Mezclas gas-liquido: consideraciones físicas. Chemical engineering

Los reactores gas-liquido representan una disminución en los costos de operación, por lo que optimizar el mezclado y maximizar su productividad son putos importantes.

Demandas físicas del mezclado

Para que se lleve a cabo una reacción gas-líquido, un gas comprensible de baja densidad debe ser disperso dentro de un líquido mucho más denso con un tiempo de contacto largo. Se debe inducir una turbulencia grande dentro de la fase liquida para  ayudar a que la reacción se lleve a cabo y aumente la transferencia de masa. Además, se requiere de movimiento rápido dentro de la fase liquida en superficies transferencia de calor, para lo que se utilizan los agitadores.

Los reactores gas-líquido consisten en recipientes de alta presión con alimentación y escape de gas, alimentación y salida de líquido, transferencia de calor, intercambiadores de calor y reguladores, así como agitación.

Existen dos tipos de reactores gas-líquido, los que contienen alimentación de gas puro, y los que contienen gas con una fracción de gases inertes además del reactivo. Por lo regular utiliza un catalizador. El área de especificidad del catalizador se refiere a que la reacción está limitada por el transporte del gas a través de la fase liquida. Esta transferencia de masa se obtiene mediante la siguiente ecuación:

m = kLa(c* - c)

• c: concentración actual del gas disuelto
• c*: concentración teórica de equilibrio del gas disuelto
• kL: coeficiente de transferencia de masa
• a: área especifica

kL depende de las propiedades físicas de los reactivos. (a) depende de las propiedades de los materiales. (a) y el termino (c*-c) son sensibles a los cambios en diseño.

El uso de un gas en estado puro aumenta la eficiencia del proceso, pero la presencia de solventes la reduce. Incrementar la presión mejora la productividad, pero aumentar  las presiones significan mayores costos. Se debe buscar optimizar el valor de kLa y de la presión para mejorar la productividad al menor costo.

Gases con componentes inertes

• ·        El rango de transferencia de masa es sensible a la concentración de fuerzas motrices.
• ·        No es posible consumir 100% de su oxigeno por lo que los reactores operan con este compuesto estequiometricamente en exceso.
• ·         La presión de oxigeno cambia de la fase de gas disperso a cuando es consumido.
• ·         La transferencia de masa no se puede incrementar recirculando gas.
• ·         El gas reactante se debe suministrar en exceso.
• ·         Debido a la pérdida de la capacidad de transferencia de masa se requieren reactores más grandes.

Agitadores para altas cantidades de gas

En estos casos se requiere una combinación de agitadores, tales como las turbinas de disco de punta plana (FBDTs), turbinas de punta de propela (PBTs) y agitadores de lámina. Actualmente se utilizan agitadores con formas cóncavas. La alimentación del gas puede ser dispersada dentro de la fase liquida utilizando un dispersador primario (PD), o uno o más dispersadores secundarios (SD). Los agitadores cóncavos de los tipos PD/SD son mucho más efectivos.