INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD.

MADERO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

Y BIOQUÍMICA
PROFESORA: ING.BEATRIZ ADRIANA SALAZAR CRUZ

REACTORES HOMOGENEOS
Equipo
ARTEAGA HERNANDEZ EVELIN YURIDIA 17070045
CASTELLANOS NUÑEZ CECILIA NATHALIE 17070065 SEMESTRE
ESQUIVEL REYNA LUZ CLARITA 17070051
ENERO-JUNIO 2020
ESTRADA CASANOVA MARIA ELIZABETH 17070394
LÓPEZ ALEMAN ALISON ABIGAIL 17070055
INTRODUCCION
REACTOR QUIMICO

Es el dispositivo donde ocurre un cambio en la

composición debido a la reacción química.
El problema de la ingeniería de reactores es realizar el
diseño mas adecuado, con una metodología independiente
del tamaño y reacción que se lleve a cabo.
• SISTEMA HOMOGENEO
Aquel que presenta una sola fase y por
tanto su composición es idéntica en
cualquier parte del sistema.

• SISTEMA HETEROGENEO
Cuando se requiere la presencia de mas de
una fase para que la reacción se lleve a
cabo.
CLASIFICACION DE REACTORES
 .
REACTOR HETEROGENEO
Los reactores heterogéneos involucran dos o
más fases reactivas (gas-sólido, líquido-gas,
sólido-líquido o líquido- líquido), de
contacto en torres o reactores agitados.
A su vez los sistemas heterogéneos pueden
ser catalíticos o no. En los primeros, existe
un agente, el catalizador, que interviene
activamente en la reacción, en general
facilitando la misma, pero que no es
consumido por ésta.
 REACCION CATALITICA
• En las reacciones catalíticas heterogéneas, el
catalizador suele perder su actividad con el
tiempo de operación. Si esta disminución es
rápida y severa , es aconsejable regenerar el
catalizador en forma continua sin suspender la
operación.
 CATALIZADOR
Un catalizador es una sustancia química,
simple o compuesta, que modifica la
velocidad de una reacción química,
interviniendo en ella pero sin llegar a
formar parte de los productos resultantes
de la misma.
 REACTOR DE SUSPENSION
Es un reactor multifásico en el cual el gas
reactante es burbujeado a través de una solución
liquida que contiene las partículas sobre el
catalizador solido. El mismo puede ser operado
en forma continua o por lotes.
 REACTOR DE LECHO FIJO
Reactor de flujo no ideal con forma generalmente
tubular, que se utiliza para reacciones catalizadas por
sólidos o reacciones fluido-sólido no catalíticas, con
disposición de las partículas sólidas en lecho fijo.
El reactor de lecho fijo es, en general, el tipo de
reactor más utilizado en la industria de procesos.
 REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO
La fluidización uniforme se obtiene únicamente a
velocidades relativamente bajas. A velocidades elevadas
se forman dos "fases" separadas:
• La fase continua se denomina fase densa o de
emulsión,
• La discontinua, fase ligera o de burbujas.
Se dice entonces que la fluidización es de agregación. El
lecho toma el aspecto de un liquido en ebullición,
moviéndose los sólidos vigorosamente y ascendiendo
rápidamente grandes burbujas a través del lecho.
 VELOCIDAD MÍNIMA DE
FLUIDIZACIÓN (UMF)
• Corresponde a aquella velocidad del fluido, a partir de la cual, las
partículas se separan unas de otras y son mantenidas individualmente en
suspensión.
Depende de:
•Tamaño y la densidad de las partículas del lecho
•Las propiedades del gas fluidizante
• Las condiciones de presión y temperatura del proceso
 VELOCIDAD TERMINAL DE
FLUIDIZACIÓN (UT)

Velocidad del gas para la cual las partículas comienzan a ser arrastradas. Se produce
cuando La fuerza de arrastre del gas es igual al peso de las partículas que se
encuentran suspendidas en el fluido.
 EXPANSIÓN DEL LECHO FLUIDIZADO

