Los reactores de lecho fluidizado (FBR) son reactores catalíticos en los que el catalizador está fluidizado dentro del reactor.
(Copyright Envirogen Technologies Inc., Kingwood, TX)
Información general
Los reactores de lecho fluidizado son reactores catalíticos heterogéneos en los que la masa de catalizador está fluidizada. Esto permite una amplia mezcla en todas las direcciones. Un resultado de la mezcla es una excelente estabilidad de la temperatura y una mayor transferencia de masa y velocidad de reacción.
Los reactores de lecho fluidizado son capaces de manejar grandes cantidades de alimentación y catalizador. En la imagen inferior se muestra un FBR utilizado para tratar aguas residuales contaminadas con anilina y nitrobenceno.
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Diseño del equipo
La película siguiente muestra el funcionamiento de un reactor de lecho fluidizado. Antes de poner en marcha el reactor, los gránulos de catalizador se encuentran en una rejilla en el fondo del reactor. Los reactivos se bombean en el reactor a través de un distribuidor de forma continua, haciendo que el lecho se fluidifique. El comportamiento del lecho tras la fluidización inicial depende del estado del reactivo. Si se trata de un líquido, el lecho se expande uniformemente con el aumento del flujo ascendente del reactivo. Esto se llama fluidización homogénea. Si el reactivo es un gas, el lecho no será uniforme porque el gas forma burbujas en el lecho, lo que da lugar a una fluidización agregada. A veces, estas burbujas en materiales gruesos pueden crecer más de dos tercios del diámetro del lecho, lo que puede provocar un babeo. El babeo puede dar lugar a presiones variables, vibraciones en el lecho y reducciones de la transferencia de calor. El aumento de la velocidad del gas conduce a un régimen turbulento, como se muestra a continuación. En el régimen de fluidización rápida, la superficie del lecho empieza a desaparecer. El aumento de la velocidad del gas da lugar a un transporte neumático, en el que el lecho desaparece por completo y las partículas se espacian uniformemente en el fluido. Durante este proceso los reactivos reaccionan debido a la presencia de los gránulos de catalizador, formando productos que se eliminan continuamente.
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Los reactores de lecho fluidizado son generalmente muy grandes. Deben diseñarse de forma que el caudal de fluido sea suficiente para suspender las partículas del catalizador. El tamaño de las partículas suele oscilar entre 10 y 300 micras.
Cuando se diseña un reactor de lecho fluidizado, también hay que tener en cuenta la vida del catalizador. La mayoría de los reactores de lecho fluidizado, como el que se muestra aquí, tienen un compartimento separado para regenerar el catalizador.
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Ejemplos de uso
Los reactores de lecho fluidizado se utilizan comúnmente en procesos de craqueo catalítico. También se utilizan en la oxidación de naftalina a anhídrido ftálico, la tostación de minerales de sulfuro, la coquización de residuos de petróleo y la calcinación de piedra caliza. Suelen utilizarse cuando se necesitan grandes cantidades de entrada o salida de calor, o cuando se requieren temperaturas muy controladas.
Los reactores de lecho fluidizado que se muestran a continuación se utilizan en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA para eliminar el perclorato y el disolvente clorado de las aguas subterráneas. El sistema puede eliminar el perclorato de hasta 350 galones de agua subterránea por minuto.
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Ventajas
Desventajas
- La distribución uniforme de la temperatura elimina los puntos calientes.
- El catalizador se sustituye o regenera fácilmente.
- Permite operaciones continuas y controladas automáticamente.
- Puesta en contacto más eficaz del gas y del sólido que en otros reactores catalíticos.
- Caros de construir y mantener.
- Puede producirse la erosión de las paredes del reactor.
- El equipo de regeneración del catalizador es caro.
- El catalizador puede desactivarse.
- No se puede utilizar con sólidos de catalizador que no fluyan libremente.
- Gran caída de presión.
- Puede producirse atrición, rotura de los gránulos de catalizador debido al impacto contra las paredes del reactor.
Agradecimientos
Ingeniería química, Access Intelligence, LLC
Envirogen Technologies Inc. , Kingwood, TX
Fogler, Scott H. Elements of Chemical Reaction Engineering . 3rd ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1998. Imprimir.
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Walas, Stanley M. Reaction Kinetics for Chemical Engineers . New York: McGraw-Hill Inc., 1959. Print.
Desarrolladores
Sam Catalano
Alex Wozniak
Kelsey Kaplan
Thomas Plegue