Clasificación de reactores químicos
La clasificación más elemental de los reactores es aquella que tiene en cuenta el posible intercambio de materia entre 1 sistema y el exterior. Se distinguen así tres tipos de reactores:
• Discontinuo (por lotes)
• Continuo
• Semicontinuo
Durante la operación del reactor discontinuo no existe intercambio de materia con el exterior. Se alimentan los reactantes de una vez, y cuando la reacción se ha efectuado se retira todo el contenido del reactor. En este sistema la temperatura, presión y composición pueden variar a lo largo del tiempo de operación.
En el reactor continuo la alimentación de los reactantes y la salida de los productos se hace en forma ininterrumpida. Las variables del sistema (cuando el reactor alcanza el estado estacionario) son independientes del tiempo. Si el reactor es de forma tubular, la variable independiente es la longitud del mismo a lo largo de la cual pueden existir variaciones de temperatura, presión y composición.
En el reactor semicontinuo, alguno de los reactantes o productos se alimenta o extrae continuamente mientras que el resto permanece en el reactor. Así, por ejemplo, cuando la reacción entre dos líquidos entre dos líquidos es muy exotérmica, se prefiere cargar con uno de ellos el reactor y, enseguida, adicionar lentamente el segundo reactivo.
Esto ocurre en la reacción de amoniaco con formaldehído para producir hexametilentetramina, donde se añade lenta y continuamente hidróxido amónico al reactor cargado previamente con formaldehído.
En otro ejemplo, los reactantes están inicialmente en el reactor y uno de los productos se extrae continuamente, éste es el caso de las reacciones de esterificación, donde el agua o el éster se extrae por ebullición a medida que se va formando. Otro caso de reactor semicontinuo se tiene en la cloracion de benceno líquido mediante cloro gaseoso para obtener monoclorobenceno, la corriente de cloro se adiciona continuamente al reactor cargado previamente con benceno, de manera que la concentración de dicho gas en el medio de reacción sea pequeña, con objeto de evitar la formación de productos policlorados.
Estos reactores suelen operar en estado no estacionaria y diseño ser relativamente complicado. En general, los reactores discontinuos se utilizan en la producción de pequeñas cantidades donde presentan las ventajas de una gran flexibilidad de operación y un bajo costo de instalación.
Los reactores continuos, por su parte, se suelen emplear en producciones grandes, donde comparados con los reactores discontinuos, generalmente presentan las siguientes ventajas:
• Disminuyen los costos de operación al eliminar la c arga y descarga de los reactores y facilitar el control automático.
• Mejoran el mantenimiento de la calidad del producto al ser las condiciones de operación más reproducibles.
La elección entre un reactor continuo y discontinuo estará, por tanto, íntimamente relacionada con la capacidad, los costos de instalación y los costos de operación (donde la mano de obra será muy importante).
La clasificación de reactores según su forma geométrica es también importante. Los reactores discontinuos o semicontinuos, por lo general se construyen en forma de tanques provistos de agitador. Las tres dimensiones del reactor suelen ser semejantes, con objeto de obtener un buen grado de mezcla y una distribución de temperatura u niforme y un menor consumo de materiales en su construcción.
Por su lado, los reactores continuos pueden tener la forma de tanque (similar al reactor discontinuo) o estar diseñados en forma tubular. En la figura 3.4 se han esquematizado los diversos tipos de reactores hasta ahora considerados.
Otra clasificación podría basarse en el método de operación de estos reactores con respecto a la temperatura:
• Isotermos
• Adiabáticos
• No isotermos
En los reactores isotermos se mantiene la temperatura durante la reacción, de manera que será necesario añadir o eliminar calor al reactor,según la reacción sea endotérmica o exotérmica, respectivamente. Este es el reactor más fácil de calcular, pero su utilización es limitada. La operación en condiciones adiabáticas supone un aislamiento total del reactor con el medio exterior. Las variaciones de la temperatura, dentro del reactor, vienen determinadas por el calor de reacción.
En los reactores no isotermos, una cantidad de calor se añade o elimina del reactor, de manera que la temperatura no permanece constante durante el transcurso de la reacción. Este es el tipo de reactor más utilizado en aplicaciones industriales.
Fuente: Apuntes de procesos químicos de la UNIDEG
