Fluidodinámica de un lecho fluidizado Downer usando aproximación CBA

The fluid dynamics of a downer fluidised bed using a cluster-based approach (CBA)

En este trabajo se estudió el comportamiento fluidodinámico de un reactor de lecho fluidizado tipo Downer, adaptando un modelo matemático de conservación. El modelo matemático está basado en las propiedades y características físicas del sólido y del fluido, utilizando una aproximación CBA (Cluster-Based Approach). La comparación entre los resultados numéricos del modelo y los datos experimentales encontrados en la literatura indicaron que el modelo puede predecir los datos experimentales satisfactoriamente. Las simulación matemática estableció que dentro del reactor Downer existen tres regiones fluidodinámicas activas, caracterizadas por un flujo acelerado, desacelerado y completamente desarrollado, y que esta última región disminuye a medida que se incrementa la velocidad superficial del gas manteniendo el flujo de sólidos por unidad de área constante.

Introducción

Convencionalmente se han utilizado en muchos procesos industriales reactores de lecho fluidizado circulante (CFB por sus siglas en inglés) en los que el gas y los sólidos fluyen ascendentemente (Riser) en cocorriente y contra la gravedad (Grace, 1990; Bi et ál., 1995; Lim et ál., 1995; Berruti et ál., 1995). Aunque estos reactores sean ventajosos sobre reactores tradicionales como los de lecho fluidizado burbujeante, tienen limitaciones para procesos de corto tiempo de reacción. En los reactores Riser existe una distribución no uniforme de los tiempos de residencia para sólidos. Además, por su hidrodinámica se forman distribuciones de concentración de sólidos en la dirección radial, provocando diferentes tiempos de contacto entre las fases gaseosa y sólida. Por ejemplo, en reacciones de pirólisis, en las que el contacto íntimo entre las fases es esencial bajo condiciones de tiempo controladas, el retromezclado da lugar a un sobrecraqueo y a una reducción en la selectividad de productos deseados (Kraemer, 1990; Chen, 2003).

En respuesta a las desventajas observadas en el reactor Riser, se desarrolló un nuevo tipo de reactor gas-sólido (Downer) en el cual el gas y los sólidos fluyen en forma descendente en cocorriente (Niccum et ál., 1985; Gross y Ramaje, 1983).  Este  tipo  de  reactor  ha sido objeto de gran interés e investigación durante  los  últimos 10 años y se proyecta como una de las tecnologías más prometedoras en el futuro cercano para los procesos de lecho fluidizado circulante o CFB (Kim et  ál.,  2001;  Deng  et  ál.,  2002;  Alvarez  et ál., 2004; Brust et ál., 2004; Grace et ál., 2006; Chen et ál., 2006; Cheng et ál., 2008; Wu et ál., 2008).

El reactor Downer tiene una distribución de tiempos de residencia más uniforme que el Riser, su desempeño es semejante al de un reactor de flujo pistón, y posee una estructura de flujo más uniforme que cualquier otro reactor de lecho fluidizado gas-sólido. Además tiene tiempos de residencia muy cortos, beneficiando reacciones donde los productos intermedios sean los deseados.