1. UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE
SANTANDER
DISEÑO DE REACTORES
PROFESOR: LUIS M. IDARRAGA

2. 
Reactor: corazón de una planta de procesos.

4. 
Todo esto implica, en un sentido amplio, la
selección de la forma y tamaño de los
reactores, su modo de operación , materiales
de construcción, accesorios y técnicas de
control,
con
vistas
a
optimizar
el
funcionamiento desde los puntos de vista de
la economía , el medio ambiente, y la
seguridad, dentro de un proceso quimico
industrial.

5. 
El diseño del reactor quimico adecuado
incluye la elección de tres variables básicas:
el tipo de reactor, su tamaño, y las
condiciones de funcionamiento ; los datos
precisos
para
tal
elección
son
fundamentalmente : la escala de operación, la
termodinámica y la cinética de reacción
química.

6. 
Un reactor químico es un
equipo en cuyo interior tiene
lugar una reacción química,
estando éste diseñado para
maximizar la conversión y
selectividad de la misma con
el menor coste posible. Si la
reacción química es catalizada
por una enzima purificada o
por el organismo que la
contiene,
hablamos
de
biorreactores.

7. 
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Reacciones Homogéneas: Cuando se afecta solamente una fase, ya sea
gaseosa, sólida, o líquida.
Reacciones Heterogéneas: Cuando se requiere la presencia de al menos
dos fases para que tenga lugar la reacción a una velocidad deseada.
Reacciones Enzimáticas: Utilizan catalizadores biológicos (proteinas con
alto peso molecular, con centros activos, y que trabajan a bajas
temperaturas)
Reacciones Catalíticas: Son aquellas reacciones que requieren de una
sustancia adicional (que no aparece en el balance global) para modificar
la velocidad de reacción; esta sustancia por su mera presencia provoca la
reacción química, reacción que de otro modo no ocurriría.
Reacciones No Catalíticas: Los materiales reactantes no necesitan
ninguna sustancia adicional para dar lugar a la reacción química
Reacciones Autocatalíticas: En esta reacción, uno de los productos
formados actúa como catalizador, participando en otra etapa del proceso
donde velocidad de reacción es más rápido que en la primera.
Reacciones Endotérmicas: Son aquellas que adsorben calor del exterior.
Reacciones Exotérmicas: Son aquellas que liberan calor hacia el exterior.

8. 
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Tiempo de retención (τ)
Volumen (V)
Temperatura (T)
Presión (P)
Concentración de las especies químicas
(C1, C2, C3, ... Cn).
Coeficientes de transferencia de calor(h,
U).

9. 
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Reactores discontinuos: son aquellos
que trabajan por cargas, es decir se
introduce una alimentación, y se
espera un tiempo dado, que viene
determinado por la cinética de la
reacción, tras el cual se saca el
producto.
Reactores continuos: son todos
aquellos que trabajan de forma
continua.

10. 
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Reactores homogéneos: tienen una única
fase, líquida o gas.
Reactores heterogéneos: tienen varias fases,
gas-sólido,
líquido-sólido,
gas-líquido,
líquido-líquido, gas-líquido-sólido.

11. Para el diseño de un reactor se
establece un modelo teórico
para su desarrollo. A este tipo
de reactor se le denomina ideal
y establece los parámetros a
groso modo que un reactor
debe cumplir.
Dentro de la idealidad existen
básicamente tres tipos de
modelos
de
reactores:

12. 
Reactores discontínuos: trabajan en estado
no estacionario y el más sencillo sería un
tanque agitado.

13. 
Reactores continuos tipo tanque agitado (CSTR):
estos reactores trabajan en estado estacionario,
es :decir que sus propiedades no varían con el
tiempo. Este modelo ideal supone que la reacción
alcanza :la máxima conversión en el instante en que
la alimentación entra al tanque, es decir que en
cualquier :punto de este equipo las concentraciones
son iguales a las de la corriente de salida.

14. 
Reactores en flujo pistón (PFR): estos
reactores trabajan en estado estacionario, es
decir las :propiedades en un punto
determinado del reactor son constantes con
el tiempo. Este modelo supone un flujo ideal
de pistón, y la conversión es función de la
posición.

15. 
En muchas situaciones estos modelos ideales son
válidos para casos reales, en caso contrario se
habrán de introducir en los balances de materia,
energía y presión términos que reflejen la
desviación de la idealidad. Si por ejemplo la
variación de las propiedades se debe a
fenómenos de transporte de materia o calor se
pueden introducir las leyes de Fick o Fourier
respectivamente.

