Estudio del comportamiento del reactor de oxidación parcial de o-xileno a anhídrido ftálico Público
En este trabajo se estudió el comportamiento en el estado estacionario y transitorio del reactor a escala industrial de oxidación parcial de o-xileno a anhídrido ftálico, con el propósito de predecir los perfiles de temperatura y concentración experimentales y conocer más sobre el comportamiento, tan complejo, de este sistema. Para esto, se llevaron a cabo estudios independientes sobre la hidrodinámica y el transporte de calor en ausencia de reacción química. En el estudio hidrodinámico se evalúan varios modelo.s ya reportados en la literatura para predecir los perfiles de velocidad en el reactor en ausencia de reacción. Se encontró que el modelo de Darcy-Forchheimer-Navier-Stokes, utilizando una ecuación empírica para describir los perfiles de fracción vacía y estimando la magnitud de los efectos viscosos e inerciales de datos experimentales de caída de presión, aparenta aer la aproximación más adecuada para predecir los perfiles de velocidad en el lecho de estudio. En el estudio de transporte de calor sin reacción se estimó el coeficiente de transporte de calor en la pared (hw), la conductividad térmica efectiva axial (kez) y radial (ker). Para lograr esto, dos lechos, uno de laboratorio y otro industrial, fueros empacados con el mismo catalizador y operados de forma casi-adiabática y no-adiabática. La operación del lecho a nivel laboratorio, en forma casi-adiabática, proporcionó datos experimentales para estimar kez a varias velocidades de alimentación.
Esta información se utilizó exitosamente para modelar ambos lechos, de laboratorio e industrial, operados de forma no-adiabática, y así estimar hw y ker. Los ajustes de temperatura que se obtienen con la aproximación clásica, que modela el transporte de calor al considerar flujo uniforme en el lecho, se compararon cuando se consideran los campos de velocidad y el perfil radial de fracción vacía en lecho, as.í como su aproximacióñ de capa límite. Los perfiles de tempe.ratura observados en el lecho empacado se ajustan bajo cualquier caso, sin embargo, la diferencia entre los valores estimados de ker y hw fue mayor a un 10%. De las simulaciones del reactor a escala industrial, en el estado estacionario, se encontró que los perfiles de temperatura y concentración no se predicen adecuadamente cuando se consideran los campos de velocidad; sin embargo, cuando se consideró flujo pistón en el reactor y se utilizan kez, ker y hw estimados en ausencia de reacción y al considerar la hidrodinámica la predicción es más adecuada. ' A~imismo, para predecir el comportamiento observado en el reactor en el estado estacionario es necesario considerar la desactivación reversible e irreversible del catalizador, y utilizar un modelo pseudo-heterogéneo en dos dimensiones espaciales. Finalmente, para la simulación del reactor catalítico en el estado transitorio se utilizó un modelo cinético basado en el esquema y parámetros cinéticos propuestos por Calderbank et al. (1977). Este modelo considera la desactivación reversible del catalizador y se valida adecuadamente al ajustar los resultados observados en el reactor en el estado estacionario. Así también, este modelo cinético predice de forma adecuada desde un punto de vista cualitativo el comportamiento transitorio del reactor
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