El reactor discontinuo es el término genérico para un tipo de recipiente ampliamente utilizado en las industrias de procesos . Su nombre es un nombre poco apropiado ya que los recipientes de este tipo se utilizan para una variedad de operaciones de proceso, como disolución de sólidos , mezcla de productos , reacciones químicas , destilación por lotes , cristalización , extracción líquido / líquido y polimerización . En algunos casos, no se denominan reactores, pero tienen un nombre que refleja la función que desempeñan (como cristalizador o biorreactor ).
Un reactor discontinuo típico consta de un tanque de almacenamiento con un agitador y un sistema integral de calefacción / refrigeración. Estos recipientes pueden variar en tamaño desde menos de 1 litro hasta más de 15.000 litros. Por lo general, se fabrican en acero , acero inoxidable , acero revestido de vidrio , vidrio o aleación exótica . Los líquidos y sólidos se cargan generalmente a través de conexiones en la tapa superior del reactor. Los vapores y gases también se descargan a través de conexiones en la parte superior. Los líquidos generalmente se descargan por el fondo.
Las ventajas del reactor discontinuo residen en su versatilidad. Un solo buque puede realizar una secuencia de diferentes operaciones sin necesidad de romper la contención. Esto es particularmente útil en el tratamiento de tóxicos o altamente potentes compuestos .
Agitación
La disposición habitual del agitador es un eje de transmisión montado en el centro con una unidad de transmisión superior. Las paletas del impulsor están montadas en el eje. Se utiliza una amplia variedad de diseños de palas y normalmente las palas cubren aproximadamente dos tercios del diámetro del reactor. Cuando se manipulan productos viscosos, a menudo se utilizan paletas en forma de ancla que tienen un espacio reducido entre la pala y las paredes del recipiente.
La mayoría de los reactores discontinuos también utilizan deflectores . Estas son palas estacionarias que interrumpen el flujo causado por el agitador giratorio. Estos pueden fijarse a la tapa del recipiente o montarse en el interior de las paredes laterales.
A pesar de las mejoras significativas en el diseño del deflector y la paleta del agitador, la mezcla en reactores de lotes grandes está limitada en última instancia por la cantidad de energía que se puede aplicar. En recipientes grandes, mezclar energías de más de 5 vatios por litro puede suponer una carga inaceptable para el sistema de refrigeración. Las cargas elevadas del agitador también pueden crear problemas de estabilidad del eje. Cuando la mezcla es un parámetro crítico, el reactor discontinuo no es la solución ideal. Se pueden lograr velocidades de mezcla mucho más altas utilizando sistemas de flujo más pequeño con agitadores de alta velocidad, mezcladores ultrasónicos o mezcladores estáticos .
Sistemas de calefacción y refrigeración
Los productos dentro de los reactores por lotes generalmente liberan o absorben calor durante el procesamiento. Incluso la acción de remover los líquidos almacenados genera calor. Para mantener el contenido del reactor a la temperatura deseada , se debe agregar o eliminar calor mediante una camisa de enfriamiento o una tubería de enfriamiento . Los serpentines de calentamiento / enfriamiento o camisas externas se utilizan para calentar y enfriar reactores discontinuos. El fluido de transferencia de calor pasa a través de la chaqueta o las bobinas para agregar o eliminar calor.
Dentro de las industrias química y farmacéutica , generalmente se prefieren las camisas de enfriamiento externas, ya que facilitan la limpieza del recipiente. El rendimiento de estas chaquetas se puede definir mediante 3 parámetros:
- tiempo de respuesta para modificar la temperatura de la chaqueta
- uniformidad de la temperatura de la chaqueta
- estabilidad de la temperatura de la chaqueta.
Se puede argumentar que el coeficiente de transferencia de calor también es un parámetro importante. Sin embargo, debe reconocerse que los grandes reactores discontinuos con camisas de enfriamiento externas tienen graves limitaciones de transferencia de calor en virtud del diseño. Es difícil alcanzar valores superiores a 100 vatios / litro incluso con condiciones ideales de transferencia de calor. Por el contrario, los reactores continuos pueden ofrecer capacidades de refrigeración superiores a 10.000 W / litro . Para procesos con cargas térmicas muy elevadas, existen mejores soluciones que los reactores discontinuos.
La respuesta rápida de control de temperatura y el calentamiento y enfriamiento uniformes de la camisa son particularmente importantes para los procesos de cristalización u operaciones en las que el producto o proceso es muy sensible a la temperatura. Hay varios tipos de camisas de enfriamiento de reactores por lotes:
Chaqueta externa simple
El diseño de una sola chaqueta consiste en una chaqueta exterior que rodea la embarcación. El fluido de transferencia de calor fluye alrededor de la chaqueta y se inyecta a alta velocidad a través de boquillas. La temperatura en la chaqueta se regula para controlar el calentamiento o el enfriamiento.
