ImpactU Versión 3.11.2 Última actualización: Interfaz de Usuario: 16/10/2025 Base de Datos: 29/08/2025 Hecho en Colombia
Modelamiento de la transferencia de masa multicomponente basado en las ecuaciones de Maxwell-Stefan para el análisis de reactores industriales empacados
El modelamiento de reactores industriales empacados ha sido objeto de estudio permanente durante el desarrollo de la ingeniería química. Dependiendo el tipo de reacción y la complejidad de modelos cinéticos, los balances macroscópicos del sistema pueden verse modificados. Existen modelos pseudo-homogéneos, heterogéneos, unidimensionales, bidimensionales, isotérmicos, no isotérmicos, con pérdida de carga, sin pérdida de carga, etc. A pesar de la amplia gama de alternativas disponibles, muchos sistemas reactivos requieren de modelos más rigurosos para la correcta representación de los fenómenos físico-químicos lo que se traducirá en un correcto diseño y/o herramienta de análisis de su desempeño. En esta tesis se propone una metodología sistemática y bien fundamentada para el análisis de los reactores industriales heterogéneos (gas-sólido) considerando los sistemas reactivos como sistemas multicomponentes. Para ello se desarrollaron herramientas de análisis, reportando paso a paso la deducción de los modelos involucrados, sus parámetros asociados y las posibles modificaciones dependiendo la complejidad del problema bajo estudio. Se definieron estrategias de solución por medio de algoritmos de cálculo para diferentes catalizadores (porosos y no porosos) y para diferentes disposiciones del reactor. Como objetivo principal de este estudio, se evalúo el efecto de la transferencia de masa extra- e intra-partícula, fundamentalmente con base al modelo de Maxwell-Stefan multicomponente, en el cálculo de la resistencia a la transferencia de masa multicomponente. Sin embargo, con fines comparativos, también se solucionaron modelos simplificados propuestos en la literatura (v. g., modelo pseudo-homogéneo y multicomponente con difusividad efectiva de Fick). De esta manera, se propusieron algoritmos detallados para el análisis y diseño reactores tubulares empacados. Los modelos fueron implementados y solucionados en el software MatLab® para el estudio de tres casos de relevancia industrial: la oxidación parcial de o-xileno; la síntesis de amoníaco; y el reformado de metano con vapor de agua. Cada uno de ellos se analizó con base en: (i) el examen de la partícula aislada (v.g., los efectos difusionales externos y/o internos para la transferencia de masa multicomponente y de calor) y (ii) el desempeño de un reactor a condiciones industriales (v.g., comparación de las predicciones de los modelos y datos de planta). (Texto tomado de la fuente)