Es un fenómeno de vital importancia para determinar la cantidad de sólidos que ocupan

el lecho y la caída de presión necesaria para fluidizar una profundidad específica.
REACTORES DE
SUSPENSIÓN
Reactores en Suspensión (Slurry) Un reactor Slurry
o de Suspensión es un reactor multifásico en el cual
el gas reactante es burbujeado a través de una
solución líquida que contiene las partículas del
catalizador sólido. El mismo puede ser operado en
forma continua o por lotes.
El reactor de suspensiones es un reactor multifásico en el cual es reactivos son Burbujas de
gas a través de una solución que contiene partículas sólidas de un catalizador.
La solución puede ser un reactivo como en el caso de la hidrogenación de linoleato de
metilo, o inerte como el caso de la síntesis de metano por un método fischer-tropsch.
El reactor de suspensión puede ser operado por lotes o en modo continuo una de las
principales ventajas del rector de suspensiones el control de temperatura y la fácil
recuperación de calor.
Adicionalmente una actividad catalítica global constante puede ser mantenida por la
adición de pequeñas cantidades de catalizador durante cada lote o con alimentación
constante durante el alimentación continua.
En el esquema de un reactor de suspensión
se muestra en la figura X en el
modelamiento de un reactor de suspensión
se asume que la fase líquida está bien
mezclada las partículas de catalizador están
uniformemente distribuidas y el gas se
modela como flujo de pistón. Los reactivos
en la fase de gas participen cinco etapas de
la reacción:
• 1.-Absorción de la fase de gacela líquida en la superficie de las burbujas.
• 2.-Difusión en la fase líquida de la superficie de la burbuja a líquido.
• 3.-Difusión desde el líquido hacia la superficie externa del catalizador sólido.
• 4.-Difusión interna del reactivo en el catalizador poroso.
• 5.-Reacción con el catalizador poroso.
Los productos de la reacción participan en los pasos descritos de forma
inversa inversa. Cada paso debe ser formado como una resistencia a la
velocidad global de la reacción r. estas resistencias son presentados en forma
esquemática en la figura y. la concentración en la fase líquida está
relacionada con la concentración de la fase gas por medio de la ley de Henry.
• Para ilustrar mejor los principios de operación de un reactor de suspensión
considérese una hidrogenación de linoleato de metilo,L, para formar oleato de
metilo, O.

• Hidrógeno es absorbido por el líquido linoleato de metilo, difundiéndose hacia

la superficie de las partículas del catalizador Y luego difunde el catalizador,
donde reaccionan con linoleato de metilo para formar oleato de metilo. Oleato
de metilo luego difundido fuera de las partículas del catalizador hacia el líquido.
FASES DE
REACCIÓN
Es un Sistema de tres fases, donde las burbujas de
gas se elevan a través de la suspensión agitada. A
diferencia del lecho fluidificado ,existe poco
movimiento relativo entre las partículas y el
fluido, aún cuando del fluido se agite
mecánicamente. Las partículas tienden a moverse
con el liquido.
VENTAJAS
 Un reactor bien agitado puede mantener una temperatura
uniforme en todo el sistema.
 Ausencia de resistencia a la difusión del interior de las
partículas.
 Ausencia de resistencia a la difusión en el interior de las
partículas.
 Grandes coeficientes de transferencia de calor en la fase
líquida.

 Velocidad es mucho más altas de

reacción por unidad de peso de
catalizador,
 Se evitan costes asociados con el
proceso de formación de pellets.
 Regeneración continua del catalizador.
 DESVENTAJAS

 Los procesos de solubilización y de transferencia de masa pueden

influir en las tasas de conversión observados y estos factores pueden
introducir incertidumbres de diseño.
 Acarrean problemas de desarrollo en diseños mecánicos.
 Los datos publicados son a menudo inadecuados para los propósitos de
diseño.
 Relación de líquido catalizador es mucho mayor que un reactor de
lecho de goteo.
FORMAS DE REACTORES
Los reactores de suspensión son adaptables a varias
formas físicas:

Columnas de barboteo son sólidos en suspensión.

