La optimización topológica se emplea cada vez más para diseñar sistemas de flujo de fluidos capaces de lograr un rendimiento óptimo bajo restricciones específicas. Este estudio presenta un enfoque de optimización topológica basado en la densidad, específicamente adaptado para flujos reactivos de segundo orden. La distribución de fluidos y sólidos dentro del dominio se representa mediante variables de diseño continuas expresadas como un campo de permeabilidad inversa. Se utiliza un método adjunto para calcular de manera eficiente los gradientes de la función objetivo, lo que permite la aplicación de algoritmos basados en gradientes para resolver el problema de optimización. La metodología se valida en un caso de referencia de tubería en curva, reproduciendo una geometría óptima conocida. Posteriormente, el método se aplica para optimizar un sistema que involucra reacciones químicas de segundo orden, con el objetivo de maximizar una reacción deseada mientras se limitan las reacciones secundarias indeseables. Los resultados demuestran mejoras significativas en el rendimiento, logrando aumentos en la eficiencia de reacción que oscilan entre el 90.4% y el 98.7% para las geometrías porosas y entre el 94.6% y el 105.2% para las geometrías reales. La estrategia de optimización genera con éxito configuraciones de flujo análogas a las observadas en turbinas de gas modernas, destacando la relevancia práctica y el impacto potencial de la metodología desarrollada.