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Reactores de lecho
fluidizado
Diseño de reactores heterogéneos
Juan A. Conesa Ferrer
Universidad de Alicante

DISEÑO DE REACTORES HETEROGÉNOS

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TEMA 6: Diseño de reactores de LECHO FLUIDIZADO
0. Resumen general
Desde un punto de vista global, los aspectos tratados en este tema, se
orientan al estudio básico del comportamiento de un lecho fluidizado, para tratar
conposterioridad el diseño de un reactor que necesite un lecho fluidizado.
En los primeros apartados de este tema se van recordando parámetros
(porosidad, diámetro de partícula, etc.), de lógica interpretación, que luego van
apareciendo en las expresiones experimentales y sus expresiones deducidas. Estas
expresiones permitirán predecir el comportamiento global (velocidad mínima de
fluidización, velocidadmínima de borboteo, etc.) del sistema fluidizado, si se
conocen a priori los parámetros que describen a las partículas que forman el lecho.
Se explicará cómo se agrupan los tipos de partículas según sea el
comportamiento que presentan si se intenta fluidizar (clasificación Geldart).
También se intentará esquematizar el comportamiento del lecho, dependiendo del
régimen de flujo de trabajo.
En unpequeño apartado, se describen las diversas placas porosas que
pueden emplearse en los montajes, y que permiten una distribución diferente del
flujo en el interior del lecho.
Se estudia el comportamiento global de las burbujas en el interior de un
lecho fluidizado, con el fin de poder calcular su velocidad de ascenso, su tamaño,
sus zonas de intercambio de materia, y las velocidades dedescenso de los sólidos
en la emulsión.
También se aplicaran las teorías a tres tipos de lechos en función del tamaño
de partículas: finas, medias y grandes, con el objetivo de poder diseñar un rector de
lecho fluidizado.
1. Fluidización y regiones
En este primer apartado se trata de recordar los conceptos y las nociones
básicas para entender el cálculo de las condiciones de operación desistemas de
lecho fluidizado.
© Juan A. Conesa. Universidad de Alicante

REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO

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El objetivo principal de este apartado, es conseguir calcular la velocidad
mínima de fluidización para un sistema, conociendo los mínimos datos posibles, y
observar qué características globales del lecho (tamaño de partícula, porosidad,
etc.), afectan directamente a la forma yposibilidades reales de fluidización del
lecho.
1.1. Propiedades de los sistemas gas-sólido
Si se hace circular un gas a través de un lecho de sólidos, con dirección
descendente, no tiene lugar ningún movimiento relativo entre las partículas a
menos que la orientación inicial de las mismas sea inestable. Si el flujo es laminar,
la caída de presión a través del lecho será directamente proporcional ala velocidad
de flujo, aumentando más rápidamente a grandes velocidades.
Si el gas circula a través del lecho en dirección ascendente, la caída de
presión será la misma que en el caso anterior para velocidades bajas, pero cuando
la resistencia por rozamiento sobre las partículas sea igual a su peso aparente (peso
real menos empuje), estas sufren una reordenación para ofrecer una resistenciamenor al desplazamiento del gas y el lecho empieza a expansionarse. Este proceso
continúa al ir aumentando la velocidad, permaneciendo la fuerza debida a la
fricción igual al peso de las partículas, hasta que el lecho ha adquirido la forma más
suelta de relleno. Si entonces se aumenta aún más la velocidad, las partículas del
sólido se mantienen en suspensión en la corriente gaseosa, diciéndoseque el lecho
está fluidizado. Al valor de la velocidad superficial necesaria (caudal de gas/sección
total) para que se inicie la fluidización se le denomina velocidad mínima de
fluidización, umf. Posteriores aumentos de la velocidad hacen que las partículas se
separen aún más unas de otras, permaneciendo la diferencia de presiones
aproximadamente igual al peso por unidad de area del...