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DISEÑO DE REACTORES PARA FOTOCATÁLISIS: EVALUACIÓN
COMPARATIVA DE LAS DISTINTAS OPCIONES
Julián Blanco Gálvez, Sixto Malato Rodríguez, José Peral, Benigno Sánchez y Ana
Isabel Cardona
1. INTRODUCCIÓN
Existen varios factores importantes a la hora de diseñar un reactor fotocatalítico dado
que la necesidad de utilizar un catalizador sólido complica el proceso al añadir otra fase al
sistema. Eneste tipo de reactores es evidente que, además de tener que conseguir un buen
contacto entre los reactivos y el catalizador (elevada área superficial de catalizador por unidad
de volumen del reactor), es igualmente necesario lograr una exposición eficiente del
catalizador a la luz útil para el proceso (distribución óptima de luz dentro del reactor).
Además hay que considerar los parámetrosconvencionales tales como distribución de flujo,
mezclado e interacción entre reactivos y catalizador, transferencia de masa, etc, que juegan un
papel relevante como ya se ha explicado anteriormente [1].
También se debe de tener en cuenta que el diseño y escalado de un reactor multifase, en
las diferentes posibles opciones posibles (catalizador en suspensión o fijado en algún tipo de
soporte para elcaso de procesos en agua, o bien catalizador monolítico o también soportado
para el caso de procesos en fase gaseosa), es un problema considerablemente más complejo
que el diseño y escalado de un reactor químico convencional o un fotorreactor homogéneo.
Es evidente que la aplicación práctica de todo proceso fotocatalítico va a requerir el
diseño de un fotorreactor que sea eficiente. Hasta la fecha,la investigación básica realizada a
nivel de laboratorio se ha basado, normalmente, en dispositivos experimentales en los cuales
la eficiencia no resultaba tan importante como la obtención de unas condiciones
experimentales que permitiesen una adecuada reproducibilidad de resultados para la
obtención de un conocimiento exhaustivo sobre la influencia de los diferentes parámetros
relevantes delproceso (Figuras 1 y 2). Este planteamiento, que resulta adecuado desde un
punto de vista científico, no es suficiente cuando se intenta realizar un cambio de escala para
poder llevar a una aplicación práctica los conocimientos generados.

Figura 1. Sistema fotocatalítico en recirculación con reactor iluminado mediante lámparas.

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Blanco, Malato, Sánchez y Cardona

Los dos conceptos dereactores más comunes en sistemas fotoquímicos de laboratorio
son los representados en las Figuras 1 y 2. En el primer caso se representa un fotorreactor
iluminado dentro de un sistema en recirculación, mientras que el segundo representa un
sistema fotoquímico de reactor continuamente agitado.

Figura 2. Sistema fotocatalítico de reactor continuamente agitado iluminado con lámparas.

Resulta claro que eneste tipo de configuraciones, usadas típicamente en sistemas
experimentales de laboratorio, sólo un determinado porcentaje de los fotones útiles son
interceptados por el reactor por lo que, desde un punto de vista práctico, son altamente
ineficientes. No es hasta el planteamiento de los primeros diseños de plantas piloto que
aparecen diseños optimizados de reactores para procesos defotocatálisis con TiO2. Estas
primeras plantas piloto fueron desarrolladas, a finales de la década de los 80 y considerando
reactores que utilizaban la luz solar, por el National Renewable Energy Laboratory (NREL) y
Sandia National Laboratories, ambos en USA.
Estos primeros sistemas experimentales (la Figura 3 muestra uno de ellos) utilizaron
colectores cilindro parabólicos, inicialmente diseñados paraaplicaciones térmicas, que fueron
modificados simplemente reemplazando el tubo receptor por un tubo de Pyrex® a lo largo del
cual fluía el agua contaminada [1]. Desde entonces diferentes conceptos con una amplia
variedad de diseños han sido propuestos y desarrollados en todo el mundo, en un continuo
esfuerzo por aumentar la eficiencia y reducir los costes de los sistemas fotocatalíticos para la...