Consisten en un recipiente cilíndrico que contienen el

líquido y el sólido y descarga se introducía base de la
columna mediante un distribuidor el régimen de
circulación será de parloteo según sea vSG, D y las
propiedades fisicoquímicas del sistema así como la
presencia de sólido.
 ECUACIÓN DE DISEÑO
La reacción catalítica se producirá
en la superficie del catalizador
solido según;

Sustituyendo la ecuación en la de
diseño e integrada de esta se obtiene
REACTORES DE LECHO
FIJO
 REACTOR DE LECHO FIJO
En el reactor de lecho fijo las partículas
están inmovilizadas, y por tanto en íntimo
contacto unas con otras. Este se caracteriza
por su forma tubular.

En lechos fijos el tamaño de las partículas

del lecho son relativamente pequeñas, Reactor de lecho fijo
comúnmente en milímetros. Generalmente
tienen forma de cilindros o esferas.
 CARACTERÍSTICAS Disposición del
El régimen de flujo se ve afectado por la
densidad del gas, la viscosidad del flujo
Flujo axial descendente del fluido.
liquido y las velocidades superficiales de Flujo radial hacia el interior o el
ambas exterior con el objetivo de reducir la
La caída de presión dependerá de la perdida de presión (-∆P).
densidad del gas, viscosidad del liquido
de las velocidades superficiales y del
flujo másico de ambas fases
La mojabilidad del catalizador depende
de la presión, del flujo masico del
Flujo Axial Flujo Radial
liquido, la temperatura entre otros.
 VENT DESVEN
AJAS
TAJAS
oAltas Conversiones de o La baja selectividad del
reacción catalizador debido al largo
oAltas Cargas de tamaño de la particula, la
catalizador por unidad mala transmisión de calor
de volumen del liquido. debido a la pequeña mezcla
radial
 CONDICIONES DE
OPERACIÓN
Operación no adiabática.
En operación no adiabática, se
Operación adiabática. intercambia calor con el lecho para
No se intercambia calor con el controlar la temperatura. El reactor
exterior. En consecuencia, la es esencialmente un intercambiador
temperatura aumenta si la de carcasa y tubos, con el
reacción es exotérmica y catalizador en el interior o exterior
disminuye si es endotérmica. de los tubos y,
correspondientemente, con un
fluido refrigerante circulando por la
carcasa o los tubos.
 PARÁMETROS
CARACTERÍSTICOS DEL
DISEÑO -Velocidad de
reacción
Reacción -Equilibrio químico
-Entalpia de reacción
-Dependencia con la
temperatura

Propiedades Catalizado -Composición

del sistema r -Estructura y tamaño
-Propiedades

-Transmisión de calor

Lecho - Caída de presión

Costes de construcción, operación y mantenimiento Reactor(es)

Intercambiador(es) de calor
PROCEDER AL DISEÑO
oEncontrar la masa de catalizador mínima(Wmin).
oDeterminar la longitud(L) y diámetro de cada etapa(D)
Cinética de la reacción, Balances de materia y energía.
oCaracterísticas de las partículas del lecho: Composición
química y propiedades físicas como tamaño, forma,
densidad y porosidad.
o Interacción fluido- particula, perdida de presión (-∆P).
oReversibilidad de la reacción.
CLASIFICACIÓN DE
CATALIZADORES
1.-Catalizador gaseoso:
El oxido nitroso, se usa en la oxidación del SO3 para la obtención de H2SO4
2.- Catalizadores Líquidos
Acido sulfúrico H2SO4, Acido clorhídrico HCL, Acido Fosfórico H3PO4

