reactor de destello

En las operaciones de reactores rápidos (FR), se suele requerir una velocidad de fluido relativamente alta (10–30  m/s) ^{[ 2 ]} para favorecer una distribución continua de partículas en todo el recipiente del reactor. Esto minimiza la velocidad de deslizamiento de la columna (diferencia de velocidad promedio de los distintos fluidos en una tubería), lo que repercute positivamente en las tasas de transferencia de calor y masa y permite el uso de recipientes de menor diámetro, lo que reduce los costos operativos. Asimismo, el uso de una configuración de flujo de fluido vertical da como resultado una falta de mezcla de partículas de alimentación en las direcciones horizontal y vertical, lo que desalienta las interacciones entre partículas que disminuirían la impureza del producto.

El uso de una velocidad de fluido rápida, como se describió anteriormente, también garantiza un tiempo de retención de la alimentación sólida corto. Esto sería adecuado para reacciones que requieren un producto más puro y un mayor rendimiento. Sin embargo, si la condición de operación para una aplicación determinada requiere un tiempo de reacción prolongado, esto se puede implementar mediante la introducción de una operación cíclica. Al emplear una línea de reflujo, el fluido en el reactor de flujo rápido se puede recircular con la alimentación para permitir un tiempo de contacto adicional. ^{[ 3 ]}

Debido a los altos requisitos de temperatura para las operaciones de FR, se requiere un revestimiento refractario para reforzar y mantener la integridad del recipiente a lo largo del tiempo. Además, un revestimiento refractario sirve para aislar la alta temperatura de la cámara de la temperatura ambiente. Por ejemplo, en el proceso Reco-Dust, el FR está revestido con dos materiales refractarios distintos: ladrillos de óxido de aluminio para la cámara de combustión y ladrillos de carburo de silicio para la parte de salida cónica. ^{[ 4 ]} Además, el diseño del recipiente puede variar en formas y tamaños (por ejemplo, desde una tubería hasta una forma ovalada) con el fin de promover la circulación vertical de los gases y las partículas. ^{[ 1 ]}

Para minimizar la retención de material en el reactor, se recomienda un gas denso con sólidos ligeros para el funcionamiento del reactor de flujo rápido (FR). La alimentación sólida que se introduce en el reactor solo puede consistir en materiales resistentes al calor y será óptima cuando solo se requiera un tiempo de retención corto. También es deseable que la alimentación sólida sea seca, fluida y con un tamaño de grano bien definido. ^{[ 5 ]}

A diferencia de otros diseños FR, el material de alimentación en polvo entra en contacto con un portador de calor sólido en lugar de uno gaseoso. Esto implica el uso de una placa giratoria calentada que dispersa las partículas de polvo durante un breve período. Esto se logra mediante el uso de fuerzas centrífugas, que comprimen el polvo sobre la superficie de la placa, permitiendo el contacto directo entre las partículas y el metal caliente, lo que posibilita una mayor tasa de transferencia de calor. ^{[ 6 ]} La figura de la derecha ilustra la configuración TSE-FLAR, con las flechas que muestran la dirección del material de alimentación desde el tanque de alimentación, a la unidad de dosificación, a la placa giratoria y, finalmente, a la unidad de agua de refrigeración.

Un reactor de descarga instantánea en tubería (PFR) es un dispositivo relativamente nuevo desarrollado a partir de los principios de un reactor de descarga instantánea (FR), por lo que posee la mayoría de sus características, funciones y propiedades. Como su nombre lo indica, el reactor de descarga instantánea tiene forma de tubería. Aunque es un producto derivado de una tecnología anterior, se está probando en operaciones a escala industrial. Los reactores de descarga instantánea en tubería se utilizan como etapa de tratamiento terciario o posterior en el tratamiento de aguas residuales, ya sea integrados en plantas nuevas o adaptados en instalaciones existentes. ^{[ 7 ]} La forma del PFR permite su fácil integración en nuevos sistemas de proceso y su adaptación a sistemas existentes más antiguos para mejorar la eficiencia general del sistema. ^{[ 8 ]} Debido a su forma, se pueden agregar fácilmente modificaciones y extensiones al PFR para adaptarse a los requisitos de ciertos procesos. ^{[ 9 ]}

En el PFR, los reactivos entran en contacto entre sí en la tubería en lugar de en un recipiente de mezcla como en los sistemas de mezcla convencionales, como un reactor de tanque agitado continuo . Esto elimina la necesidad de tanques de mezcla adicionales, lo que ahorra espacio, pero como contrapartida, el sitio de reacción real dependerá de las especificaciones de la tubería y la velocidad del fluido. El PFR también elimina la necesidad de sistemas de cascada voluminosos o tanques utilizados por otras tecnologías en desarrollos existentes, lo que puede reducir los costos de mantenimiento. Debido a la naturaleza del dispositivo, los reactivos procesados ​​en los PFR tendrán tiempos de retención cortos; sin embargo, agregar reflujos al sistema es una técnica que puede aumentar el tiempo de retención si es necesario. A diferencia de los sistemas de mezcla convencionales, se puede lograr una cámara de mezcla turbulenta sin producir caídas de presión. ^{[ 3 ]} Además, los PFR, como la mayoría de los reactores de destello, son altamente eficientes y tienen un tamaño reducido.

