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Desarrollo de una metodología para el cálculo de las limitaciones de transferencia de masa para una reacción catalítica en fase líquida en un reactor por lotes isotérmico

Resumen

El estudio de las propiedades de los sólidos catalíticos, inicia por su eficiencia desde el punto de vista químico, es decir, referida a la velocidad química de reacción, la cual debe estimarse en ausencia de limitaciones de transferencia de masa. Para lograrlo, es necesario que la concentración utilizada en la estimación de la velocidad de reacción, corresponda a la de los complejos de transición que se forman en los sitios activos del catalizador. Esto implica, que el ensayo catalítico debe llevarse a cabo bajo condiciones de operación que, proporcionen una velocidad de transferencia de masa lo suficientemente rápida para que no se formen perfiles de concentración dentro y fuera de las partículas catalíticas; lo que se denomina un proceso libre de limitaciones de transferencia de masa. En este contexto, el presente trabajo desarrolló una metodología detallada para evaluar el efecto de las limitaciones de transferencia de masa externas e internas, en una reacción catalítica heterogénea en fase líquida, llevada a cabo en un reactor por lotes agitado e isotérmico, utilizando como criterio el factor de efectividad que relaciona la velocidad de reacción aparente con la velocidad de reacción intrínseca. Además, esta metodología consideró el cálculo de las propiedades termodinámicas y de transporte del líquido, junto con las condiciones de operación del reactor, la cinética de reacción y la solución numérica de los modelos de transferencia de masa, enfatizando en sus consideraciones y aproximaciones. Finalmente, se evaluó el desempeño de los modelos de transferencia de masa, con un análisis de sensibilidad, variando el tamaño de partícula, la velocidad de agitación y la temperatura, en el caso de estudio seleccionado (Eterificación de glicerol por tert-butanol). Como resultado, se logró identificar que para el sistema analizado el factor de efectividad tanto interno como externo fueron más sensibles al cambio de diámetro de partícula que al cambio en la velocidad de agitación o la temperatura.