Generalidades sobre el diseño de reactores

La aplicación de fundamentos, teorías y datos de la física-química y de la catálisis al diseño de reactores químicos, constituye uno de los campos de mayor interés dentro de la ingeniería química. Indudablemente, uno de los puntos más importantes en la instalación de una nueva planta química, es el relativo al diseño del reactor a utilizar. Dicho diseño suele tratar de cubrir los puntos siguientes:

• Determinación del tamaño óptimo del reactor o siste ma de reacción.
• Establecimiento del mejor método de operación; es decir, fijar las variables de operación (presión, temperatura, composición de la alimentación, flujos, etc.) del reactor o sistema de reacción.

Estos tres aspectos, íntimamente relacionados entre sí, se refieren sólo a lo que se podría llamar diseño del proceso y no al diseño mecánico del equipo de reacción (tema que por supuesto, se aparta del objetivo de esta presentación).

Aunque el criterio más importante en la optimización del diseño de reactores es el económico, conviene, asimismo, tener en cuenta entre otros, los aspectos relativos a la disponibilidad de mano de obra y energía, a la seguridad laboral y a la protección del medio ambiente. Los datos necesarios para diseñar un reactor son básicamente cuatro:

• Termodinámica de la reacción
• Cinética del proceso en las condiciones experimentales que puedan considerarse de interés
• Datos físico-químicos de las sustancias que intervienen en 1 sistema para el intervalo de condiciones en que se espere operar.
• Producción necesaria.

En ocasiones resulta, asimismo, necesario tener en cuenta la posible corrosión de los materiales de construcción, pues este hecho puede a lterar las condiciones operacionales e incluso el diseño del propio reactor.

En general, los datos cinéticos que normalmente provienen de un estudio realizado a escala laboratorio (que indicará con bastante exactitud el efecto de las variables sobre la velocidad de reacción) no dan información sobre ciertos problemas para resolver a escala industrial (fenómenos de transferencia de materia, variación en la concentración de impurezas en el reciclado, distribución real de temperaturas dentro del reactor, etc.), por lo que, a veces, es necesario contar con la información suministrada por una planta pilo to (que servirá asimismo, para comprobar la validez de la ecuación cinética desarrollada a escala laboratorio).

Fuente: Apuntes de procesos químicos de la UNIDEG