Reactores químicos: clasificación, tipos y dimensionamiento RCTA vs RFP

Resumen

El documento describe la clasificación de los reactores químicos según el tipo de proceso, el régimen, el sentido de circulación de los fluidos, el flujo de fases, las necesidades caloríficas y la presencia de catalizador. Incluye definiciones de proceso químico, flujo y reactor, así como el concepto de dimensionamiento de reactores RCTA y RFP y los reactores con recirculación.

Puntos clave

Según el tipo de proceso, los reactores pueden ser continuos, discontinuos o semicontinuos.
En régimen estacionario no hay término de acumulación; en régimen no estacionario las variables cambian con el tiempo.
El reactor de flujo pistón (RFP) es tubular y trabaja con fluidos poco viscosos a gran velocidad; el RCTA es tipo tanque con mezcla ideal.
Según las necesidades caloríficas, los reactores son isotérmicos (temperatura constante) o adiabáticos (aislados térmicamente).
Los reactores catalíticos pueden ser de lecho fijo, lecho móvil o lecho fluidizado; los no catalíticos no requieren catalizador.
El dimensionamiento consiste en calcular el tamaño necesario para alcanzar el mayor grado de conversión posible.
En los reactores con recirculación, parte de la corriente de producto se reincorpora al proceso.

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Clasificación de los Reactores

La clasificación de los reactores se puede realizar en función de diversos criterios:

Según el tipo de proceso:

Continuos: Operación constante en el tiempo.
Discontinuos: Operación por lotes.
Semicontinuos: Combinación de ambos.

Según las variables intensivas:

Régimen estacionario: No hay cambios en las variables del proceso. No existe término de acumulación. En procesos no reactivos, las entradas son iguales a las salidas.
Régimen no estacionario: Las variables del proceso cambian con el tiempo.

Según el sentido de circulación:

Paralelo: Los fluidos circulan en la misma dirección.
Contracorriente: Los fluidos circulan en direcciones opuestas.
Corriente cruzada: Los fluidos circulan perpendicularmente.

Según el flujo de fases:

Reactor de flujo pistón (RFP): Fluido poco viscoso a gran velocidad a través de un reactor tubular.
Reactor de flujo perfectamente mezclado (RCTA): Reactor tipo tanque con mezcla ideal.

Según las necesidades caloríficas:

Isotérmicos: Se mantiene la temperatura constante.
Adiabáticos: Aislamiento térmico del reactor.

Según la presencia de un catalizador:

Reactores catalíticos:
- Lecho fijo: Catalizador en partículas sólidas (0.1-1 cm).
- Lecho móvil: Catalizador en movimiento, fluido en contracorriente o paralelo.
- Lecho fluidizado: Sólido en movimiento que se comporta como un fluido.
Reactores autocatalíticos: La concentración de reactivos es máxima al inicio, la de productos es cero.
Reactores no catalíticos: No requieren catalizador.

Proceso Químico

Conjunto de operaciones unitarias conectadas mediante corrientes de proceso. Estas corrientes son los flujos de entrada y salida de cada equipo, así como las corrientes auxiliares de calefacción y enfriamiento.

Flujo

Cantidad de volumen, masa o moles por unidad de tiempo. Puede ser caudal volumétrico, másico o molar.

Reactor

Lugar donde tienen lugar las reacciones químicas, con el objetivo de obtener productos de alto valor añadido.

Dimensionamiento RCTA vs RFP

El dimensionamiento es el cálculo del tamaño necesario para que una reacción se produzca con el mayor grado de conversión posible.

Reactores con Recirculación

Parte de la corriente de producto se reincorpora al proceso. Se emplea según necesidades isotérmicas o autocatalíticas.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre un reactor de flujo pistón y un RCTA?

El reactor de flujo pistón (RFP) es un reactor tubular con fluido poco viscoso a gran velocidad. El RCTA es un reactor tipo tanque con mezcla perfecta e ideal.

¿Qué es un reactor adiabático?

Es un reactor con aislamiento térmico, de modo que no intercambia calor con el entorno.

¿Qué es el dimensionamiento de un reactor?

Es el cálculo del tamaño necesario para que la reacción se produzca con el mayor grado de conversión posible.