.

3.1.3. Especificaciones.Antes de empezar una bsqueda en el catalogo de ingeniera qumica y en los archivos de

literatura comercial o de ponerse en contacto con los fabricantes de equipo, se debe formular una

especificacin cuidadosamente escrita en la cual se detallen los mrgenes de operacin y dems

requisitos necesarios. La escritura de las especificaciones no debe considerarse como un arteespecial, sino como un requisito que debe cumplir cada ingeniero qumico. Las especificaciones

deben contener toda la informacin que se considere esencial, incluyendo composicin,

caractersticas fsicas y qumicas de los materiales que se vayan a manejar, tipo y calidad de los

servicios auxiliares disponibles, necesidades de estos servicios en el equipo, empaque y marcado

de los recipientes, requisitos para el empaque y cotizaciones. Los fabricantes de equipo suelen

suministrar una forma en la cual se incluyen las preguntas de cada fabricante que considere


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necesarias, si se contesta correctamente, para hacerse del equipo. Sin embargo, siento tan bueno

este servicio, se puede ahorrar el tiempo que se pierde en la correspondencia mandando una

especificacin bien escrita al fabricante.

3.2.Especificaciones para un reactor qumico.El dimensionado de los reactores qumicos es un trabajo especfico del ingeniero de proceso. Para

la determinacin del tamao, estilo y forma de un reactor qumico, se consideran los datos de la

cintica qumica juntamente con los datos obtenidos en las pruebas efectuadas en las plantas

piloto. Por lo mismo, los reactores se construyen de manera muy especial.

Hay ciertos procesos que es preferible manejarlos en autoclave, especialmente aquellos que

requieren de operaciones intermitentes, tales como algunas operaciones de polimerizacin. La

demanda de autoclaves con agitadores y superficies de calor adjunto, ha influido en varios

fabricantes de equipo para producir lneas completas de estos equipos en varios tamaos

estndar, que se pueden adquirir de inmediato. Resulta muy econmico adaptar las necesidades a

los tamaos estndar de las autoclaves. El ingeniero de proceso debe fijar la capacidad de laautoclave ya que el fabricante de la misma no esta familiarizado con la reaccin, y con frecuencia

es preferible evitar el dar informacin a la reaccin correspondiente.

El fabricante de la autoclave puede y debe hacer algunas preguntas para la fabricacin del rea de

transferencia de calor, agitador y algunos accesorios mecnicos. Por la experiencia que tiene el

fabricante, l es el ms indicado para resolver problemas referentes a empaques cuando se tienen

altas presiones; tambin es el ms indicado para el clculo del espesor de la pared del recipiente a

presin y mtodos de fabricacin con materiales de aleacin. Las autoclaves pueden ser

calentadas con agua caliente, Dowtherm y por calentamiento elctrico. Cada uno de estos

sistemas, especialmente el de fuego directo, Dowtherm y el de calentamiento elctrico, requierende considerables conocimientos, que los fabricantes de autoclaves han adquirido a travs de

muchos aos de experiencia.

Al fabricante debe drsele la informacin necesaria para la seleccin y diseo del sistema de

agitacin, del sistema para transferencia de calor y del recipiente. Los fabricantes estn enterados

de los secretos de algunos procesos, por lo que ser conveniente describirles la reaccin en

trminos de algn fluido que sea similar. Las propiedades fsicas del mismo deben ser

razonablemente exactas.

A medida que se van mejorando, las tcnicas de cintica aplicada harn posible la ejecucin

continua de muchas reacciones en reactores colocados a lo largo de tuberas, las cuales

tradicionalmente se han efectuado en autoclaves como reacciones intermitentes.

INFORMACION REQUERIDA POR EL VENDEDOR.

1. Propiedades fsicas y qumicas.a. Densidad de la mezcla de reaccin a las condiciones de operacin.b. Viscosidad de la mezcla de reaccin a las condiciones de operacin.


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c. Toxicidad e inflamabilidad de la mezcla de reaccin.d. Algunos otros factores o descripcin del material (o materiales similares) que sea

posible proporcionar.

e. Si se va a usar una autoclave para diferentes reacciones, proporcionar el intervalo delas propiedades fsicas.

