Selección de materiales para reactores químicos

La selección de materiales para reactores químicos es un aspecto importante en su diseño . Existen cuatro grupos principales de reactores químicos: CSTR , PFR , semicontinuos y catalíticos, cada uno con sus propias variantes. Dependiendo de la naturaleza de los productos químicos involucrados en la reacción, así como de las condiciones de operación (por ejemplo, temperatura y presión), ciertos materiales tendrán un mejor rendimiento que otros.

Existen varias clases amplias de materiales disponibles para la creación de reactores químicos. Algunos ejemplos incluyen metales, vidrios, cerámicas, polímeros, carbono y compuestos. ^{[ 2 ]} Los metales son la clase de materiales más común para equipos de ingeniería química, ya que son relativamente fáciles de fabricar, tienen alta resistencia y son resistentes a la fractura . El vidrio es común en equipos de laboratorio químico, pero es muy propenso a la fractura, por lo que no es útil para uso industrial a gran escala. Las cerámicas no son un material tan común para reactores químicos, ya que son frágiles y difíciles de fabricar. Los polímeros han comenzado a ganar popularidad en tuberías y válvulas, ya que ayudan a la estabilidad de la temperatura. Existen varias formas de carbono, pero la más útil para reactores son las fibras de carbono o grafito en compuestos . ^{[ 3 ]}

El último criterio importante para un material en particular es su seguridad. Los ingenieros tienen la responsabilidad de garantizar la seguridad de quienes manipulan equipos o utilizan un edificio o carretera, por ejemplo, minimizando los riesgos de lesiones o accidentes. Otras consideraciones incluyen la resistencia, la resistencia a fallas repentinas por choque mecánico o térmico, la resistencia a la corrosión y el costo, entre otras. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Para comparar diferentes materiales entre sí, puede ser útil consultar un diagrama ASHBY y los códigos ASME para recipientes a presión . La elección del material idealmente se basaría en datos conocidos y en la experiencia. Una comprensión más profunda de los requisitos del componente y el comportamiento de corrosión y degradación ayudará en la selección de materiales. Además, conocer el rendimiento de sistemas anteriores, ya sea bueno o malo, beneficiará al usuario al decidir sobre aleaciones alternativas o el uso de un sistema recubierto; si no se dispone de información previa, se recomienda realizar pruebas. ^{[ 4 ]}

El funcionamiento de reactores de alta temperatura incluye una serie de problemas como la deformación y el agrietamiento debido a la expansión y contracción térmica, y la corrosión a alta temperatura. Algunos indicios de que esto último está ocurriendo incluyen superficies quemadas o carbonizadas, fases fundidas, deformación, incrustaciones gruesas y metal muy adelgazado. Algunas aleaciones típicas de alta temperatura incluyen hierro, níquel o cobalto que contienen >20% de cromo para formar un óxido protector contra una mayor oxidación. ^{[ 4 ]} También existen otros elementos que ayudan a la resistencia a la corrosión, como el aluminio, el silicio y elementos de tierras raras como el itrio , el cerio y el lantano . Otras adiciones, como metales reactivos o refractarios, pueden mejorar las propiedades mecánicas del reactor. Los metales refractarios pueden sufrir una oxidación catastrófica, que convierte los metales en un óxido pulverulento con poca utilidad. Este daño es peor en condiciones estancadas; sin embargo, se ha demostrado que los recubrimientos de siliciuro ofrecen cierta resistencia. ^{[ 4 ]}