El modelamiento de reactores químicos es una importante herramienta en su diseño, optimización y control. En el presente trabajo se eligió un sistema Reactor-Regenerador acoplado, novedoso en cuestión de que el desarrollo de modelos de este tipo de sistemas aun está en sus comienzos, y en que se propone utilizarlo para realizar la oxidación parcial del n-butano (n-c4) a fin de producir anhídrido maleico (AM). El mecanismo de la reacción catalítica elegida, en su forma detallada, no se encuentra aún disponible en la literatura por lo que, en base a algunos antecedentes experimentales, se propone una posible ruta de reacción y se encuentran sus expresiones cinéticas. Una vez elegido el sistema reaccionante se desarrollan los modelos matem6ticos para los reactores, los cuales se caracterizan por ser determinísticos, fundamentales, heterogéneos (en este caso sólido-gas) y dinámicos (en estado transitorio). La solución de los modelos propuestos se realiza en cuatro partes: a) El modelo para cada reactor se resuelve de manera independiente, encontrando su respuesta para tiempos muy largos, í.e, se analiza el estado estacionario. b) Se resuelve cada modelo, nuevamente de manera independiente, para tiempos muy cortos, analizando los cambios que tienen lugar durante el arranque de cada uno de los aparatos. c) Se realiza la solución conjunta de los modelos, los cuales se acoplan mediante la medición de las variables en la superficie del sólido (catalizador + soporte), ya que este es común a ambos reactores. En esta sección se proponen a manera de casos de simulación tres políticas de operación del sistema, las cuales se comparan entre sí para proponer cuál de ellas es la que optimiza los parámetros de conversión, selectividad y gasto energético. Sus características son; c.1) ambos reactores trabajan a distintas temperaturas, y las conservan debido a que se encuentran inmersos en baños de sales fundidas; c.2) similar al caso anterior, pero considerando los reactores como adiabáticos, además existe recuperación de calor entre las corrientes de entrada y salida de catalizador; c.3) ambos reactores funcionan de manera adiabática, a la misma temperatura de operación. d) Se analiza la estabilidad de la operación mediante la simulación de perturbaciones recibidas por el sistema, las cuales tienen las siguientes formas típicas: d.1) aumento de la concentración del reactivo (n-c4) al doble de su valor base, siguiendo una función en escalón: d.2) aumento de la temperatura del gas que se alimenta al reactor hasta un 115% de su valor base, siguiendo una función rampa: d.3) misma que en el inciso d.2, pero además el regenerador experimenta una perturbación análoga. Tanto la dinámica del desempeño individual de los reactores como aquella del sistema en su conjunto se analizan mediante los perfiles X, 8, y (vectores adimensionales de concentración, fracción de sitios catalíticos y temperaturas respectivamente) medidos en relación a posición y/o tiempo, que se obtienen como salidas del programa de simulación, así como mediante la aplicación de la técnica de seguimiento de los planos de fase en el tiempo para el caso del reactor, y la construcción del diagrama de bifurcación para el caso del regenerador.Se proponen tres políticas de operación del sistema acoplado, cada una de ellas difiriendo en el gasto energético requerido y se concluye con la proposición del mejor de los casos simulados como el caso base de operación. Una vez elegido, éste se somete a perturbaciones típicas simulando la respuesta del sistema en su conjunto. Tal y como se confirma en el análisis de la dinámica individual de cada aparato, el sistema no presenta múltiples estados estacionarios para la región de operación elegida. Entre las conclusiones más importantes destaca el haber encontrado que la operación del reactor de lecho transportado se desarrolla de manera casi isotérmica, situación que coincide con resultados experimentales publicados para reacciones de oxidación parcial de hidrocarburos [Wainwright y Hoffman (1974) 3. Además, se pudo simular también la alta selectividad observada para este tipo de reactores, atribuida a la isotermicidad de la operación. El desarrollo de los modelos matemáticos derivó ecuaciones diferenciales parciales hiperbólicas no lineales de primer orden, las cuales, aparentemente, eran difíciles de tratar, pero debido a la isotermicidad de la operación el problema matemático se redujo de una manera considerable. El trabajo se deja abierto a aquellos modelos más complicados que se necesiten aplicar a sistemas de mayor tamaño, y principalmente, a la posible implementación de nuevas cinéticas para la reacción estudiada e inclusive de nuevas reacciones que se lleven a cabo en sistema de reactores acoplados similares a los modelados, las cuales sean obtenidas en estudios experimentales posteriores. Además, se deja como antecedente la factibilidad de la implementación industrial del sistema descrito.
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