2. Condiciones de operacin.a. Presin mxima en el interior de la autoclave.b. Temperatura mxima (dar el ciclo tiempo-temperatura o limites aproximados). Es

necesario dar una idea de la velocidad a que aumente la temperatura para disear la

presin adecuada en el recipiente.

c. Tipo preferido de calentamiento.d. Presin de operacin en las chaquetas (presin y temperatura del medio de

calentamiento).

e. Si se necesita enfriamiento, describir el medio de enfriamiento.f. Describir el grado de agitacin requerido. Sugerir el tipo de agitador requerido.g. Describir los sistemas de temperatura automtica y control de presin.

3. Materiales de construccin.Describir los materiales basndose en la experiencia que se tenga con el fluido manejado.

4. Varios.a. Hacer una lista de tamao, nmero y localizacin preferentemente de las conexiones

requeridas.

b. Caractersticas de la energa elctrica.c. Equipo auxiliar necesario.d.

Se requiere equipo a prueba de explosin?

e. Localizacin (describirlo)f. Si se necesitan uniones especiales.

3.3.Factores que influyen en la seleccin del tipo de reactor.Cuando se lleva a cabo la seleccin preliminar del tipo de reactor, ya debe haberse establecido la

cintica de la reaccin y la forma en que se ve afectada por los parmetros clave del proceso,

como tambin deben haberse determinado las condiciones ptimas de operacin. En el diseo de

un reactor industrial, las consideraciones ms importantes para un tipo de reactor dado son, por locomn, el costo y el beneficio. As, pues los criterios que se eligen para dicha seleccin deben ser

tales que reduzcan los costos al mnimo o incrementen el beneficio al mximo. Estos criterios se

determinan a travs de factores que se clasifican en tres grupos distintos, a saber: tcnicos,

econmicos y sociales.


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Los aspectos tcnicosse relacionan con los factores qumicos y fsicos del proceso que controlan el

rendimiento y la calidad del producto, en tanto que los factores econmicos incluyen la inversin

del capital y los costos de operacin.

Los factores socialescomprenden aquellos que no tienen un valor monetario directo, por ejemplo,

la seguridad y la satisfaccin de los operadores y los efectos dainos que pueda producir el reactoren el medio ambiente.

3.4.Factores tcnicos.Hay solo tres clases de reactores que generalmente se toman en consideracin y son: el

discontinuo (o semicontinua), el continuo en tanque agitado y el tubular. El rendimiento en

producto, y su calidad (o composicin) estn regulados por factores tcnicos que son

caractersticos de cada clase de reactor y sus condiciones de funcionamiento.

Vase el sistema de reaccin:

aA + bBdD (producto deseado)

bB + dDsS (indeseado)

el Porcentaje Global de Rendimiento Y y del producto deseado D, basado en el reactivo limitante

A, se define como sigue:

En donde los subndices f y 0 representan las condiciones de salida (finales) del reactor y las de

entradas (iniciales), respectivamente. La relacin estequiomtrica a/d se incluye para que Y tenga

un valor del 100 % en caso de una conversin completa de A.

3.4.1. Factores qumicos.Los factores qumicos del proceso incluyen el tipo de reaccin (simple o compleja), la velocidad de

reaccin, la capacidad de produccin y la necesidad de catalizador.

En una reaccin de orden simple, la distribucin del producto se fija por medio de la

estequiometria. En los prrafos siguientes se presenta un anlisis breve del tipo de reactor

preferido para algunas delas clases de reaccin mas importantes.

REACCION AUTOCATALITICA. La hidrolisis del ster catalizada con acido es un ejemplo de la

reaccin auto cataltica en la que uno de los productos acta como catalizador.

A + DB + D

En donde D es el catalizador. Al iniciarse la reaccin debe estar presente una cantidad pequea de

D.


