¿Qué es un reactor de flujo?
Un reactor de flujo es un proceso químico en el que las materias primas se agregan a un recipiente de reacción, generalmente una serie de tubos, para crear productos continuamente. Esto es diferente de un proceso por lotes, donde todos los materiales se agregan y reaccionan, luego se eliminan y procesan. Las reacciones de flujo continúan mientras se agreguen materias primas en un extremo, y se pueden usar tanto para líquidos como para gases.
El diseño de un reactor de flujo es típicamente una serie de tubos dentro de una carcasa de temperatura controlada. Se puede agregar calor o refrigerante a la carcasa para controlar la temperatura de la reacción dentro de los tubos. El reactor puede construirse a partir de metales, plásticos o compuestos según sea necesario para evitar que las materias primas lo ataquen.
Los diseños de tubos para un reactor de flujo pueden variar mucho dependiendo de las reacciones deseadas. Raramente los tubos están vacíos, porque la mezcla no ocurrirá en tubos vacíos; los materiales permanecerán separados dentro de los tubos y no reaccionarán. Las bobinas de tubos más pequeños, las formas pequeñas llamadas empaquetaduras o las barreras internas llamadas deflectores se utilizan para mezclar los reactivos o las materias primas.
Colocar tubos en espiral dentro de un reactor de flujo puede ayudar con la mezcla o la transferencia de calor. Las bobinas agregan distancia para que los químicos viajen en la sección de reacción, proporcionando más tiempo para que ocurra el proceso químico. Los líquidos de calentamiento o enfriamiento también pueden estar dentro de las bobinas, con los reactivos afuera, para un mejor control de la temperatura. El tamaño del tubo, que cambia el diámetro interno o la sección transversal, se puede variar para cambiar los caudales de los reactivos.
Los tubos se pueden empacar con varios materiales según las reacciones que se necesitan. Algunos productos químicos requieren un catalizador, un material que acelera las reacciones sin ser utilizado en el proceso. Los catalizadores pueden agregarse a cuentas de vidrio cerámico u otros materiales y empacarse en los tubos. El empaque sin catalizador también se puede usar para ayudar a mezclar los reactivos, lo que a menudo se necesita si se aplica calor o enfriamiento en el exterior de los tubos. Sin mezclar, el material más cercano a las paredes del tubo estará demasiado caliente o frío, lo que afectará la calidad del producto.
Los deflectores pueden variar mucho en diseño, pero todos ayudan a mezclar creando vórtices o remolinos de turbulencia dentro del tubo. Pueden ser capas de malla instaladas en los tubos o ranuras mecanizadas en las paredes del tubo. Los catalizadores también pueden recubrirse sobre superficies deflectoras, proporcionando control de reacción además de mezclar.
El diseño del reactor de flujo también tiene en cuenta la velocidad de reacción de los productos químicos. El movimiento de los productos químicos a través de todos los tubos debe ser el mismo, o la calidad del producto terminado puede ser diferente de cada tubo. Diseñar las tasas de flujo para obtener condiciones de flujo de tapón garantiza un producto consistente. El flujo del tapón es una característica del diseño del tubo y el control de la velocidad de flujo, donde el tiempo que los reactivos pasan en el reactor es el mismo, independientemente del tubo que se observe.