Los reactores tubulares se usan en modo de flujo continuo con los reactivos fluyendo y los productos eliminados. Pueden ser los reactores de diseño más sencillo. Los reactores tubulares con frecuencia reciben otros nombres:
- Reactores de flujo pistón
- Reactores de tuberías
- Reactores de lecho empacado
- Reactores de fixed-bed
- Reactores de lecho de goteo
- Reactores de columnas de burbujeo
- Reactores de lecho-ebullente
El flujo de una sola fase de un reactor tubular puede ser ascendente o descendente. El flujo de dos fases puede ser co-corriente de flujo ascendente, contra-corriente (líquido hacia abajo, gas hacia arriba) o, más comúnmente, co-corriente de flujo descendente.
Los Reactores Tubulares se usan en una gran variedad de industrias:
- Petróleo
- Petroquímica
- Polímero
- Farmacéutica
- Tratamiento de Desechos
- Especialidades Químicas
- Energía Alternativa
Los reactores tubulares se utilizan en una variedad de aplicaciones:
- Carbonización
- Deshidrogenación
- Hidrogenación
- Hidrocraqueo
- Hidroformilación
- Descomposición oxidativa
- Oxidación Parcial
- Polimerización
- Reformación
Los reactores tubulares pueden estar vacíos para reacciones homogéneas o empacados con partículas de catalizador u otras partículas sólidas para reacciones heterogéneas. Los reactores empacados necesitan soportes superiores e inferiores para mantener las partículas en su lugar. El empacado superior generalmente es de un material inerte para servir como una sección de precalentamiento. El precalentamiento también puede hacerse con un canal interno en espiral para mantener los reactivos entrantes cerca de la pared caliente durante su entrada, como se muestra a la derecha.
A menudo es deseable que el tamaño del reactor tubular sea lo suficientemente grande, es decir de 8 a 10 partículas de catalizador en su diámetro y al menos 40-50 diámetros de partícula de largo. La relación de longitud a diámetro puede variar para estudiar el efecto de carga de catalizador, al equipar al reactor con “carretes” para cambiar esta relación.
Los sistemas de reactores tubulares son personalizables y se pueden hacer de diferentes longitudes y diámetros, y diseñados para diferentes presiones y temperaturas.
Los reactores tubulares pueden tener sola una pared o se les puede enchaquetar para calentarlos o enfriarlos con un fluido circulante de transferencia de calor. Los hornos externos pueden ser rígidos, calefactores de tubos o mantillas flexibles. El aislamiento se coloca en cada extremo de forma que no se calienten a la misma temperatura que el núcleo del reactor. La longitud del calentador se divide normalmente en una o tres zonas separadas de calefacción, también se puede dividir en tantas zonas como que sea necesario.
Se puede suministrar ya sea un termopar interno fijo en cada zona o un solo termopar móvil que se puede usar para medir la temperatura en diferentes puntos a lo largo del lecho del catalizador. Los termopares exteriores generalmente se suministran para controlar cada zona del calefactor.
Sistema de Alimentación de Gas
Se pueden adaptar diversas alimentaciones de gases y ser operadas desde un Rack de Distribuciones de Gases. Para entregar un flujo constante de gas a un reactor, es necesario proporcionar el gas a una presión constante al controlador de flujo másico electrónico. Este instrumento compara el flujo real entregado con el punto de ajuste elegido por el usuario, y ajusta automáticamente una válvula de control integral para asegurar un flujo constante. Se debe tener cuidado con el tamaño estos controladores según el gas específico, velocidad de flujo y presión de operación. Un controlador de flujo másico necesita una fuente de poder y un dispositivo de lectura, así como un medio para introducir el punto de ajuste deseado.
Al realizar pedidos de controladores de flujo másico, deberá especificar:
1. Tipo de gas a medir (por ejemplo, N2, H2, CH4)
2. Presión máxima de operación del gas (100 ó 300 bar)
3. Rango máximo de velocidad de flujo en cc estándar por minuto (sccm)
4. Presión de calibración del instrumento
Los controladores de flujo másico están disponibles para usarse a 1500 psi y 4500 psi. Se pueden obtener ahorros considerables si el controlador de flujo másico sólo se va a usar a 1500 psi.
Los esquemas de arriba representan la instalación de un controlador de flujo másico para la alimentación de gas en un sistema de reacción de flujo continuo. Dichas instalaciones son mejoradas mediante la adición de una válvula de derivación para un llenado o lavado rápido.