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En esta clase de reaccin, la velocidad del mecanismo es inicialmente baja debido a que CD es

pequeo; pero, con el desarrollo de la reaccin, el aumento de CD acelera la velocidad a un

mximo despus de lo cual se hace ms lenta debido a una reduccin gradual de C A. para llevar a

cabo este tipo de reaccin en un sistema de reactor continuo a una velocidad cercana a la mxima

(y obtener un gran rendimiento), el sistema preferido seria aquel que consistiera en un reactor de

tanque agitado seguido por otro tubular. Esto se debe a que, con un mezclado eficiente, ladosificacin que entra en el reactor de tanque agitado adoptara inmediatamente la misma

composicin que la mezcla residente, que se ajusta de tal modo que se acerque a la velocidad

mxima de reaccin. En el reactor tubular, el cambio registrado en CD partiendo de un valor

elevado a otro menor, se hace de un modo gradual para sostener la reaccin a una velocidad

elevada tanto tiempo como sea factible. Tambin se puede adoptar una combinacin alternativa

que utilice un reactor de tanque agitado con los medios necesarios para separar y reciclar el

reactivo restante en la corriente del producto.

POLIMERIZACION. Las reacciones comprendidas en la formacin de polmeros son uno de los

ejemplos de reacciones complejas asociadas con procesos de transferencia de cadena de mayorimportancia desde el punto de vista industrial. La distribucin del producto es muy complicada y

cubre una gran variedad de longitudes de cadena y pesos moleculares como resultado de la

influencia de varios factores qumicos y fsicos del proceso. Las propiedades del polmero que

constituyen el producto se controlan a travs de la distribucin del mismo, que es el factor clave

para seleccionar el tipo de reactor.

Debido a la naturaleza sumamente viscosa de la mezcla de reaccin, la mayora de las reacciones

de polimerizacin se llevan a cabo en reactores de tanque agitado, ya sea de funcionamiento

continuo o discontinuo. La decisin esta, entonces, entre estas dos clases de reactores y esta

regulada por los requisitos de la capacidad de produccin y la distribucin del producto.

Para producciones a pequea escala casi siempre se prefiere un reactor discontinuo. Esta clase de

reactores se caracteriza tambin por el hecho de que todos los componentes tienden a tener un

tiempo de residencia uniforme conforme la concentracin del monmero sigue decreciendo al

desarrollarse la reaccin. La situacin inversa prevalece en el caso del reactor continuo de tanque

agitado. As, pues, el reactor discontinuo dar un rendimiento de pesos moleculares que el reactor

continuo. Para reacciones lentas de polimerizacin, el sistema continuo puede requerir una

batera de reactores de tanques agitados para satisfacer las necesidades de produccin.

REACCIONES CONSECUTIVAS. En el curso de una reaccin consecutiva elemental del tipo

, si B es el producto deseado, es obvio que CB pasa por un mximo en algn puntointermedio. En un reactor continuo de tanque agitado, hay elementos distintos del fluido

reaccionante que tendran una variedad de tiempos de residencia debido a las condiciones de flujo

no ideal que existen dentro del reactor, lo que dificulta el mtodo para llegar al rendimiento

mximo. As, pues, el reactor discontinuo debe preferirse para reacciones de esta ndole, ya que es

ms o menos sencillo ajustar el tiempo de residencia de toda la mezcla de reaccin a un valor


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cercano al ptimo. Un reactor tubular con un mnimo de retro mezclado, generara tambin un

resultado comparable al del reactor discontinuo.

REACCIONES PARALELAS.

Supngase que B es el producto buscado. La ecuacin relativa de produccin es:

Cuando m es mayor que n el rendimiento de B se ve favorecido por una gran concentracin de A.

Esta condicin se logra en un reactor discontinuo o tubular en el que el cambio de concentracin

del reactivo sea gradual y la concentracin promedio del reactivo sea superior a la del reactor

continuo de tanque agitado. No obstante, el rendimiento de este ltimo mejora en cierto grado

empleando una batera de tanques conectados en serie.

Por el contrario cuando m es menor que n, la concentracin baja de A favorecer el rendimiento

de B. Obviamente, esto se satisface utilizando un sistema de reactor continuo y tanque agitado.

3.4.2. Reactores fsicos.En esta clasificacin se incluye la modalidad de transferencia de calor (isotrmicos, adiabtica y de

otra ndole), el grado de retro mezclado y la cantidad y las clases de fases comprendidas. Los

factores estn casi siempre tan ntimamente asociados con los factores qumicos del proceso, que

no siempre es posible separarlos.

