Reactor de lecho fluidizado

Un reactor de lecho fluidizado ( FBR ) es un tipo de reactor que se utiliza para llevar a cabo diversas reacciones químicas multifásicas . En este tipo de reactor, un fluido (gas o líquido) se hace pasar a través de un material granular sólido (generalmente un catalizador ) a velocidades lo suficientemente altas como para suspender el sólido y hacer que se comporte como un fluido. Este proceso, conocido como fluidización , confiere a un FBR muchas ventajas importantes. Por ello, los FBR se utilizan en numerosas aplicaciones industriales.

El material de sustrato sólido (el material catalítico sobre el cual reaccionan las especies químicas) en el reactor de lecho fluidizado generalmente está soportado por una placa porosa , conocida como distribuidor. ^{[ 1 ]} El fluido se fuerza a través del distribuidor hacia arriba a través del material sólido. A velocidades de fluido más bajas, los sólidos permanecen en su lugar mientras el fluido pasa a través de los huecos en el material. Esto se conoce como reactor de lecho empacado . A medida que aumenta la velocidad del fluido, el reactor alcanza una etapa en la que la fuerza del fluido sobre los sólidos es suficiente para equilibrar el peso del material sólido. Esta etapa se conoce como fluidización incipiente y ocurre a esta velocidad mínima de fluidización. Una vez superada esta velocidad mínima, el contenido del lecho del reactor comienza a expandirse y girar de manera similar a un tanque agitado o una olla de agua hirviendo. El reactor ahora es un lecho fluidizado. Dependiendo de las condiciones de operación y las propiedades de la fase sólida, se pueden observar varios regímenes de flujo en este reactor.

Los reactores de lecho fluidizado son relativamente nuevos en el campo de la ingeniería química. El primer generador de gas de lecho fluidizado fue desarrollado por Fritz Winkler en Alemania en la década de 1920. ^{[ 2 ]} Uno de los primeros reactores de lecho fluidizado utilizados en la industria petrolera de Estados Unidos fue la Unidad de Craqueo Catalítico, creada en Baton Rouge, Luisiana, en 1942 por la Standard Oil Company de Nueva Jersey (ahora ExxonMobil ). ^{[ 3 ]} Este reactor de lecho fluidizado y muchos otros que le siguieron fueron desarrollados para las industrias petrolera y petroquímica. En ellos se utilizaban catalizadores para reducir el petróleo a compuestos más simples mediante un proceso conocido como craqueo . La invención de esta tecnología permitió aumentar significativamente la producción de diversos combustibles en Estados Unidos. ^{[ 4 ]}

En la actualidad, los reactores de lecho fluidizado se siguen utilizando para producir gasolina y otros combustibles, además de muchos otros productos químicos. Muchos polímeros de producción industrial se fabrican utilizando la tecnología FBR, como el caucho , el cloruro de vinilo , el polietileno , los estirenos y el polipropileno . ^{[ 5 ]} Diversas empresas de servicios públicos también utilizan FBR para la gasificación del carbón , centrales nucleares y plantas de tratamiento de agua y residuos. En estas aplicaciones, los reactores de lecho fluidizado permiten un proceso más limpio y eficiente que las tecnologías de reactores estándar anteriores. ^{[ 4 ]}

Entre las ventajas del diseño de un reactor de lecho fluidizado se incluyen la compatibilidad con la producción continua y la mezcla y temperatura uniformes, en comparación con los lechos empacados. Sin embargo, los lechos fluidizados suelen ser más grandes y requieren más energía que otros diseños de reactores, y son susceptibles al arrastre de partículas o al desgaste de las superficies internas debido a los sólidos en suspensión. Las caídas de presión, en las que la presión del fluido disminuye, pueden provocar el colapso del lecho y consecuencias potencialmente peligrosas, como el descontrol térmico en una reacción exotérmica . ^{[ 6 ]}

Debido a las ventajas de los reactores de lecho fluidizado, se dedica una gran cantidad de investigación a esta tecnología. La mayoría de las investigaciones actuales tienen como objetivo cuantificar y explicar el comportamiento de las interacciones de fase en el lecho. ^{[ 7 ]} Los temas de investigación específicos incluyen distribuciones de tamaño de partícula, varios coeficientes de transferencia, interacciones de fase, ^{[ 7 ]} efectos de velocidad y presión, y modelado computacional. ^{[ 8 ]} El objetivo de esta investigación es producir modelos más precisos de los movimientos internos y fenómenos del lecho. ^{[ 7 ] [ 9 ]} Esto permitirá a los ingenieros químicos diseñar reactores mejores y más eficientes que puedan abordar eficazmente las desventajas actuales de la tecnología y ampliar el rango de uso de FBR.

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