Catálisis y equipos
Catálisis
Influences of catalyst particle geometry on fixed bed reactor near-wall heat transfer using CFD
Influencias de la geometría de la partícula del catalizador en la transferencia de calor cercana a la pared de un reactor de lecho fijo empleando CFD
Los modelos de lecho fijo están basados tradicionalmente en lechos de alto radio de diámetro tubeto particle (N), donde los gradientes de temperatura y de perfil de flujo son leves y pueden promediarse. Lechos con bajo N se emplean en procesos extremadamente endotérmicos o exotérmicos sobre el lado del tubo de reactores de tipo tubo y coraza. En estos lechos, la transferencia de calor es uno de los aspectos más importantes.
La importancia del modelamiento exacto de la transferencia de calor y su dependencia del modelamiento exacto de las características de flujo conlleva a la necesidad de estudiar el fenómeno en estos lechos con bajo N en detalle. En este trabajo se hace un estudio comparativo de la influencia de formas de partículas empacadas esféricas y cilíndricas, posiciones y orientaciones sobre las velocidades de transferencia de calor en la región cercana a la pared en una aplicación de reformado de vapor.
Se emplea la CFD (Computacional Fluid Dynamics, Dinámica de Fluido Computacional) como herramienta para obtener la información detallada de flujo y temperatura en un lecho fijo de bajo N. Se diseñaron las geometrías de simulación CFD de lechos empacados de partículas discretas, y se desarrollaron los métodos para la extracción de datos y análisis.
Después un análisis conceptual y cuantitativo de los datos de simulación se encontró que se pudieron identificar pocas relaciones claras entre el fenómeno complejo de flujo y transferencia de calor. Las características investigadas son las orientaciones de la partícula en el flujo, y muchos parámetros de diseño, como el número y tamaño de los agujeros longitudinales en la partícula y las características externas de la partícula. Se encontró que muchas de las características investigadas están relacionadas, y sus influencias individuales no pueden ser aisladas en este estudio.
Algunas de las características relacionadas son, por ejemplo, el número de agujeros en el diseño de la partícula y la orientación de la partícula en el flujo. Pueden extraerse algunas conclusiones generales.
Las características externas sobre las partículas realzan las propiedades globales de transferencia de calor por medio de un mejor mezclado del campo de flujo. Cuando se presentan agujeros en el diseño de partícula cilíndrico, se puede mejorar la efectividad de la transferencia de calor con menos agujeros grandes.
Se hicieron varias sugerencias basadas en este estudio para aspectos adicionales del diseño de partícula a ser investigado. Adicionalmente, se realizaron sugerencias de cómo incorporar el modelamiento de una reacción en simulaciones de transferencia de calor en lechos fijos.
Este documento es una tesis doctoral elaborada por Michiel Nijemeisland, para obtener su título de Doctor of Philosophy in Chemical Engineering en el Department of Chemical Engineering del Worcester Polytechnic Institute (Worcester, MA, Estados Unidos, 2003).
El documento se encuentra alojado en el website de Electronic Theses & Dissertations - Worcester Polytechnic Institute. Los reactores de lecho fijo son una parte esencial de la industria química, donde son empleados en una variedad amplia de procesos químicos. Para modelar mejor estos sistemas, se requiere de un entendimiento más fundamental de los procesos que se llevan a cabo en estos reactores.
Catalytic membrane reactor for conversion of syngas to liquid hydrocarbons
Reactor catalítico de membrana para la conversión de gas de síntesis a hidrocarburos líquidos
Las membranas de contactor catalíticamente por conexión pueden combinar alta permeabilidad (> 20 mDarcy), alto impacto mecánico (> 20 kg*cm-2) y alta conductividad al calor (> 4 W(m*K)-1). Por ello, estas proporcionan isotermicidad y baja caída de presión.
La intensa transferencia de masa dentro de los poros de transporte, la alta área específica de dichos poros (área de interfase gas líquido), y las distancias pequeñas entre dos poros de transporte adyacentes (longitud de difusión efectiva) debilitan las restricciones de transferencia de masa.
Empleando las PMC (Plug through Contactor Membranes, Membranas de Contactor por Conexión) se puede alcanzar un alto rendimiento de hidrocarburos (60-70 kg (m3*hr)-1 a 0.1 MPa y 210°C, y hasta 100 kg (m3*hr)-1 a 0.6 MPa y 210°C) y una alta selectividad hacia hidrocarburos pesados (α > 0.85, C5+ hasta 0.9) y olefinas (razón propeno-propano de 6-10).
Estas ventajas permiten suponer el uso efectivo de los reactores de membrana catalíticos PCM en la síntesis de Fischer Tropsch (la hidrogenación de CO a hidrocarburos líquidos).
También se puede realizar el mismo enfoque para otros procesos catalíticos multifase, como hidrogenación de ácidos grasos insaturados.
Este documento es un artículo elaborado por Alexander A. Khassin, vinculado al Bores-kov Institute of Catalysis (Novosibirsk, Rusia). El artículo se encuentra publicado en Energeia (Vol. 16, No. 6, 2005), publicación del Center for Applied Energy Research de la University of Kentucky (Lexington, KY, Estados Unidos).
