Reactores trickle bed con operación periódica : aplicación al tratamiento de contaminantes en medio acuoso

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Los reactores de lecho mojado, conocidos como reactores “trickle bed” (RTB), se emplean ampliamente en diversas industrias, petroquímica, química, bioquímica y para tratamiento de efluentes, siendo particularmente recomendados para la oxidación catalítica de contaminantes orgánicos, en particular de...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Ayude, María Alejandra
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Inglés
Publicado: 2006
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3907_Ayude
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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spelling todo:tesis_n3907_Ayude2023-10-03T12:44:44Z Reactores trickle bed con operación periódica : aplicación al tratamiento de contaminantes en medio acuoso Periodic operation of trickle-bed reactors: effect on catalytic wet oxidation of organic pollutants Ayude, María Alejandra Los reactores de lecho mojado, conocidos como reactores “trickle bed” (RTB), se emplean ampliamente en diversas industrias, petroquímica, química, bioquímica y para tratamiento de efluentes, siendo particularmente recomendados para la oxidación catalítica de contaminantes orgánicos, en particular de fenol, dada la baja relación de volumen de líquido a volumen de sólido que minimiza reacciones secundarias en fase homogénea. Dichos reactores, tradicionalmente, se operan en estado estacionario en condiciones en las cuales las resistencias externas al transporte de materia suelen ser significativas. La operación periódica constituye una alternativa para mejorar la performance del reactor sin necesidad de cambios de diseño significativos. El sistema opera continuamente en estado no estacionario incrementando la velocidad de transporte de materia hacia la superficie externa del catalizador. La modulación de flujo líquido afecta los fenómenos fluidodinámicos y de transporte y su interacción con la reacción química y genera acumulación en el interior de la partícula. A pesar de los numerosos resultados alentadores reportados, esta tecnología no se emplea aún a nivel industrial esencialmente por la falta de una metodología rigurosa de diseño. En este contexto, el presente trabajo aborda un estudio sistemático de la influencia de emplear modulación del caudal de líquido sobre una reacción catalítica en un RTB, a partir de: i) la formulación y resolución de un modelo exhaustivo a escala de pastilla catalítica, que provea los elementos necesarios para comprender la compleja interacción entre la dinámica de la reacción química y la transferencia de materia intrapartícula, y como la misma se ve afectada por la modulación del líquido que circula alrededor; ii) la determinación de la influencia de la modulación del flujo de líquido sobre los perfiles axiales y temporales de retención o “holdup” de líquido en una columna rellena con circulación de gas y líquido en cocorriente descendente (maqueta fría de un RTB). Se desarrolla una herramienta matemática para predecir condiciones de operación óptimas cuando el flujo de líquido es modulado, logrando establecer argumentos sólidos para decidir a priori si una estrategia de operación periódica mejorará o no la performance de un RTB. Asimismo, se obtiene información fluidodinámica relevante para describir el comportamiento del RTB bajo modulación de caudal de líquido, que resulta imprescindible para definir parámetros claves de diseño, los cuales se requieren para el modelo desarrollado a escala de pastilla catalítica. Trickle bed reactors (TBR) are among the most widely commercially employed three phase fixed-bed reactors for applications in the petrochemical, chemical, biochemical and waste treatment processes. They are also suitable for the catalytic oxidation of dissolved organic contaminants, particularly to eliminate phenol from aqueous solutions, due to the low liquid to solid ratio that prevents undesirable secondary reactions. Traditionally, TBRs are operated at steady state conditions in the trickle flow regime, a regime with low gasliquid interaction where the reaction rate is frequently controlled by external mass transfer resistances. Periodic operation refers to a mode of process that can be implemented with very low investment, in which the system is forced to run continuously in a transient mode. Arising from the competition between the phases in supplying reactants to the catalyst, the possibility of performance enhancement exists. In spite of numerous works reporting the improvements arising from periodic operation of TBRs, a cycling strategy is still not been applied commercially mainly due to the lack of an established methodology of design. Hence, rigorous experimental and modeling efforts are still necessary to understand the phenomena underlying periodic operation before commercial implementation. In this context, the present work has the aim of i) providing a mathematical tool for interpreting experimental results and predicting optimal operating conditions for liquid flow modulation. Modeling allows fundamentally based arguments to decide whether a cyclic strategy would provide process intensification; ii) finding a suitable way to describe the hydrodynamic behavior of a TBR under liquid flow modulation, to be incorporated into the model at particle scale. A mathematical tool aiding the establishment of optimal operating conditions for periodic operation is developed, which allows proposing fundamentally based arguments to decide a priori if a cycling strategy would be favorable to improve TBR performance for a given reaction system. Likewise, relevant hydrodynamic information to describe TBR behavior under liquid flow modulation is obtained. This information allows determination of key design parameters, required to improve the model proposed at the particle scale and to extend it to the integral reactor. Fil: Ayude, María Alejandra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2006 Tesis Doctoral PDF Inglés info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n3907_Ayude

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