MODALIDAD DE TRANSFERENCIA DE CALOR. Para obtener un rendimiento mximo de la reaccin,

quiz sea necesario disear una modalidad de transferencia de calor tal que se obtenga la

programacin de la temperatura optima. Esta programacin de la temperatura puede ser

isotrmica, adiabtica o algn otro perfil de temperatura predeterminado y establecido segn los

balances de materia y energa.

En una reaccin exotrmica, cuando la cantidad de calor liberado es tal que la velocidad de

reaccin se sustenta a pesar de la concentracin decreciente del reactivo, es preferible emplear un

reactor de tanque agitado. Por otro lado, conviene usar un sistema de reactor tubular de flujo conintercambiadores de calor externo cuando se tenga una cantidad excesiva de calor que ejerza un

esfuerzo desfavorable en la conversin de equilibrio. En este caso es factible usar un reactor

tubular de flujo, o bien un sistema de reactor discontinuo de tanque agitado inyectando en varios

puntos cierta dosificacin de la alimentacin.

Cuando se trata de reacciones endotrmicas, conforme la temperatura desciende al desarrollarse

la reaccin, tanto la velocidad de reaccin como la conversin de equilibrio disminuirn. En estas


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circunstancias, los procesos generales se controlan a travs de la velocidad de la transferencia de

calor, en cuyo caso se requerirn intercambiadores de calor entre las etapas. Por lo tanto, el

diseo de los intercambiadores de calor adoptar quiz el papel ms importante que la reaccin

misma del tipo de reactor. No obstante, casi siempre se prefiere usar en este caso un reactor

tubular de flujo.

GRADO DE RETROMEZCLADO.

Este factor varia desde un mximo para un reactor de retro mezclado, hasta un mnimo para un

reactor ideal de flujo tapn. El grado de retro mezclado para reactores prcticos se ubica entre

estos dos extremos.

CLASES DE FASES COMPRENDIDAS.

Muchas reacciones catalizadas con un slido se llevan a cabo en reactores tubulares llenos. Entre

los ejemplos sobresalientes se incluyen la sntesis del amoniaco, la oxidacin de SO 2 y la

disociacin cataltica de los hidrocarburos de petrleo. Sin embargo, tambin se usa una grancantidad de variantes de los reactores bsicos (es decir, tubulares y de tanque agitado) as como

de otros de diseo especial. Entre estos estn los de lecho fluidizado, los de fase dispersada,

hornos de secado y hornos de crisol, as como torres de absorcin de gas.

3.4.3.Seleccin del tipo de reactor en base al nmero y clase de fases presentes.A partir de una gran cantidad de conocimientos y experiencias ahora disponibles respecto a la

cintica de reaccin aplicada, puede demostrarse que las reacciones y los reactores qumicos

quedan mejor clasificados segn el numero y clases de fases presentes. Este mtodo de

clasificacin permite compaginar las necesidades de la reaccin (tiempo de residencia,

temperatura, presin, agitacin, resistencia a la corrosin) con las caractersticas del reactor para

que sea capaz de permitir dichas necesidades. Los varios tipos de reactores qumicos (tubos cortos

rellenos, tubos largos vacos, recipientes agitados y lechos fluidizados) poseen caractersticas

bastante diferentes respecto a agitacin, cada de presin, distribucin de tiempos de residencia, y

materiales de construccin. Teniendo en cuenta las necesidades especiales de la reaccin y las

caractersticas de los reactores, es posible compaginarlos y as escoger el reactor adecuado para la

reaccin particular en cuestin.

En base a lo descrito anterior tenemos la siguiente clasificacin:

Tipo de reaccin Reactor aconsejable para la reaccinHomognea: fasegaseosa

Tubular vaco, continuo

Homognea: faselquida

Tubular vaco o recipiente agitado, continuo

Heterognea: lquido-lquido

Recipiente agitado, por cargas o continuo

Heterognea: lquido- Recipiente agitado, semicontinua o continuo.


