reactor continuo

• Los reactores discontinuos son muy versátiles y se utilizan para diversas operaciones unitarias ( destilación discontinua , almacenamiento, cristalización , extracción líquido-líquido , etc.), además de para reacciones químicas.
• Existe una amplia base instalada de reactores discontinuos en la industria y su método de uso está bien establecido.
• Los reactores discontinuos son excelentes para procesar materiales difíciles como lodos o productos con tendencia a ensuciarse.
• Los reactores discontinuos representan una solución eficaz y económica para muchos tipos de reacciones lentas.

• La velocidad de muchas reacciones químicas depende de la concentración de los reactivos . ^{[ 2 ]} Los reactores continuos generalmente pueden manejar concentraciones de reactivos mucho mayores debido a su superior capacidad de transferencia de calor . Los reactores de flujo pistón tienen la ventaja adicional de una mayor separación entre reactivos y productos, lo que proporciona un mejor perfil de concentración.
• El pequeño tamaño de los reactores continuos permite alcanzar mayores velocidades de mezcla.
• El rendimiento de un reactor continuo puede modificarse variando el tiempo de funcionamiento. Esto aumenta la flexibilidad operativa para los fabricantes.

En un reactor discontinuo, se logra un buen control de la temperatura cuando el calor añadido o extraído por la superficie de intercambio de calor (qx) es igual al calor generado o absorbido por el material del proceso (qp). En reactores de flujo continuo, compuestos por tubos o placas, cumplir la relación qx = qp no garantiza un buen control de la temperatura, ya que la tasa de liberación/absorción de calor del proceso varía en diferentes puntos dentro del reactor. Controlar la temperatura de salida no evita la aparición de puntos calientes o fríos dentro del reactor. Estos puntos, causados ​​por actividad exotérmica o endotérmica, pueden eliminarse reubicando el sensor de temperatura (T) en el punto donde se encuentran. Sin embargo, esto conlleva un sobrecalentamiento o un enfriamiento excesivo aguas abajo del sensor.

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  Se crean puntos calientes/fríos cuando el reactor se trata como una sola etapa para el control de la temperatura.
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  Los puntos calientes o fríos pueden eliminarse moviendo el sensor de temperatura. Sin embargo, esto provoca un enfriamiento o sobrecalentamiento excesivo después del sensor.

Muchos tipos de reactores de placas o tubos utilizan un control de retroalimentación simple de la temperatura del producto. Desde la perspectiva del usuario, este enfoque solo es adecuado para procesos donde los efectos de los puntos calientes o fríos no comprometen la seguridad, la calidad ni el rendimiento.

Los microrreactores pueden ser tubulares o de placas y se caracterizan por tener canales de flujo de diámetro reducido (normalmente inferiores a 1  mm). La importancia de los microrreactores radica en que la superficie de transferencia de calor (A) por unidad de volumen (de producto) es muy grande. Una superficie de transferencia de calor elevada permite alcanzar valores altos de qx con valores bajos de Tp – Tj. El bajo valor de Tp – Tj limita el sobreenfriamiento que puede producirse. Por lo tanto, la temperatura del producto puede controlarse regulando la temperatura del fluido de transferencia de calor (o del propio producto).

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  El sobrecalentamiento o el enfriamiento excesivo se evitan gracias a la limitada diferencia de temperatura entre el producto y el fluido de transferencia de calor.

La señal de retroalimentación para controlar la temperatura del proceso puede ser la temperatura del producto o la del fluido de transferencia de calor. A menudo, resulta más práctico controlar la temperatura del fluido de transferencia de calor.

Si bien los microrreactores son dispositivos eficientes de transferencia de calor, sus canales estrechos pueden provocar grandes caídas de presión, una capacidad de flujo limitada y una tendencia a obstruirse. Además, a menudo se fabrican de forma que su limpieza y desmontaje resultan difíciles o imposibles.