La chaqueta simple es probablemente el diseño más antiguo de chaqueta de refrigeración externa. A pesar de ser una solución probada y comprobada, tiene algunas limitaciones. En recipientes grandes, puede llevar varios minutos ajustar la temperatura del fluido en la camisa de enfriamiento. Esto da como resultado un control lento de la temperatura. La distribución del fluido caloportador también está lejos de ser ideal y el calentamiento o enfriamiento tiende a variar entre las paredes laterales y el plato inferior. Otro tema a considerar es la temperatura de entrada del fluido de transferencia de calor que puede oscilar (en respuesta a la válvula de control de temperatura) en un amplio rango de temperatura para causar puntos calientes o fríos en los puntos de entrada de la camisa.
Chaqueta de media bobina
La camisa de media bobina se fabrica soldando una media tubería alrededor del exterior del recipiente para crear un canal de flujo semicircular. El fluido caloportador pasa a través del canal en forma de flujo pistón . Un reactor grande puede usar varias bobinas para entregar el fluido caloportador. Al igual que la chaqueta simple, la temperatura en la chaqueta se regula para controlar el calentamiento o el enfriamiento.
Las características de flujo de pistón de una camisa de media bobina permiten un desplazamiento más rápido del fluido de transferencia de calor en la camisa (típicamente menos de 60 segundos). Esto es deseable para un buen control de la temperatura. También proporciona una buena distribución del fluido de transferencia de calor, lo que evita los problemas de calentamiento o enfriamiento no uniforme entre las paredes laterales y el plato inferior. Sin embargo, al igual que el diseño de camisa única, el fluido de transferencia de calor de entrada también es vulnerable a grandes oscilaciones (en respuesta a la válvula de control de temperatura) en la temperatura.
Chaqueta de enfriamiento de flujo constante
La camisa de enfriamiento de flujo constante es un desarrollo relativamente reciente. No es una sola chaqueta, sino que tiene una serie de 20 o más elementos de chaqueta pequeños. La válvula de control de temperatura opera abriendo y cerrando estos canales según sea necesario. Variando el área de transferencia de calor de esta manera, la temperatura del proceso se puede regular sin alterar la temperatura de la camisa.
La camisa de flujo constante tiene una respuesta de control de temperatura muy rápida (típicamente menos de 5 segundos) debido a la corta longitud de los canales de flujo y la alta velocidad del fluido de transferencia de calor. Al igual que la camisa de media bobina, el flujo de calentamiento / enfriamiento es uniforme. Debido a que la chaqueta funciona a una temperatura sustancialmente constante, sin embargo, las oscilaciones de temperatura de entrada que se ven en otras camisas están ausentes. Una característica inusual de este tipo de chaqueta es que el calor del proceso se puede medir con mucha sensibilidad. Esto permite al usuario monitorear la velocidad de reacción para detectar puntos finales, controlar las velocidades de adición, controlar la cristalización, etc.
Aplicaciones
Los reactores discontinuos se utilizan a menudo en la industria de procesos. Los reactores discontinuos también tienen muchas aplicaciones de laboratorio, como la producción a pequeña escala y la inducción de fermentación para bebidas. También tienen muchos usos en la producción médica. Los reactores discontinuos generalmente se consideran costosos de operar, así como también una confiabilidad variable del producto. También se utilizan para experimentos de cinética de reacción, volátiles y termodinámica. Los reactores discontinuos también se utilizan mucho en el tratamiento de aguas residuales. Son eficaces para reducir la DBO (demanda biológica de oxígeno) del agua afluente sin tratar. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
Ver también
- Reactor químico
- Reactor continuo
Referencias
- ^ "El reactor de secuenciación por lotes como una herramienta poderosa para el estudio de microorganismos oxidantes de amonio anaeróbicos de crecimiento lento - Springer". El reactor de secuenciación por lotes como una herramienta poderosa para el estudio de microorganismos anaeróbicos oxidantes de amonio de crecimiento lento - Springer. NP, 01 de noviembre de 1998. Web. 26 de febrero de 2014.>
- ^ "Granulación aeróbica en un reactor de secuenciación por lotes". Granulación aeróbica en un reactor de secuenciación por lotes. Np, nd Web. 26 de febrero de 2014.
- ^ "Ciencia y tecnología del agua 27: 5-6 (1993) 241-252 - T. Kuba et Al. - Eliminación de fósforo biológico de las aguas residuales mediante un reactor discontinuo de secuenciación anaeróbica-anóxica". Water Science & Technology 27: 5-6 (1993) 241-252 - T. Kuba et al. - Eliminación biológica de fósforo de aguas residuales mediante reactor discontinuo de secuenciación anaeróbica-anóxica. Np, nd Web. 26 de febrero de 2014.
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- ^ "Tecnología de reactores por lotes de secuenciación". Libros de Google. Np, nd Web. 26 de febrero de 2014.
- ^ "Nitrificación, desnitrificación y eliminación de fósforo simultáneas en un reactor por lotes de secuenciación a escala de laboratorio". - Zeng. Np, nd Web. 26 de febrero de 2014.
- ^ "Nitrificación, desnitrificación y eliminación de fósforo biológico en aguas residuales de porquerías mediante un reactor de secuenciación por lotes". Nitrificación, desnitrificación y eliminación de fósforo biológico en aguas residuales de porquerías mediante un reactor de secuenciación por lotes. Np, nd Web. 26 de febrero de 2014.>
enlaces externos
- Diseño de recipiente encamisado
- Reactor por lotes