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Packed Bed Reactor
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IntroduccinEl reactor de lecho empacado es laconfiguracin de mayor importancia
industrial y se usa principalmente para
la produccin a gran escala de reactivosprimarios o intermedios.
Un lecho empacado presenta la ventaja
de que no requiere la separacin delcatalizador como en el caso de las
reacciones catalticas homogneas.
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Definicin
Un reactor de lecho empacado (PBR)es un dispositivo tubular donde
ocurre un cambio en lacomposicin qumica debido a unareaccin, que se lleva a cabo con
partculas slidas de catalizador.
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Funcionamiento
En reactor PBR, los grnulos decatalizador se acomodan de manera
que llenan una cmara de reaccin. La
cmara de reaccin puede ser elinterior de un tubo, o la seccin anularentre 2 tubos concntricos o la seccinde un reactor con una configuracinsimilar un intercambiador de calor.
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DiseoPor conveniencia o costumbre un reactor PBR
se representa de manera horizontal. Sinembargo, un reactor cilndrico empacado
debe colocarse verticalmente. Una posicinhorizontal ocasionara espacios vacos en la
parte superior del reactor. Adems es
preferible introducir la alimentacin en laparte superior para que tanto el flujo como lagravedad empujen hacia abajo el catalizador
y permanezca completamente fijo.
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Variantes de DiseoAunque en muchos casos sea conveniente para
su fabricacin, el reactor no forzosamentetiene una configuracin cilndrico. Adems,
un reactor de lecho puede no estar empacadacon catalizador; por ejemplo, la pared
interna del tubo podra ser cataltica, o bien,
el interior del tubo tener colocadatransversales al f lujo una o varias mallas dealambre hechas de algn metal cataltico.
Ms aun el catalizador puede ser o no poroso.
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Caractersticas
La principal diferencia entre losclculos de diseo de reactores en los
que intervienen reacciones
homogneas, y aquellas en las queintervienen reacciones heterogneas
fluido slido, es que en el segundo caso
la velocidad de reaccin se basa en lamasa del catalizador slido, W, y no enel volumen del reactor, V.
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CaractersticasPara un sistema heterogneo fluido-slido, la
velocidad de reaccin de un sustancia A se definecomo:
-rA =g mol de A que reaccionan / s*g de catalizador
Se utiliza la masa de slido por que lo masimportante para la velocidad de reaccin es lamasa del catalizador. El volumen que contiene el
catalizador tiene importancia secundaria.
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Diagrama de un reactor PBR
FAO FA
W W+W
W
FA(W) FA(W+W)
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VentajasEn su forma mas sencilla, es un reactor
tubular empacado con partculas slidas decatalizador.
Uso regular para catalizar reacciones degases.Es la que con la mayor parte de las
reacciones produce la conversin ms alta
por peso de catalizador, de todos losreactores catalticos.Utiliza un sistema de re-circulacin a fin de
aumentar la eficiencia de re activacin.
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Desventajas El reemplazo del catalizador suele ser laborioso. Ocasionalmente ocurre una canalizacin del f lujo
de gas, lo que ocasiona un uso ineficiente de partes
del lecho del reactor. Este sistema presenta dificultades en el control de
temperatura debido a la formacin de zonascalientes y fras en el interior del lecho.
No se puede usar un tamao de catalizadorpequeo debido a la formacin de tapones y cadas
de presin.
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Aplicaciones
Se ha demostrado la gran variedad deaplicaciones de los reactores de lecho
empacado (PBR) en procesos biolgicos,gracias a sus ventajas en tiempo en retencin,
reutilizacin del sistema biocataltico, altaeficiencia y conversiones, fcil operacin y
bajos costos. Los trabajos realizados entratamiento de aguas residuales (Young y
McCarty, 1969), remocin de amoniaco porHaug y McCarty, 1972, y ms recientemente losestudios presentados por Beg y Hassan, 1985 y
1987, son algunos de los ejemplos exitosos de suaplicacin.
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Proceso Catalizador Condiciones de
operacin
Sntesis de amoniaco Fe-K20/Al2O3 450-550C, >200 atm
Oxidacin parcial del
etileno
Ag/Al2O3 200-270 C, 10-20
atmDeshidrogenacin del
etilbencenoFe3O4-KOH >600C, 1 atm
Produccin de cidoSulfrico
V2O5 380-390C
Hidrogenacin debenceno
Pt/Al2O3 500C, 30 atm