Revista de ingeniería química y tecnología de procesos
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abstracto

Dinámica de fluidos computacional en análisis y diseño de microrreactores: Aplicación a la oxidación catalítica de compuestos orgánicos volátiles

Odiba S, Olea M, Hodgson S, Adgar A y Russell PA

Este artículo trata sobre el diseño de un microrreactor adecuado para la oxidación catalítica de compuestos orgánicos volátiles (COV). Hay varias formas de liberar COV a la atmósfera, generalmente durante el procesamiento de gas natural y el manejo de productos derivados del petróleo. Dado que los COV son perjudiciales para nuestra salud, existe un mayor interés científico en el desarrollo de tecnologías para su destrucción. La oxidación catalítica es una de ellas. Los microrreactores han mostrado mayor eficiencia que los convencionales, principalmente debido a su gran relación área superficial/volumen y excelentes propiedades de transferencia de calor y masa. El diseño de un microrreactor se puede explorar en función de los resultados de simulación obtenidos mediante el uso del paquete de dinámica de fluidos computacional (CFD) de COMSOL Multiphysics. El primer paso de diseño, basado en la simulación de flujo en frío, fue la selección de la geometría y configuración del microrreactor más adecuadas. Se propusieron y simularon cuatro geometrías diferentes para evaluar el comportamiento del fluido en los microcanales. Uno de ellos, el Tipo A2, permitió la distribución de flujo más uniforme en todos los canales, según lo evaluado a través de cálculos de desviación estándar relativa. El segundo paso de diseño involucró la investigación de la oxidación catalítica de los COV, utilizando propano como molécula modelo, que ocurre en el microrreactor con la geometría/configuración encontrada anteriormente. El microrreactor propuesto consta de once canales paralelos de sección transversal cuadrada, con 0,5 × 10-3 m de ancho, 0,5 × 10-3 m de alto y 0,1 m de largo. El microrreactor catalítico fue simulado para temperaturas entre 563 K y 663 K y velocidades de flujo de entrada de 0.01 a 1.00 m·s-1. La conversión de propano de salida aumentó rápidamente con el aumento de la temperatura para una velocidad de flujo de entrada fija. Para una temperatura fija, la conversión de propano aumentó a medida que disminuyó la velocidad del flujo de entrada.