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gas Torre de absorcin continuo.Heterognea: lquido-slido

Recipiente agitado, por carga o continuoColumna de relleno, continuo

Heterogneo:lquido-slido-gas

Tubos cortos rellenos (slidos estacionarios, gas en circulacin),lecho de relleno fijo grande (adiabtico)(slidos estacionarios, gas encirculacin),lecho mvil (slidos de gran tamao descendentes, gas ascendente),slidos fluidizados (gas ascendente, slidos circulando bien mezclados).

Antes de realizar una seleccin del reactor qumico se necesita tener una serie de datos:

1. Las condiciones de reaccin: debe determinarse mediante trabajos de laboratorio latemperatura, presin, caudales, catalizadores, concentraciones, tiempos de reaccin,

conversiones y rendimientos. Pueden obtenerse de un solo experimento, pero se debe

disponer de datos experimentales. No es necesario determinar la cintica o el mecanismo

de la reaccin, pero debe realizarse una determinacin experimental de las condiciones dereaccin, geometra del reactor, conversin y rendimiento.

2. El calor de reaccin: es necesario conocer el calor desprendido o absorbido por lareaccin, o sino estimarlo con bastante exactitud. Normalmente el calor de reaccin debe

estimarse (lo que no es difcil) debido a que es difcil su medicin. El calor de reaccin

desprendido (o absorbido) por unidad de volumen y unidad de tiempo en el reactor. A

partir de este dato el diseador puede poseer una idea bastante clara sobre la capacidad

necesaria de intercambio de calor del reactor.

3. Las necesidades de agitacin y mezcla de reaccin:la mezcla de las sustancias contenidasen el reactor puede que tenga que ser intensa (para dar lugar a una transferencia de masa

y calor) o nula (como en el caso de mezclas homogneas de gases y lquidos). Una intensaagitacin necesita de equipos e instalaciones mecnicamente bastante complejas y que

pueden presentar muchos problemas de coste y relacin de materiales.

4. El material de construccin del reactor y del equipo auxiliar:si el poder corrosivo de lamasa reaccionante es pequeo, el reactor puede construirse en materiales convencionales

(acero) y casi con cualquier forma. Por el contrario si existe un problema importante de

corrosin y deben utilizarse materiales cermicos, el tamao y la forma, a la vez que las

caractersticas de transmisin de calor y transferencia de materia quedan fuertemente

restringidas.

Utilizando la clasificacin de las reacciones dadas, tenemos:

HOMOGNEAS: Fase gaseosa.

Bsicamente el reactor consiste en mltiples tubos pequeos conectados en paralelo y que

trabajan en continuo. Las reacciones son rpidas en un segundo o menos, las velocidades de flujo

altas, y los efectos calorficos elevados y normalmente endotrmicos (aunque existan reacciones

exotrmicas). La transmisin de calor es mala, el flujo turbulento (flujo pistn) y la temperatura es


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siempre bastante alta. Deben utilizarse materiales resistentes al calor y el diseador debe tener

muy en cuenta aunque estn en pequeas cantidades a los gases corrosivos (oxigeno o cloro).

Utilcese:

- Cada de presin: 0.2 libras/pulg2./pie- Tubos de acero inoxidable de 2 pulgadas de dimetro y 20 pies de longitud.- Densidad del flujo msico del gas: 3000 libras m/(hr)(pie2)

En las reacciones endotrmicas puede aportarse calor mediante hornos de radiacin (utilcese 18

000 Btu / (hr) (pie2)). Tanto para calentamiento como refrigeracin se puede utilizar un coeficiente

global de 5 Btu / (hr) (pie2) (0F). debe conocerse la temperatura de seguridad por rotura de los

tubos que depender de la presin interna. En una primera aproximacin utilcese para el acero

inoxidable 1200 0F.

Ejemplos: pirolisis de hidrocarburos ligeros a etileno, propileno y acetileno; nitracin de parafinas

(exotrmicos); des metilacin trmica de tolueno.

Homogneas: fase lquida.

Se utilizan recipientes bien agitados tanto en reacciones por cargas como en continuo. sese un

reactor tubular solamente para reacciones continuas. Se puede emplear un nico recipiente

agitado o una combinacin en serie de dos, tres o cuatro. Casi siempre se utilizan cuatro.