3.-Catalizadores Solidos
Metálicos: Ni, Pd, Pt, Ag, Fe.
Óxidos metálicos: Cr2O3, V2O5, MoO, MnO2, ZnO, NiO, Bi2O3
Sales Metálicas: Cl, Cu
Aislantes: O3, SiO2, Al2O3, MgO
 PERDIDA DE
ACTIVIDAD APLICACIÓN
CATALÍTICA
oHay tres causas fundamentales por las que se INDUSTRIAL
- Hidrodesulfuracion,
puede perder actividad de un catalizador Hidrodenitrificacion e
Hidrogenación Catalítica de
- Envejecimiento fracciones del petróleo
- Envenenamiento - Hidrocraking catalítico
- Ensuciamiento
- Sintesis de 2-butin-1,4-diol a
partir de acetileno y formaldehido
- Oxidación de acido fórmico en
agua
- Oxidación de materia orgánica
refractaria en aguas residuales
con catalizadores de pd o
microorganismos
fijados(biofiltros)
CLASIFIC
ACIÓN
oSencillos
oMultitubulares
oMultiples: Bifasicos
y trifásicos
 FORMA DE OPERAR CON LOS
REACTORES TRIFÁSICOS DE
LECHO FIJO
Trifásicos
Fases involucradas:
Liquido-solido- gas
REACTORES DE LECHO
FLUIDIZADO
Descripción
En este tipo de reactor, se pasa un fluido (gas o
líquido) a través de un material granular sólido
(generalmente un catalizador posiblemente en
forma de esferas pequeñas) a velocidades
suficientemente altas para suspender el sólido y
hacer que se comporte como si fuera un fluido.
 PRINCIPIO BÁSICO
El sustrato sólido del material en el reactor de
lecho fluidizado suele estar soportado por una
placa porosa, conocida como distribuidor.​

A medida que aumenta la velocidad del

fluido, el reactor alcanzará una etapa en la
que la fuerza del fluido sobre los sólidos es
suficiente para equilibrar el peso del material
sólido.

Una vez que se sobrepasa esta velocidad

mínima, el contenido del lecho del reactor
comienza a expandirse.
• Un separador de ciclón calentado o
filtro que se coloca inmediatamente
corriente abajo del reactor para
capturar los finos resultantes del
desgaste de partículas.

• Los productos de reacción se enfrían

posteriormente por un condensador
y se recogen en un receptor de
producto.

• La presión del sistema es mantenida

por un regulador de domo de presión
de retroceso.
 Hidrodinámica de la fluidización
(a)El lecho de partículas permanece
estático comportándose como
un lecho fijo.

(b)El lecho esta expandido con una

distribución relativamente
uniforme de las partículas, que, a
su vez, presentan un movimiento
caótico. No se observan burbujas
de ningún tipo y tamaño.

(c)Correspondiente a velocidades
del fluido mayores
(d) Debido a la elevada velocidad
se forman grandes burbujas que
pueden llegar a ocupar todo el
diámetro del reactor, y se puede
iniciar ya el arrastre de las
partículas.

(e) Se muestra el arrastre de las

partículas fuera del reactor.
VELOCIDAD MÍNIMA
VELOCIDAD DE
ARRASTRE

EXPANCIÓN DEL LECHO FLUIDIZADO

DIAMETRO
BURBUJA

ECUACION DE DISEÑO
Aplicaciones
• Craqueo catalítico de hidrocarburos
• Convertir el carbón, la biomasa y otros materiales de desecho en gas
sintético.
NUEVAS TECNOLOGIAS
REACTORES HETEROGENEOS
 INTRODUCCION
• El objetivo de esta investigación es
tener en cuenta las tecnologías que
se aplican en los reactores químicos,
en este caso se presentaran los tipos
de reactores , las ventajas de cada
uno, el concepto de cada reactor y
los tipos de micro-reactores que de
acuerdo a su característica tienen
una función similar. Qué proceso se
tendrá en cuenta para cada uno.
MICROREACTORES
• Los Microreactores o reactores de
microcanales son dispositivos para reacciones
químicas en que los canales tienen por lo
menos una dimensión menor que 1 milímetro.
• Microreactores usan el concepto de PI –
procesos intensificación (reducción en el
tamaño de la planta por un factor de por lo
menos 100) en el cual un dado proceso es
intensificado cuando se aumentan los
fenómenos de:
• - Transferencia de masa
• - Transferencia de calor
• - Tasa de reacción
 PRINCIPALES
VENTAJAS

