Modelado de reactores empacados gas-líquido. Reacciones en paralelo - Ortiz Muñoz, Esiquio (Universidad Autónoma Metropolitana, 1997)
Las reacciones gas-líquido son frecuentes en la absorción de gases, en especial cuando se tienen componentes altamente solubles o en los procesos de sulfonación o halogenación de hidrocarburos líquidos. Así mismo, el uso de las columnas empacadas se ha extendido considerablemente, debido en gran medida a que el diseño y el arreglo del empaque dentro de las columnas de absorción son cada vez más eficientes. Se le ha dado gran atención a la distribución del líquido dentro del empaque y su influencia sobre los coeficientes de transferencia de masa. Sin embargo, la literatura relativa al tema cuenta con pocos reportes sobre el modelado de la columna completa. Son escasos los estudios que involucren tanto los coeficientes de transferencia de materia como las técnicas numéricas que resuelvan el modelo de toda la columna. Con base en la aproximación de los fenómenos de transporte, en este trabajo se modelará el comportamiento de una columna empacada en la que se lleva a cabo el proceso simultáneo de absorción y reacción química. Se estudiará el esquema de reacciones en paralelo bajo condiciones isotérmicas. El acoplamiento del modelo local (balances microscópicos de materia) y del modelo global (balances de materia para la columna) implica un problema matemático complejo. De acuerdo a los resultados obtenidos, en la región superior de la columna empacada se agotan los compuestos en fase gas por lo que se presentan problemas de limitación de reactivo. Así entonces, la reacción química pierde importancia en el transporte de materia en tal zona del reactor. El comportamiento de los factores de mejora y rendimientos locales sugieren que la absorción completa la remoción de los componentes gaseosos. Los elementos de análisis utilizados, factores de mejora y rendimiento, se definieron local y globalmente. Tales definiciones no se contraponen, sino más bien se complementan. Sin embargo, para el estudio detallado del comportamiento de la columna empacada se prefieren las definiciones locales. Para la solución del modelo matemático, se propuso una estrategia numérica del tipo secuencial. Tal estrategia resultó adecuada para el intervalo de condiciones de operación que se estudiaron. Una dificultad inherente a la aproximación con base en los fenómenos de transporte es la solución de los balances locales. En este trabajo, tal problema se resuelve utilizando un código de solución de uso general. Un punto importante en la solución de estos balances es la selección de soluciones iniciales. Tal problema se abordó al simplificar las condiciones de frontera del modelo y así obtener una solución aproximada. Dicha propuesta resultó ser robusta y de fácil implantación. El código de solución emplea la técnica numérica conocida como colocación en polinomios continuos por intervalos o, según la voz inglesa, splines. Dicha técnica numérica confirmó sus características de robustez.