Modelo Numérico de TBR

Modelo num´rico tipo Galerkin discontinuo para simulaciones adaptativas del
e
flujo de dos fases en el plato distribuidor de un reactor Trickle Bed

Wilfredo Angulo

Proyecto de apoyo bilateral UNEXPO-UCLA
CENIPRO-DCyT
Departamentos: Ingenier´ Qu´
ıa
ımica-UNEXPO y F´
ısica-UCLA-DCyT

Barquisimeto, Marzo de 2012

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Wilfredo Angulo

Motivaci´n y Propuesta
o

Losreactores Trickle Bed se emplean en muchos procesos involucrados en la industria qu´
ımica
y petroqu´
ımica. Estos reactores consisten en uno o m´s lechos rellenos con part´
a
ıculas de catalizador. La utilizaci´n eficiente de estos catalizadores depende de la buena distribuci´n del
o
o
l´
ıquido de la carga a trav´s de los lechos de catalizador, pues de lo contrario algunas partes de
e
loslechos tendr´n m´s reactivos l´
a
a
ıquidos que otras partes en promedio. En estas zonas, donde
hay mala distribuci´n de los reactivos se producen reacciones no deseadas que desactivan el cao
talizar y conducen a bajas conversiones. Otra consecuencia de la mala distribuci´n del l´
o
ıquido
se ve reflejada en la eficiencia del plato distribuir del reactor, lo cual se traduce en una bajaeficiencia del mismo y un corto tiempo de ciclo para la intervenci´n efectiva del catalizador.
o
Por lo anterior, un an´lisis de fluido din´mica computacional (FDC) se puede llevar a cabo
a
a
con el fin de saber la distribuci´n del flujo de las fases y la eficiencia de mojado (“wetting”)
o
del plato distribuidor bajo diferentes condiciones de operaci´n. En este sentido, un modelo
o
num´rico propuestopara el an´lisis FDC permite obtener la respuesta velocidad de flujo, como
e
a
variable para la medida de su distribuci´n, en comparaci´n con la altura del l´
o
o
ıquido en los
agujeros del plato distribuidor. Por tal raz´n, las simulaciones realizadas mediante el an´lisis
o
a
de DFC sirven como soporte para el dise˜o y desarrollo de platos distribuidores de l´
n
ıquido m´s
a
eficientes[6].
El objetivo de ´ste trabajo es proponer y analizar un modelo num´rico, como herramienta
e
e
de DFC, para realizar simulaciones adaptativas del flujo de dos fases en el plato distribuidor
de un reactor Trickle Bed. El modelo matem´tico para el an´lis de DFC se tomar´ del trabajo
a
a
a
realizado por Ramajo et al., [7]. El reactor Trickle Bed analizado por estos autores fue uno
usadopara procesar buteno (fase l´
ıquida) e hidr´geno, en donde la carga se introduce a trav´s
o
e
de un lado superior del reactor y el l´
ıquido se acumula en el plato perforado a un cierto nivel
donde lo inunda. La fase l´
ıquida fluye hacia abajo a trav´s de 68 orificios peque˜os, mientras
e
n
que la fase gaseosa desciende a trav´s de 7 chimeneas. Tambi´n posee un lecho conformado
e
e
poresferas de cer´mica, ubicado antes del primer lecho catal´
a
ıtico con el prop´sito de conseguir
o
una mejor distribuci´n de la carga antes de comenzar el proceso de reacci´n catalizada. En
o
o
el an´lisis de DFC simularon el dispositivo de entrada al reactor y el plato de distribuci´n
a
o
perforado. La investigaci´n se centr´ en entender el comportamiento del flujo bif´sico y la
o
oa
eficiencia del mojado de la bandeja. El efecto del lecho conformado por las esferas de cer´mica
a
se estim´ mediante una ecuaci´n emp´
o
o
ırica y el modelo matem´tico, isot´rmico, result´ de la
a
e
o
ecuaci´n de continuidad para ambas fases acoplado con las respectivas ecuaciones de momento.
o
La ecuci´n constitutiva usada para considerar la turbulencia del flujo fue un modeloest´ndar
o
a
muy usado en estos reactores, conocido como modelo k − ε.
El modelo num´rico propuesto en [7] para llevar a cabo el an´lisis de DFC, consisti´ en una
e
a
o
semi-discretizaci´n en el tiempo usando el m´todo de Euler retrogrado en el tiempo con una
o
e
discretizaci´n espacial, en cada paso del tiempo, mediante el m´todo de los elementos finitos.
o
e
Bajo un desarrollo de...