Se puede añadir una línea de purga, la cual se usa para la alimentación de nitrógeno o helio para eliminar el aire antes de la reacción o para eliminar los gases reactivos antes de abrir el reactor al final de una corrida. La línea de purga incluye una válvula de cierre, un filtro, válvula dosificadora, y una válvula de retención de flujo inverso.
Las válvulas de cierre se pueden automatizar utilizando un sistema de Control 4871 o un controlador de pantalla táctil 4880 (para el reactor tubular modelo 5420).
Bombas Dosificadoras de Líquido
Las bombas de pistón de alta presión se usan con mayor frecuencia para inyectar líquidos en un reactor que opera a presión en una modalidad de flujo continuo. las bombas de HPLC son una excelente opción para flujos de baja velocidad, muchos de los cuales son calificados para 5000 psig.
Las bombas están disponibles para control de caudal manual desde su placa frontal digital o control por computadora desde un controlador de proceso 4871.
Las bombas dosificadoras son nuestra recomendación para la alimentación continua de líquidos cuando la velocidad de flujo deseada es mayor a 6 litros por hora. Parr puede ayudarle con la selección de la bomba de alimentación. Necesitaremos conocer el tipo de líquido; la mínima, típica y máxima velocidad de alimentación deseada, la presión máxima de operación, y cualquier otra consideración especial, como la operación a prueba de explosión o las posibilidades de corrosión.
Condensadores de Enfriamiento
Existen condensadores de refrigeración disponibles para enfriar los productos de reacción. Una adaptación de nuestros condensadores estándar proporciona un diseño excelente.
Reguladores de Presión de Retorno
El reactor se mantiene a una presión constante mediante la instalación de Reguladores de Presión de Retorno (RBP) en el flujo de salida del reactor. Este tipo de regulador liberará los productos sólo cuando la presión del reactor exceda un valor prestablecido por el operador.
Cuando se usa un BPR junto con los controladores de flujo másico, el usuario se asegura de que un flujo constante de gas pasa a través de un reactor, a presión constante. Esto proporciona el mayor grado de control y reproducibilidad en un sistema de reactor de flujo continuo por el operador.
También se encuentra disponible un BPR alternativo que permite reducir la presión de una corriente bifásica del reactor. Este BPR requiere que el operador proporcione una fuente de nitrógeno o aire a una presión ligeramente superior a la presión de operación deseada. Con este tipo de BPR, el separador de gas/líquido de alta presión se puede reemplazar por un receptor de producto líquido de baja presión.
Separadores de Gas/Líquidos
Los reactores tubulares que operan en modo de flujo continuo con gas y productos líquidos normalmente necesitan un separador de gas/líquido para un funcionamiento suave. El separador se coloca corriente abajo del reactor, a menudo separado del reactor por un condensador de enfriamiento. En el recipiente separador, los líquidos se condensan y recogen en el fondo del recipiente. A los gases y vapores no condensados se les permite salir de la parte superior del recipiente y pasar al regulador de presión de retorno. Es importante operar el BPR estándar solamente con una sola fase fluida para evitar la oscilación de la presión del reactor.
El separador de Gas/Líquido puede ser de un tamaño lo suficientemente grande como para actuar como un receptor de producto líquido quese drena periódicamente. Muchos de los recipientes a presión sin agitación fabricados por Parr son ideales para usarse como Separadores de Gas/Líquido. Los recipientes de 300, 600, 1000 o 2000 ml son los más utilizados. A pedido, la parte inferior del separador se puede ahusar y/o se puede agregar la capacidad de drenaje automático de líquidos para facilitar el drenaje.
Sistemas de Control y Adquisición de Datos
There are three options for control of Parr continuous reactor systems:
- Model 4871 Process Logic Controller (PC controlled) enables data logging of process data, programmable safety interlocks, programmable automation, and remote operation (via PC). Automatable features offered include automated pressure control (with ramping capability), automated liquid draining, automated setting of reactant flow rates, automated shutoff valves, and automated sampling. Pre-programmed profiles enable highly reproducible automated test runs. Other features available with the 4871 Process Controller include external vaporization/preheating, differential pressure measurement, physical E-stop button, and analog or digital communication with instruments such as gas monitors and ventilation flow monitors.
- Model 4880 3-zone Tubular Touchscreen Controller for use with 5420 series configurable entry level tubular reactor system with automated shutoff valves, safety interlocks, and data logging. This controller mounts on the reactor flow stand, is not upgradeable, and is designed for use with up to four gas feeds and two liquid feeds.
- Model 4848 Reactor Controller (Local Control System) can be used to control a single reactor heated zone and monitor pressure and temperature. It is not able to control or interlock reactant feeds or interlock more than one heated zone.