Un reactor de flujo es un proceso químico en el que se agregan materias primas a un recipiente de reacción, generalmente una serie de tubos, para crear productos de forma continua. Esto es diferente de un proceso por lotes, donde todos los materiales se agregan y reaccionan, luego se eliminan y procesan. Las reacciones de flujo continúan siempre que se agreguen materias primas en un extremo y se pueden usar tanto para líquidos como para gases.
El diseño de un reactor de flujo es típicamente una serie de tubos dentro de una carcasa con temperatura controlada. Se puede agregar calor o refrigerante a la carcasa para proporcionar control de temperatura de la reacción dentro de los tubos. El reactor se puede construir a partir de metales, plásticos o compuestos según sea necesario para evitar que las materias primas lo ataquen.
Los diseños de tubos para un reactor de flujo pueden variar mucho según las reacciones deseadas. Rara vez los tubos están vacíos, porque la mezcla no se producirá en tubos vacíos; los materiales permanecerán separados dentro de los tubos y no reaccionarán. Se utilizan bobinas de tubos más pequeños, formas pequeñas llamadas empaquetaduras o barreras internas llamadas deflectores para mezclar los reactivos o materias primas.
La colocación de tubería flexible dentro de un reactor de flujo puede ayudar con la mezcla o la transferencia de calor. Las bobinas añaden distancia para que los productos químicos viajen en la sección de reacción, lo que proporciona más tiempo para que ocurra el proceso químico. Los líquidos de calentamiento o enfriamiento también pueden estar dentro de las bobinas, con los reactivos afuera, para un mejor control de la temperatura. El tamaño del tubo, que cambia el diámetro interno o la sección transversal, se puede variar para cambiar las tasas de flujo de reactivo.
Los tubos se pueden empaquetar con varios materiales según las reacciones que se necesiten. Algunos productos químicos requieren un catalizador, un material que acelera las reacciones sin agotarse en el proceso. Los catalizadores se pueden agregar a perlas de vidrio cerámico u otros materiales y empaquetarse en los tubos. También se puede usar un empaque sin catalizador para ayudar a mezclar los reactivos, lo que a menudo es necesario si se aplica calor o enfriamiento en el exterior de los tubos. Sin mezclar, el material más cercano a las paredes del tubo estará demasiado caliente o frío, lo que afectará la calidad del producto.
Los deflectores pueden variar mucho en diseño, pero todos ayudan a la mezcla creando vórtices o remolinos de turbulencia dentro del tubo. Pueden ser capas de malla instaladas en los tubos o ranuras mecanizadas en las paredes del tubo. Los catalizadores también pueden recubrirse sobre superficies deflectoras, proporcionando control de reacción además de mezcla.
El diseño del reactor de flujo también tiene en cuenta la velocidad de reacción de los productos químicos. El movimiento de los productos químicos a través de todos los tubos debe ser el mismo, o la calidad del producto terminado puede ser diferente de cada tubo. Diseñar las tasas de flujo para obtener condiciones de flujo pistón asegura un producto consistente. El flujo de pistón es una característica del diseño del tubo y del control de la tasa de flujo, donde el tiempo que los reactivos pasan en el reactor es el mismo independientemente del tubo que se observe.