Reactor catalítico heterogéneo

Un reactor de lecho fijo es un tubo cilíndrico lleno de gránulos de catalizador por donde fluyen los reactivos, convirtiéndose en productos. El catalizador puede tener diversas configuraciones, incluyendo: un lecho grande, varios lechos horizontales, varios tubos empaquetados en paralelo o múltiples lechos en sus propias carcasas. Las distintas configuraciones pueden adaptarse según la necesidad de mantener el control de la temperatura dentro del sistema. La conexión en serie de dos reactores, con la opción de dosificar oxidante entre las etapas, permite, en condiciones óptimas, aumentar el rendimiento del producto en la catálisis de oxidación. ^{[ 1 ]} Al dosificar intermedios o productos entre las etapas, se puede obtener información valiosa sobre las vías de reacción.

Los gránulos de catalizador pueden ser esféricos, cilíndricos o de forma irregular. Su diámetro varía de 0,25  cm a 1,0  cm. El flujo de un reactor de lecho fijo suele ser descendente. Reactor de lecho empacado .

Un reactor de lecho percolador es un lecho fijo donde el líquido fluye sin llenar los espacios entre las partículas. Al igual que en los reactores de lecho fijo, el líquido fluye típicamente hacia abajo, mientras que el gas fluye hacia arriba. El uso principal de los reactores de lecho percolador son las reacciones de hidrotratamiento ( hidrodesulfuración e hidrodesmetalización de petróleo crudo pesado , ^{[ 2 ]} hidrodesasfaltenización de alquitrán de hulla ^{[ 3 ]} ). Este reactor se utiliza frecuentemente para procesar fluidos con puntos de ebullición extremadamente altos.

Un reactor de lecho móvil tiene una fase fluida que asciende a través de un lecho empacado. El sólido se introduce por la parte superior del reactor y desciende, retirándose por la parte inferior. Los reactores de lecho móvil requieren válvulas de control especiales para mantener un control preciso de los sólidos. Por esta razón, se utilizan con menos frecuencia que los dos tipos de reactores mencionados anteriormente. Los reactores de lecho móvil son más adecuados para contenidos de sólidos inferiores al 10 % y se utilizan generalmente cuando los sólidos (principalmente catalizador) tienen una gran superficie debido a su tamaño en micras.

Un reactor de lecho rotatorio (RBR) contiene un lecho empacado fijado dentro de una cesta con un orificio central. Cuando la cesta gira sumergida en una fase fluida, las fuerzas de inercia generadas por el movimiento de rotación empujan el fluido hacia afuera, creando así un flujo circulante a través del lecho empacado giratorio. El reactor de lecho rotatorio es una invención relativamente nueva que muestra altas tasas de transferencia de masa y una buena mezcla de fluidos. Los reactores tipo RBR se han aplicado con frecuencia en reacciones de biocatálisis de alto valor, ofreciendo una conveniente reutilización de enzimas inmovilizadas ^{[ 4 ]} y evitando el daño mecánico de los catalizadores en fase sólida. ^{[ 5 ]} Las construcciones de RBR también están surgiendo en la industria de la energía nuclear para purificar residuos líquidos a escala de cientos de metros cúbicos. ^{[ 6 ]}

Un reactor de lecho fluidizado mantiene en suspensión pequeñas partículas de catalizador mediante el movimiento ascendente del fluido a reaccionar. Este fluido suele ser un gas con un caudal suficientemente alto como para mezclar las partículas sin que salgan del reactor. Las partículas son mucho más pequeñas que las de los reactores convencionales, generalmente en el rango de 10 a 300 micras. Una ventaja clave del uso de un reactor de lecho fluidizado es la capacidad de lograr una temperatura altamente uniforme en su interior. Los reactores de lecho fluidizado son ideales para biocatalizadores o enzimas inmovilizadas en sólidos, ya que estos se fluidizan mediante el fluido de trabajo y no sufren impacto mecánico.

Un reactor de suspensión contiene el catalizador en forma de polvo o gránulos. ^{[ 7 ]} Este reactor se usa típicamente cuando un reactivo es un gas y el otro un líquido, mientras que el catalizador es un sólido. El gas reactivo se hace pasar a través del líquido y se disuelve. Luego se difunde sobre la superficie del catalizador. Los reactores de suspensión pueden usar partículas muy finas, lo que puede generar problemas de separación del catalizador del líquido. Los reactores de lecho percolador no tienen este problema, lo cual es una gran ventaja del reactor de lecho percolador. Desafortunadamente, estas partículas grandes en el lecho percolador implican una velocidad de reacción mucho menor . En general, el lecho percolador es más simple, los reactores de suspensión generalmente tienen una alta velocidad de reacción y el lecho fluidizado se encuentra en un punto intermedio.