Reactor batch: características, partes, aplicaciones
El reactor batch o discontinuo es un tipo de reactor químico en el que al inicio del proceso se cargan los reactantes, el medio y los catalizadores, permitiendo que la reacción transcurra hasta su finalización. Entonces se retiran los productos del reactor. De esta forma el reactor queda en capacidad de iniciar un nuevo ciclo de funcionamiento.
El reactor Batch puede ser comparado en su funcionamiento a una olla de presión. En la olla se colocan los alimentos, se cierra la tapa, y se inicia el proceso de cocción, que no es más que un proceso químico. Al completarse la cocción de los alimentos, se abre la tapa de la olla y se comienza el retiro de los mismos.
En comparación a los reactores continuos, los reactores batch tienen la ventaja de su versatilidad y costo de instalación; aunque su costo de operación es más alto.
Los reactores batch tienen su mayor uso en los laboratorios de investigación, en la elaboración de productos nuevos, así como en las industrias de alimentos y farmacéuticas. Esto es debido a que estas industrias elaboran numerosos productos, pudiéndose utilizar un reactor batch, en forma alternativa, para cada lote en proceso.
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El reactor batch trabaja por cargas discontinuas, es decir, que se introducen los diferentes componentes del proceso químico (reactantes), permitiendo que las reacciones químicas tengan lugar.
Al cabo de un determinado tiempo, se retiran los productos antes de iniciar un nuevo proceso químico. Los productos retirados conformarían un lote, uno por cada carga de reactivos.
Una consecuencia de lo anterior es concluir que el reactor batch opera como un sistema cerrado; es decir, durante la realización de un proceso químico en el reactor, no hay ingreso ni salida de sustancias.
El reactor opera en un estado no estacionario, ya que varía con el tiempo la composición química de su interior. La concentración de los reactantes disminuye, mientras aumenta la de los productos. Esto no sería así si constantemente fluyeran hacia él nuevos reactivos.
El reactor batch es muy flexible en su funcionamiento, por lo que un determinado equipo puede ser utilizado con diferentes fines o aplicaciones.
El costo de compra e instalación de un reactor bach es menor que el gasto de un reactor continuo. Sin embargo, el costo de operación del reactor batch es mayor, causado por la intermitencia en su funcionamiento, y que en algunos casos requiere de la intervención de un operador.
El reactor batch es usado preferiblemente con reactivo químicos en fase líquida. Pero también puede utilizarse en reacciones que involucran fases sólidas y gaseosas, así como en las mezclas de fases, tales como líquida-sólida, líquida-gaseosa, etc.
El reactor batch es utilizado preferiblemente en operaciones a pequeña escala y en investigaciones científicas. En la industria tiene la dificultad de la variabilidad de un lote a otro, y además la dificultad para lograr producir a gran escala.
El reactor batch consta de un recipiente, generalmente de acero inoxidable, que en algunos casos puede estar recubierto de porcelana. El recipiente del reactor presenta en la tapa que lo cierra, por la parte superior, unos agujeros por donde ingresan al interior del reactor los reactivos del proceso químico.
Asimismo, suele presentar en su parte inferior una salida para los líquidos o los productos de los procesos químicos experimentados en el reactor. Además, el recipiente presenta unas salidas para los vapores y los gases producidos en las reacciones, y que deben ser eliminados para evitar un incremento de la presión.
Los reactores batch presentan sobre su tapa un motor, dotado de un sistema de transmisión, que permite el movimiento de un sistema de agitación, capaz de mantener homogéneo el contenido del reactor durante las reacciones.
Este sistema de agitación consta de un eje, conectado al motor, y un conjunto de paletas unidas al eje, cuyas formas dependen del contenido del reactor. Las paletas están dispuestas de tal manera que el diámetro que forman es cercano al diámetro interior del reactor.
Los reactores batch igualmente suelen estar dotados de un sistema de deflectores. Este se compone de placas unidas a las paredes de los reactores, y que son impactadas por el contenido de los recipientes movilizados por el sistema de agitación, logrando así un grado mayor de homogeneización.
Las reacciones químicas que ocurren en los reactores pueden ser endotérmicas o exotérmicas. Por lo tanto, para que las reacciones se produzcan sin que haya una variación de la temperatura en el interior de los reactores, debe regularse su temperatura.
Con este fin, los recipientes del reactor están rodeados de una cubierta en forma de chaqueta, conectada a un sistema de calefacción o enfriamiento, según sea el caso, el cual permite la circulación de líquidos para el mantenimiento de una temperatura constante.
Esta condición es necesaria para un rendimiento óptimo de los procesos químicos. En algunos casos, el enfriamiento del contenido del interior del reactor es alcanzado mediante el uso de un sistema de tubos en espiral, adheridos a las paredes de los recipientes del reactor.
El reactor batch se usa en la producción industrial en pequeña escala, en la investigación científica en estudios de calorimetría, en la cristalización, cinética, polimerización, y síntesis. También se emplea en la elaboración de nuevos productos.
Este reactor se utiliza en la industria farmacéutica donde se elaboran numerosos medicamentos. Asimismo se usa en la iniciación de la fermentación de algunas bebidas.
Se emplea en la elaboración de polioles y poliglicoles, polímeros que se utilizan como bases de pinturas, para la elaboración de moldes, adhesivos, recubrimientos, selladores, aislantes de tuberías y cámaras frigoríficas. Además, se emplea en la sulfonación de hidrocarburos aromáticos y en la combustión de sólidos.
Los reactores batch además son empleados en la producción a pequeña escala de homopolímeros de vinilo a baja temperatura. El reactor ha sido utilizado en la producción de hidrógeno de origen biológico a partir de desechos sólidos.
Estos reactores han sido de provecho en el procesamiento de materiales tóxicos o de gran riesgo.
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