The (PFR) is a growing technology with applications in improving the efficiency of certain processes such as the waste-water treatment. A pilot reactor was installed in California as part of the [Castaic Lake Water Agency] (CLWA) Expansion plan. The PFR serves as an auxiliary mixing and contact device to promote the ozone absorption in treated water. The PFR used customized nozzles to inject the ozone/water mixture at high velocities back into the bulk of the treated fluid. The use of PFRs, such as the reactor in the CLWA expansion, in water treatments is becoming more popular since the PFRs eliminates the need for additional tanks that would have been required for processes such as chlorination. Smaller basins are sufficient in providing the contact time between reactants for microbial inactivation thus reducing installation footprints in new developments. Also, the reactants will leave the PFRs quicker due to a shorter retention time; it was found that effective dispersion of the side stream into the bulk fluid was accomplished in as short as 1 second.^[9]

Since 2010, a flash-reactor pilot plant was successfully operating at the Montanuniversität in Leoben, Austria. Known as the RecoDust process, such a setup was designed to recover zinc from the dust collected in steel operations. Whilst tests have proven the functionality of this process, further research and implementation of this process in industry was halted due to the steel industry's uncertain economic outlook.^[5]

Nonetheless, research has shown a great potential for the use of the FR in recovering zinc from steel mill dust as it provides a strong oxidizing and reducing condition in the reaction vessel, with no waste materials produced. The large reaction surface area of the dust material input as well as not having an inner Zn-cycle and not requiring pretreatment processes has proven the effectiveness and efficiency of the RecoDust process.^[10]

A typical RecoDust process will often require temperatures from 1600-1650 °C with a dry, pourable, and well-defined grain sized raw material input of approximately 300 kg/h. In one experiment, 94% of chlorine, 93% of fluorine and 92% of lead was eliminated from the steel mill dust with a 97% recovery of zinc.^[4]

El uso de un proceso de calentamiento térmico rápido seguido de su enfriamiento rápido es esencial en muchos campos de la ingeniería química. Por ejemplo, el polvo de hidróxido de aluminio (es decir, gibbsita ) utilizado para la preparación de un catalizador a base de alúmina pasa por un proceso de activación termoquímica (ATQ) para formar un producto activado térmicamente, Al₂O₃ _{· nH₂O} . _Se puede emplear un reactor de fusión centrífugo (FR, TSEFLAR ) para calentar el polvo hasta 400-900 K con una temperatura de placa de 1000 K y una velocidad de 90-250 revoluciones por minuto. Se ha demostrado que estos parámetros producen un rendimiento de 40 dm³ ^/ h con un tratamiento térmico de menos de 1,5 s. ^{[ 6 ]}

Los reactores flash tienen un enorme potencial para reemplazar o complementar los procesos existentes de oxidación, reducción u otros procesos de pretratamiento de minerales primarios (por ejemplo, calcinación ) en refinerías de metales. ^{[ 2 ]} La simplicidad y el rendimiento de un reactor flash pueden proporcionar una solución rentable para facilitar el uso de procesos rigurosos y costosos.

La combustión en bucle químico (CLC) es un método que utiliza una combinación de reactores de lecho fluidizado circulante (CFB) y reactores de destello para eliminar el nitrógeno y las impurezas del aire antes de la oxidación del combustible mediante un ciclo de oxidación y reducción de un metal como el níquel. En la CLC, se inyecta aire caliente en un metal que actúa como catalizador y portador de oxígeno, como Fe₂O₃ _, níquel _metálico o cobre. ^{[ 2 ] [ 15 ]} Se utiliza un reactor de destello en el proceso de inyección de aire al inicio del bucle. El uso de reactores de destello en este escenario permite el uso de materias primas de menor calidad y un aumento sustancial en la capacidad, así como en la pureza del producto, en comparación con el procesamiento convencional. ^{[ 16 ]}

En teoría, la tecnología CLC también puede utilizarse para recuperar hidrógeno de la biomasa durante la síntesis de gas de síntesis , tal como se explica en el apartado de producción de hidrógeno que aparece más adelante.

La producción de hidrógeno es una tecnología emergente en el campo de las energías renovables . Dado que se espera que la demanda de hidrógeno crezca exponencialmente, ^{[ 17 ]} en las industrias química, de hidrocarburos y de semiconductores, es necesario encontrar nuevas fuentes de hidrógeno. Los reactores flash, junto con el reformado de metano con vapor y la gasificación, utilizan biomasa residual, como una mezcla de celulosa , lignina y otros compuestos orgánicos vegetales, para producir hidrógeno gaseoso. El residuo de biomasa más utilizado es el de la palma aceitera, como resultado de la industria del aceite de palma . ^{[ 18 ]}

Los reactores flash también pueden utilizarse en la sección de secado para eliminar rápidamente el contenido de agua ^{[ 18 ]} de la biomasa mediante la inyección de aire caliente a alta velocidad, que actúa como pretratamiento para la reacción de pirólisis propiamente dicha, la cual también tiene lugar en un reactor flash. ^{[ 15 ]} también muestra que se utiliza un reactor flash, después de la molienda de la biomasa, con la adición de calor extremo, para obtener una mezcla de bioaceite, carbón vegetal y ceniza. La ceniza y el carbón vegetal producidos en esta reacción se eliminan posteriormente debido a sus propiedades catalíticas, que interferirían con la reformación con vapor.