Tesis
Reactores trickle bed con operación periódica: aplicación al tratamiento de contaminantes en medio acuoso
Periodic operation of trickle-bed reactors: effect on catalytic wet oxidation of organic pollutants
Autor
Ayude, María Alejandra
Institución
Resumen
Los reactores de lecho mojado, conocidos como reactores “trickle bed” (RTB), se emplean ampliamente en diversas industrias, petroquímica, química, bioquímica y para tratamiento de efluentes, siendo particularmente recomendados para la oxidación catalítica de contaminantes orgánicos, en particular de fenol, dada la baja relación de volumen de líquido a volumen de sólido que minimiza reacciones secundarias en fase homogénea. Dichos reactores, tradicionalmente, se operan en estado estacionario en condiciones en las cuales las resistencias externas al transporte de materia suelen ser significativas. La operación periódica constituye una alternativa para mejorar la performance del reactor sin necesidad de cambios de diseño significativos. El sistema opera continuamente en estado no estacionario incrementando la velocidad de transporte de materia hacia la superficie externa del catalizador. La modulación de flujo líquido afecta los fenómenos fluidodinámicos y de transporte y su interacción con la reacción química y genera acumulación en el interior de la partícula. A pesar de los numerosos resultados alentadores reportados, esta tecnología no se emplea aún a nivel industrial esencialmente por la falta de una metodología rigurosa de diseño. En este contexto, el presente trabajo aborda un estudio sistemático de la influencia de emplear modulación del caudal de líquido sobre una reacción catalítica en un RTB, a partir de: i) la formulación y resolución de un modelo exhaustivo a escala de pastilla catalítica, que provea los elementos necesarios para comprender la compleja interacción entre la dinámica de la reacción química y la transferencia de materia intrapartícula, y como la misma se ve afectada por la modulación del líquido que circula alrededor; ii) la determinación de la influencia de la modulación del flujo de líquido sobre los perfiles axiales y temporales de retención o “holdup” de líquido en una columna rellena con circulación de gas y líquido en cocorriente descendente (maqueta fría de un RTB). Se desarrolla una herramienta matemática para predecir condiciones de operación óptimas cuando el flujo de líquido es modulado, logrando establecer argumentos sólidos para decidir a priori si una estrategia de operación periódica mejorará o no la performance de un RTB. Asimismo, se obtiene información fluidodinámica relevante para describir el comportamiento del RTB bajo modulación de caudal de líquido, que resulta imprescindible para definir parámetros claves de diseño, los cuales se requieren para el modelo desarrollado a escala de pastilla catalítica.