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a) REACTOR DISCONTINUO.
b) REACTOR CONTINUO.
c) REACTOR SEMICONTINUO:
d) REACTOR TUBULAR.
e) TANQUE CON AGITACIÓN
CONTINUA.
f) REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO.
g) REACTOR DE LECHO FIJO.
h) REACTOR DE LECHO CON
ESCURRIMIENTO.
i) REACTOR DE LECHO DE CARGA
MÓVIL.
j) REACTOR DE BURBUJAS.
k) REACTOR CON COMBUSTIBLE
EN SUSPENSIÓN.
l) REACTOR DE MEZCLA PERFECTA.

17. 
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m) REACTORES DE RECIRCULACIÓN.
n) REACTORES DE MEMBRANA.
o) FERMENTADORES.
p) REACTOR TRICKLE BED.
También se pueden mencionar los reactores ISOTÉRMICOS,
que son aquellos que trabajan u operan a una misma
temperatura constante; y también los reactores ISOBÁRICOS,
que son aquellos que trabajan u operan a una misma
presión constante.

19. 
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El óxido de propileno es un compuesto orgánico líquido,
incoloro y volátil, el cual es producido industrialmente a
gran escala. Una de sus aplicaciones más importante es la
producción de polioles para la producción de plásticos de
poliuretano.
La fabricación del óxido de propileno (OP) no se efectúa
industrialmente por oxidación directa del propileno con
aire u oxígeno debido a la baja selectividad de esta vía de
obtención, ya que el metilo en posición alílica resulta
fácilmente oxidable. Por este motivo su fabricación se
efectúa bien por la antigua vía de la clorhidrina o bien
mediante oxidación indirecta.

20. 
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El proceso se basa en la reacción del propileno con el ácido
hipocloroso y en la deshidrocloración posterior de las
propilenclorhidrinas (α y β en proporción 9/1)
Se procede por la conversión de propileno a
propilenclorhidrinas
La reacción produce una mezcla de 1-cloro-2-propanol y
2-cloro-1-propanol, los cuales son dehidroclorinados.
En el proceso industrial se utiliza cal para la absorción de
cloruros normalmente.

22. 
El ácido hipocloroso se obtiene
burbujeando cloro en agua en un
reactor tipo torre
evitando el
contacto del cloro con el
propileno antes de la formación
del ácido, por lo
cual, el
propileno se alimenta al reactor
por encima de la entrada del
cloro. La reacción es exotérmica
y tiene lugar a 35 – 50 ºC, y a la
salida
del
reactor
la
concentración es de 4,5 – 5 %p de
propilenclorhidrina.
El
rendimiento del cloro y del
propileno es del 8 – 90 %, siendo
el
principal
subproducto
el
dicloropropano.

23. 
El propileno no reaccionado se lava con sosa
cáustica y se recicla, purgándose una pequeña
proporción para evitar acumulación de inertes.
En el saponificador, se neutraliza el ácido
clorhídrico con hidróxido cálcico, a la vez que se
produce el OP. Por el fondo del saponificador se
borbotea vapor, produciendo un stripping del OP
en la corriente que pasa al decantador, donde se
separan los fangos de cloruro cálcico.

24. 
El
rendimiento
de
la
transformación
de
la
propilenclorhidrina es del 95 %. Esta vía de fabricación
tiene el inconveniente del consumo de cloro que se
transforma en un residuo sin valor (CaCl2) resultando
menos económica que la
oxidación indirecta. Sin
embargo, dado que el consumo específico de cloro es
menor en la obtención del OP que en el caso del OE
muchas fábricas que estaban produciendo inicialmente OE
por esta vía, no pudieron hacer frente a la competencia del
OE
fabricado por oxidación directa y, con ligeras
modificaciones de proceso, pasaron a fabricar el OP.

25. 
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Funciones principales:
* Asegurar tipo de contacto.
* Proporcionar el tiempo suficiente de
contacto.
* Permitir condiciones de P, T y C
Para asegurar lo anterior:
. Seleccionar el tipo de reactor.
. Determinar el tamaño y
. Especificar las condiciones de operacion

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* Las velocidades de las reacciones
* Maxima conversion alcanzable
* Naturaleza de los procesos fisicos que
interectuan con las reacciones quimicas
* Propiedades de las sustancias
* Caracteristicas de flujo
* Caracteristicas del equipo de reaccion