1. Recipientes agitados. Utilizar recipientes con agitador de turbina y cortacorrientes; unconsumo de potencia de 2 hp/1000 galones; supngase el contenido del recipiente

completamente mezclado; un coeficiente de transmisin de calor al encamisado o

serpentn de 250 Btu / (hr) (pie2

) (0

F). si las necesidades de transmisin de calor sonexcesivas, utilizar un intercambiador exterior. El tamao del mezclador (tiempo nominal

de residencia) se determina a partir de los experimentos de laboratorio.

2. Reactores tubulares. El reactor tubular puede utilizarse para reacciones con poco o nulocalor de reaccin. En este caso el flujo puede ser laminar, el tubo largo y la temperatura y

presin fcilmente controlados. La distribucin de tiempo de residencia puede tomarse

como los de flujo pistn aunque el modelo sea flujo laminar.

si la reaccin es mas rpida o el calor de reaccin mayor (pero no elevado) es necesario

flujo turbulento. Puede utilizarse entonces una velocidad de 5 pies/seg, un coeficiente de

transmisin de calor de 25 Btu / (hr) (pie2) (0F) y una cada de presin (libra/pulg2./pie):

0.7/D (donde D es el dimetro en pulgadas del tubo). La distribucin de los tiempos deresidencia ser igual a la del flujo pistn.

Muchas veces se conecta en serie recipientes agitados y reactores tubulares. Las primeras

y rpidas fases de la reaccin se llevan a cabo en el tanque agitado, donde la transmisin

de calor es mejor y luego en el reactor tubular tienen lugar las menos intensas pero mas

largas.

Ejemplo: polimerizacin en continuo de estireno.


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Heterogneas: lquido-lquido.

En este caso se necesita de una buena dispersin y transmisin de calor. Utilcese recipientes

agitados con turbina y cortacorriente con un consumo de 5 hp/1000 galn; U=150 Btu/ (hr) (pie2)

(0F); prever una cmara exterior para la separacin de fases, o, si se necesita una rpida

separacin, utilcese una centrifuga.

Ejemplo: nitracin de tolueno con mezcla de cidos.

Heterogneas: lquido-gas.

Utilcese tanques agitados con cortacorriente y agitacin con turbina; sese 10 hp/1000 galn para

lquidos no gasificados y una velocidad de:

0.2 pies / seg para gases que se absorben en su mayor parte.

0.1 pies / seg para gases que se absorben en un 50 %.

0.05 pies / seg para gases que en su mayor parte no se absorben.

Tmese U=100 Btu / (hr) (pie2) (0F); supngase que la fraccin del volumen reaccionante que es

gas, es 0.20.

Ejemplos: oxidacin con aire u oxigeno de p-xileno a cido tereftlico.

Heterogneas: lquido-slido.

Utilcese recipientes agitados con turbina y con rompe corrientes; con una potencia de 10 hp/1000

galn, una relacin longitud/dimetro del recipiente: 2; U=100 Btu / (hr) (pie2) (0F), coeficiente de

transmisin de la masa liquida, kL=3.5 pie/hr; si se utiliza un catalizador finamente dividido puede

utilizarse 5 libras solido / pie3de suspensin.

Ejemplos: disolucin de sales slidas; extraccin de arenas con cidos.

Heterogneas: lquido-slido-gas.

1. Recipiente agitado. Agitado con turbina, con cortacorrientes al mximo, 10 hp/1000 galn;U=100 Btu / (hr)(pie2)(0F);

; velocidad del vapor entre 0.05 y 0.2 pie/seg; contenido

en solidos 5 libras solidos / pie3de suspensin; fraccin de gas en la suspensin 0.2.

Ejemplos: hidrogenacin de aceite de semillas de algodn; produccin de hidrocarburosligeros a partir de CO2e H2.

2. Reactor de lecho fijo de goteo. Salidas estacionarias, liquido en descenso y gasascendente. El diseo es anlogo al de una torre de absorcin. Utilizar g=1000 libras /

(hr)(pie2) o 3 pie/seg como velocidad superficial, L=1500 libras m/(hr)(pie2). El calor de

reaccin debe ser pequeo.


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Ejemplo: hidrosulfuracin de fracciones de petrleo.

Heterogneas: slido-gas.

