Reactores no isotérmicos

En la operación de reactores de flujo tubular o por lotes es muy común encontrar temperaturas no uniformes. La temperatura puede variarse deliberadamente para lograr velocidades de reacción o selectividades máximas. Sin embargo, es más frecuente que las variaciones de temperatura se originen debido a que el calor de reacción inherente es importante y el intercambio de calor con los alrededores esta limitado. Cuando el intercambio de calor es insignificante, se produce una operación adiabática.

Los grandes reactores comerciales tienen mayor tendencia a aproximarse a la operación adiabática que a las condiciones isotérmicas, excepto en unos pocos casos, tales como los procesos de isomerización, donde el calor de reacción es insignificante.

Como introducción al efecto de las variaciones de la temperatura, resulta instructivo considerar el comportamiento cuantitativo de los reactores adiabáticos de flujo. En ellos se analizan de manera simple, pues el balance de energía puede resolverse sin necesidad de introducir el balance de masa, para obtener una relación entre la temperatura y la conversión. Esto elimina la necesidad de usar el procedimiento por etapas de la operación no adiabática y no isotérmica. Por lo general, el intercambio de calor con los alrededores, más que cambiar por completo, modifica los efectos de la temperatura en los reactores adiabáticos.

Efectos de la temperatura

En unos cuantos casos, el calor de reacción es tan bajo que el intercambio de calor con los alrededores es suficiente para eliminar las variaciones de temperatura. El problema de diseño de estos reactores isotérmicos se simplifica bastante debido a que no es necesario considerar las variaciones de la velocidad de la reacción con la temperatura. Cuando el calor de la reacción es grande, se tendrán variaciones de temperatura aun cuando se cuente con facilidades para transferir el calor del reactor a sus alrededores. En tales casos, es necesario considerar el efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reacción. A los reactores que operan en esta forma frecuentemente se les llama no isotérmicos o no adiabáticos.

Los reactores (tanto por lotes como continuos) pueden también aislarse de sus alrededores de tal manera que su operación se aproxime a las condiciones adiabáticas. Si el calor de la reacción es significativo, habrá un cambio en la temperatura con el tiempo (reactor por lotes), o con la posición (reactor continuo).