Los reactores químicos son dispositivos o equipos utilizados en la industria química y en laboratorios para llevar a cabo reacciones químicas controladas. Estos dispositivos se diseñan específicamente para permitir que los reactivos se mezclen, reaccionen y produzcan productos químicos deseados de manera eficiente y controlada. Existen varios tipos de reactores químicos, y la elección del tipo adecuado depende de la naturaleza de la reacción y de los objetivos del proceso. A continuación, se describen algunos tipos comunes de reactores químicos:
1. Reactores de tanque agitado continuo (CSTR): En estos reactores, los reactivos se introducen continuamente en un tanque y se agitan de manera constante. La reacción ocurre en el tanque y los productos se retiran de manera continua. Los CSTR se utilizan en reacciones que requieren un tiempo de residencia constante y en procesos en estado estacionario.
2. Reactores de lecho fijo: En estos reactores, los reactivos fluyen a través de un lecho sólido catalítico o reactivo en estado sólido. Estos reactores se utilizan en procesos de catálisis heterogénea, como la craqueo de hidrocarburos en la industria petrolera.
3. Reactores de lecho fluidizado: En estos reactores, una corriente de gas se utiliza para mantener un lecho de partículas sólidas en suspensión. Se utilizan en procesos que involucran reacciones heterogéneas en fase gaseosa, como la síntesis de amoníaco.
4. Reactores tubulares: Los reactivos fluyen a través de un tubo largo y estrecho en el que se produce la reacción. Se utilizan para reacciones químicas continuas y permiten un control preciso de la temperatura y el tiempo de residencia.
5. Reactores en discontinuo o por lotes: En estos reactores, los reactivos se introducen en una cantidad finita y se dejan reaccionar por un tiempo determinado. Una vez completada la reacción, se retiran los productos y se carga una nueva cantidad de reactivos para la siguiente reacción.
6. Reactores de membrana: Estos reactores incorporan membranas que permiten el paso selectivo de ciertas especies químicas, lo que facilita la separación y purificación de productos en situaciones en las que las especies reactivas o productos deben aislarse de manera selectiva.
7. Reactores de polimerización: Utilizados en la producción de polímeros y plásticos, estos reactores están diseñados para llevar a cabo reacciones de polimerización controladas.
La elección del tipo de reactor depende de factores como la cinética de la reacción, la temperatura, la presión, la fase de los reactivos y la necesidad de controlar la concentración de reactivos. Los reactores químicos son fundamentales en la síntesis de una amplia gama de productos químicos, desde productos farmacéuticos y productos petroquímicos hasta productos químicos de uso cotidiano.
El diseño de un reactor debe basarse en el estudio cinético y termodinámico de la reacción química que se pretende realizar. Además debe tenerse en cuenta la producción deseada y las características de la materia prima a utilizar.
La termodinámica química permite establecer el calor desprendido o absorbido por la reacción, así como la extensión en la que se produce la reacción, mediante el cálculo de la constante de equilibrio.
Por otro lado, la cinética química nos aporta datos sobre la velocidad de reacción, así como su dependencia con la concentración, temperatura, presión y uso de catalizadores. Termodinámica y cinética nos proporcionan la información sobre la condiciones en las que una reacción tendrá lugar con rendimientos y duración aceptables.