1. Reactor tubular de pequeos tubos con relleno. Salidas estacionarias, con el gas enmovimiento ascendente o descendente. Utilcense tubos de 1.5 pulgadas de dimetro;

tamao de las partculas solidas 0.20 pulgadas; cada de presin menor del 15% de la

presin de las aguas arriba, en reacciones exotrmicas puede esperarse un fuerte

aumento de la temperatura.

Ejemplos: oxidacin del o-xileno a anhdrido ftlico; sntesis de cloruro de vinilo a partir de

cido cianhdrico y acetileno.

2. Reactor de lecho grande con catalizador y en operacin adiabtica. No existe transmisinde calor, el calor de reaccin se absorbe o es proporcionado por cambios en el calor

sensible en el gas. Muchas veces se mezcla con los reactantes grandes cantidades de gases

inertes como diluyentes. La cada de presin y los caudales se utilizan en valores anlogos

a la de los tubos con relleno. El dimetro del lecho puede ser tan grande como se desee.

La distribucin del gas puede ser un problema.

Ejemplo: hidrolisis en fase vapor de cloro benceno a fenol.

3. Reactor de lecho fluidificado.1. Velocidad del gas 0.5 pie/seg.2. Modelo de flujo del gas, mezcla perfecta. Considrese el reactor de lecho fluidificado

como un recipiente de mezcla perfecta.

3. Coeficiente global de transmisin de calor a la superficie sin recubrimientos. 50 Btu/(hr)(pie2)(0F).

4.

Cada de presin por pie de altura del lecho 0.3 libras/pulgada

2

. Dado que puedennecesitar grandes cantidades de gas dimensinese y calclese la potencia del

ventilador o soplante.

5. Prevase una longitud supletoria del 100% de la longitud del reactor para expansindel lecho y receptculo de la elutriacin de los slidos.

6. Los solidos se elutriarn del lecho. Prever ciclones separadores y filtros de gases.Suponer una velocidad de elutriacin de 0.01 libras m/(pie2)(seg.).

3.5.Factores sociales.Los factores comprendidos en esta clasificacin no se evalan directamente en trminos

monetarios, pero si pueden influir en la decisin del tipo de reactor que se adquiera. Por ejemplo,

una de las clases puede ser mas segura en su funcionamiento que otras. Es mas la caracterstica

del diseo de un reactor llega a facilitar la operacin simplificando con ello la labor de los

trabajadores.

Algunas clases de reactores generan desechos que son difciles de tratar y tienden a contaminar el

ambiente.


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3.6.Factores econmicos.ESTIMACION DEL COSTO DE LOS EQUIPOS.

Existe una extensa bibliografa sobre costo de equipo. esta bibliografa tiene bastante valor para

un ingeniero de procesos, pero debe utilizarse con prudencia. Hay varios aspectos dignos de

consideracin:

3.6.1.ndice de costos de los equipos-tiempo.Los costos de los equipos e instalaciones qumicas no permanecen constantes, sino que cambian

con el tiempo. Como regla general puede afirmarse que los costos crecen a medida que el tiempo

pasa. Se han hecho muchos intentos de correlacionar costes de equipo con diversos ndices

econmicos de manera que as se reflejasen dichas variaciones. La figura 3.6.1. muestra una

representacin grfica de algunos de estos ndices frente al tiempo. Ntese que en ordenadas la

escala es logartmica.


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El ndice ms ampliamente conocido es el Engineering News-Record Index, que calcula y publica la

revista Engineering New Record. Fue el primero de los ndices y es el que mas se utiliza en la

industria de la construccin. En un ndice medio ponderado de los costes del acero, madera,

cemento, y mano de obra. El rpido incremento de los costos de construccin, de gran

importancia en la industria qumica, resulta evidente al contemplar el grafico en cuestin. Muchas

correlaciones de los costes de equipos de la industria qumica, toman como base un determinado

ndice ENR (por ejemplo el de 1957). Este mtodo fue utilizado ampliamente para equipos einstalaciones de la industria qumica hasta 1957, pero desde entonces los costes de construccin

han crecido mas rpidamente que los de equipo de proceso. Ahora en el momento presente, no es

aconsejable utilizar el ndice ENR para predecir los costos del equipo.

Aqu puede

reactores para escoger

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