Análisis de comportamiento de transferencia de masa y energía de un reactor monolítico de canales rectos por medio de un modelo de tipo multicanal 2d

Abstract

Los reactores monolíticos de canales rectos han despertado gran interés por sus potenciales ventajas en sistemas donde reactores de lecho fijo son desventajosos o prohibitivos. La mayoría de sus aplicaciones han sido para reacciones exotérmicas cuyo modelo de un solo canal se ha considerado suficientemente válido gracias a las condiciones de operación adiabáticas predominantes. En este trabajo se desarrolló un modelo 2D de múltiples canales con el fin de observar, mediante perfiles axiales y radiales de conversión y temperatura, el comportamiento de un reactor monolítico de canales rectos de sección transversal circular en diferentes escenarios: 1) presencia de reacción exotérmica ó endotérmica, 2) suministro de energía (aislamiento ó calentamiento exterior), 3) monolito de material cerámico o metálico y 4) diferente número de celdas por pulgada cuadrada. Los resultados muestran que los perfiles radiales de temperatura entre canales son aproximadamente iguales excepto para el canal más externo del reactor, donde la magnitud del gradiente depende de la combinación entre el material del monolito y el tipo de suministro de energía. La conversión de la reacción exotérmica se favoreció en monolitos de sustrato cerámico, mientras que en la reacción endotérmica se favorece con sustratos metálicos (conductividad térmica ≅ 350 W/m K). En ambos casos el cambio en el número de celdas influye estadísticamente muy poco sobre los perfiles axiales de temperatura. Finalmente, se realizó una generalización del modelo empleando números adimensionales de Peclet (Pe) y Damköhler (Da) de forma que se pudieron analizar simplificadamente diferentes tipos de material, órdenes de magnitud del calor reacción y tiempos de residencia.