Modelo Matemático Para El Flujo Dos Fases Gas-Líquido Y La Biodegradación De Una Baja Concentración De Compuestos Orgánicos Volátiles En Un Biofiltro “Trickling”

MODELO MATEMÁTICO PARA EL FLUJO DOS FASES GAS-LÍQUIDO Y LA BIODEGRADACIÓN DE UNA BAJA CONCENTRACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES EN UN BIOFILTRO “TRICKLING”
INTRODUCCIÓN
El artículo pretende encontrar un nuevo modelo teórico del gas-líquido, flujo en dos fases y la biodegradación para el tratamiento de gases residuales en el biofiltro “trickling” basado en un trabajo previo, que considerael efecto de la absorción de contaminantes en el interfaz de gas-líquido, la resistencia de transferencia de masa en la película de líquido, la difusión de contaminantes VOC y oxígeno en biofilm, y la reacción bioquímica. Se resuelven un conjunto de ecuaciones de momentum de líquido-gas de dos fases de flujo para la medición del grosor de película requerido de líquido sobre el material poroso, ladistribución de la velocidad en la película de líquido y el núcleo de gas a co-corriente de flujo y contra flujo. Al mismo tiempo, el área de superficie específica humedecida de la biofilm se introdujo en la modificación de la superficie de la biopelícula bajo la consideración de la zona de biorreacción activa.
MODELO MATEMÁTICO:
Las consideraciones realizadas sirven para facilitar el análisis,por ejemplo, el lecho empaquetado se simplifica a una serie de tubos capilares recubiertos por la biopelícula, en el que el líquido es drenado por la gravedad.
Durante el funcionamiento estacionario, el espesor de la biopelícula es igual a 0,1 veces el radio del material de embalaje, Por lo que el espesor de la biopelícula se debe tomar en cuenta en la determinación de la porosidad y el áreasuperficial específica de lecho empaquetado.
Los supuestos en el establecimiento del modelo son los siguientes: (1) el biofilm se forma en la superficie exterior de los materiales que forman el filtro, por lo que no se produce reacción en los poros de los materiales empaquetados, (2) el espesor de la biopelícula es uniformemente alrededor de los materiales envasados, (3) el tamaño y distribución departícula en el biofiltro es la unidad; (4) el flujo de gas y el flujo de líquido se supone que son de una dimensión flujo completamente desarrollado en la dirección axial del biofiltro (el flujo en Ɵ se considera constante), (5) la difusión de la VOC se considera que está sólo en la dirección normal de la biopelícula , es decir, la difusión axial se desprecia (no hay difusión en Ɵ); (6) eltransporte de masa por convección en la zona de película líquida y la diferencia de concentración de COV a lo largo de la dirección radial (Ɵ) en la zona central de gas se desprecian; (7) la absorción de contaminantes VOC en el gas-líquido interfaz puede ser evaluada con la ley de Henry; (8) no hay microorganismos en el núcleo de gas y la película de líquido; (9) de dióxido de carbono y el agua son losproductos finales de la biodegradación.

*Se observa el flujo co-corriente (a) y contra-corriente (b) dentro del tubo capilar, en coordenadas cilíndricas (r, Ɵ, z), para un sistema simétrico y en estado estacionario. La variable radio (r) depende de la zona del capilar en donde se encuentre, es decir que debido a que este sistema se divide en 3, tenemos 3 diferentes radios: rl, que correspondedesde r=0 hasta la interfaz con el líquido; rb que va desde la interfaz g-l hasta la interfaz liquido-biofilm, y por último rs que abarca desde la interfaz l-b hasta la superficie interior del tubo capilar.
**Se hizo el cambio de notación, se usó z en lugar de utilizar x como lo muestra en el esquema.
ESPESOR DE LA PELÍCULA LÍQUIDA
Flujo en co-corriente del gas-líquido
Primero se hace elanálisis en la interfase gas-líquido en co-corriente, con la ecuación de movimiento que rige la zona de fase gas. Es decir desde 0≤r≤rl
Donde:
rl=radio del líquido
Vg= velocidad del gas
Vl= velocidad del líquido
µg= viscosidad del gas = constante
µl= viscosidad del liquido = constante
Se considera el sistema en estado estacionario, la velocidad en Z estará determinada por r y es la única...