• Reducción en las dimensiones lineares,

el coeficiente de transferencia de calor
aumenta algunas ordenes de
magnitud.
• Aumento en la relación
superficie/volumen
• Reducción en el volumen
REACTORES DE MEMBRANA
• Los reactores catalíticos de membrana pueden elevar
el rendimiento de las reacciones que son altamente
reversibles dentro del intervalo de temperaturas de
interés (algunos llaman termodinámicamente
limitadas a las reacciones de este tipo).
• El termino reactor de membrana describe varios tipos
distintos de configuraciones de reactor que contienen
una membrana. La membrana puede interponer una
barrera a ciertos componentes al tiempo que deja
pasar otros, evitar que ciertos componentes como
material en partículas entre en contacto con el
catalizador, o contener sitios reactivos y ser un
catalizador ella misma.
• Al igual que la destilación reactiva, el rector de
membrana es otra técnica para empujar las reacciones
reversibles hacia la derecha con el fin de alcanzar
conversiones muy altas (Fogler, 2008).
 TIPOS DE REACTORES CATALÍTICOS DE
MEMBRANA
• Reactor de membrana inerte
con gránulos de catalizador
en el lado de la alimentación
(IMRCF), aquí la membrana
es inerte y actúa como
barrera para los reactivos y
algunos de los productos.
TIPOS DE REACTORES CATALÍTICOS DE
MEMBRANA
• Reactor de membrana catalítica
(CMR), el catalizador se deposita
directamente en la membrana y solo
pueden salir algunos productos de
reacción específicos por el lado del
permeado.
 DESTILACIÓN
REACTIVA

• La destilación reactiva es un proceso en el

cual ocurre simultáneamente la reacción
química y la separación de productos.
Esta es sin duda una de las tecnologías
que más ventajas potenciales ofrece para
la síntesis química en relación con los
procesos convencionales, donde la
reacción y la separación se llevan a cabo
secuencialmente.

Columna de destilación reactiva para la producción de

FAMEs por esterificación con metanol.
CARACTERÍSTICAS:

• Como un ejemplo
espectacular se tiene el caso
de producción de acetato de
metilo en donde se sustituye
un reactor y un tren de
nueve torres de destilación
por una única columna de
destilación reactiva,
alcanzando el 100% de
conversión de los reactivos.
•Otra de las bondades que ofrece
esta tecnología es que es
considerada como ambientalmente
amigable o “tecnología limpia”,
porque su implementación genera
un menor impacto ambiental en
comparación con los procesos
convencionales, como ha sido
mostrado por nuestro grupo en el
caso de producción de acetato de n-
butilo a partir del algoritmo WAR,
la cual es una metodología que
permite determinar el potencial del
impacto ambiental de un proceso
químico.
REACTORES CON
CAVITACIÓN

• El fenómeno de cavitación, tan

temido en bombas, se utiliza
aquí aprovechando la energía
disipada en un pequeño
volumen cuando colapsa una
cavidad de fluido. esto genera
turbulencia. en uno de estos
equipos se reporta 90% de
conversión en un tiempo de
reacción de 15 minutos.
REACTORES DE FLUJO OSCILATORIO

• Son reactores tubulares que contienen placas perforadas a intervalos

regulares. El caudal se bombea de manera pulsante, lo cual mejora la
transferencia de calor y masa, sin requerir que el caudal neto sea
excesivamente alto. Las conversiones reportadas son del 99% en 30
minutos.
REFERENCIAS

• Fogler, H. S. (2008). Elementos

de la ingenieria de las reacciones
QUIMICAS. The University of
Michigan, Ann Arbor: Pearson
Educacion.
• Mario Montes (U.P. Vasco), José
Antonio Odriozola(U. Sevilla)
• http://aiquruguay.org/congreso/d
ownload/FALABELLA.pdf
(Iborra Pastor y Cols.2006)
BIBLIOGRAFIA
• https://es.slideshare.net/magnusgabrielhuertafernandez/tipos-de-reactore
s-51745874
• https://www.academia.edu/30450337/Fundamentos_de_reactores_hetero
geneos
• http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/IntroReactores_10564.pdf
• http://sitiorq12015.weebly.com/uploads/4/4/3/7/44372337/unidad_4_r_q
• https://www.monografias.com/trabajos27/lecho-fijo/lecho-fijo.shtml
• http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/65182/Documento_com
pleto.pdf-PDFA.pdf?sequence=1
• https://prezi.com/chjruqstvacm/reactores-en-suspension-slurry/