Las condiciones dentro de un reactor continuo cambian a medida que el producto fluye a lo largo del canal. En un reactor ideal, el diseño del canal se optimiza para adaptarse a este cambio. En la práctica, esto se logra dividiendo el reactor en varias etapas. Dentro de cada etapa, se pueden alcanzar las condiciones ideales de transferencia de calor variando la relación superficie-volumen o el flujo de enfriamiento/calentamiento. Por lo tanto, las etapas donde la producción de calor del proceso es muy alta utilizan temperaturas extremas del fluido de transferencia de calor o tienen altas relaciones superficie-volumen (o ambas). Al abordar el problema como una serie de etapas, se pueden emplear condiciones extremas de enfriamiento/calentamiento en los puntos calientes/fríos sin que se produzca sobrecalentamiento o enfriamiento excesivo en otras partes. Esto permite utilizar canales de flujo más grandes. Los canales de flujo más grandes son generalmente deseables, ya que permiten un mayor caudal, una menor caída de presión y una menor tendencia a la obstrucción.

La mezcla por difusión se basa en gradientes de concentración o temperatura dentro del producto. Este método es común en microrreactores, donde el espesor de los canales es muy pequeño y el calor se transmite hacia y desde la superficie de transferencia de calor por conducción. En canales más grandes y para ciertos tipos de mezclas de reacción (especialmente fluidos inmiscibles), la mezcla por difusión no resulta práctica.

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  Un simple tubo puede utilizarse como reactor. Los sistemas de pequeño diámetro suelen basarse en la mezcla por difusión.

En un reactor continuo, el producto se bombea continuamente a través del reactor. Esta bomba también puede utilizarse para favorecer la mezcla. Si la velocidad del fluido es suficientemente alta, se generan condiciones de flujo turbulento (lo que promueve la mezcla). La desventaja de este enfoque es que da lugar a reactores largos con grandes caídas de presión y caudales mínimos elevados. Esto es especialmente cierto cuando la reacción es lenta o el producto tiene una alta viscosidad. Este problema puede mitigarse con el uso de mezcladores estáticos. Los mezcladores estáticos son deflectores en el canal de flujo que se utilizan para promover la mezcla. Pueden funcionar con o sin condiciones turbulentas. Los mezcladores estáticos pueden ser eficaces, pero aun así requieren canales de flujo relativamente largos y generan caídas de presión relativamente altas. El reactor oscilante con deflectores es una forma especializada de mezclador estático en la que la dirección del flujo del proceso se invierte. Esto permite la mezcla estática con un caudal neto bajo a través del reactor. Esto tiene la ventaja de permitir que el reactor sea relativamente corto.

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  El mezclador estático permite la mezcla con o sin condiciones turbulentas.
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  El reactor oscilante de deflectores utiliza una combinación de mezcla estática y ciclos de dirección del flujo.

Algunos reactores continuos utilizan agitación mecánica para la mezcla (en lugar de la bomba de transferencia de producto). Si bien esto añade complejidad al diseño del reactor, ofrece ventajas significativas en términos de versatilidad y rendimiento. Con agitación independiente, se puede mantener una mezcla eficiente independientemente del caudal o la viscosidad del producto. Además, elimina la necesidad de largos canales de flujo y grandes caídas de presión.

Una característica menos deseable de los agitadores mecánicos es la fuerte mezcla axial que generan. Este problema se puede solucionar dividiendo el reactor en varias etapas de mezcla separadas por pequeños canales de flujo pistón.

La forma más común de reactor continuo de este tipo es el reactor de tanque agitado continuo (CSTR). Este es esencialmente un reactor discontinuo que se utiliza en flujo continuo. La desventaja de un CSTR de una sola etapa es que puede generar un desperdicio considerable de producto durante el arranque y la parada. Además, los reactivos se añaden a una mezcla rica en producto. Para algunos tipos de procesos, esto puede afectar la calidad y el rendimiento. Estos problemas se solucionan utilizando CSTR multietapa. A gran escala, se pueden utilizar reactores discontinuos convencionales para las etapas del CSTR.