Reactores de lecho fluidizado - ua

1 Reactores de lecho fluidizado Dise o de Reactores heterog neos Juan A. Conesa Ferrer Universidad de Alicante DISE O DE Reactores HETEROG NOS 139. TEMA 6: Dise o de Reactores de lecho fluidizado . 0. Resumen general Desde un punto de vista global, los aspectos tratados en este tema, se orientan al estudio b sico del comportamiento de un lecho fluidizado , para tratar con posterioridad el dise o de un reactor que necesite un lecho fluidizado . En los primeros apartados de este tema se van recordando par metros (porosidad, di metro de part cula, etc.)

2 , de l gica interpretaci n, que luego van apareciendo en las expresiones experimentales y sus expresiones deducidas. Estas expresiones permitir n predecir el comportamiento global (velocidad m nima de fluidizaci n, velocidad m nima de borboteo, etc.) del sistema fluidizado , si se conocen a priori los par metros que describen a las part culas que forman el lecho . Se explicar c mo se agrupan los tipos de part culas seg n sea el comportamiento que presentan si se intenta fluidizar (clasificaci n Geldart). Tambi n se intentar esquematizar el comportamiento del lecho , dependiendo del r gimen de flujo de trabajo.

3 En un peque o apartado, se describen las diversas placas porosas que pueden emplearse en los montajes, y que permiten una distribuci n 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 tama o, sus zonas de intercambio de materia, y las velocidades de descenso de los s lidos en la emulsi n. Tambi n se aplicaran las teor as a tres tipos de lechos en funci n del tama o de part culas: finas, medias y grandes, con el objetivo de poder dise ar un rector de lecho fluidizado .

4 1. Fluidizaci n y regiones En este primer apartado se trata de recordar los conceptos y las nociones b sicas para entender el c lculo de las condiciones de operaci n de sistemas de lecho fluidizado . Juan A. Conesa. Universidad de Alicante Reactores DE lecho fluidizado 140. El objetivo principal de este apartado, es conseguir calcular la velocidad m nima de fluidizaci n para un sistema, conociendo los m nimos datos posibles, y observar qu caracter sticas globales del lecho (tama o de part cula, porosidad, etc.), afectan directamente a la forma y posibilidades reales de fluidizaci n del lecho .

5 Propiedades de los sistemas gas-s lido Si se hace circular un gas a trav s de un lecho de s lidos, con direcci n descendente, no tiene lugar ning n movimiento relativo entre las part culas a menos que la orientaci n inicial de las mismas sea inestable. Si el flujo es laminar, la ca da de presi n a trav s del lecho ser directamente proporcional a la velocidad de flujo , aumentando m s r pidamente a grandes velocidades. Si el gas circula a trav s del lecho en direcci n ascendente, la ca da de presi n ser la misma que en el caso anterior para velocidades bajas, pero cuando la resistencia por rozamiento sobre las part culas sea igual a su peso aparente (peso real menos empuje), estas sufren una reordenaci n para ofrecer una resistencia menor al desplazamiento del gas y el lecho empieza a expansionarse.

6 Este proceso contin a al ir aumentando la velocidad, permaneciendo la fuerza debida a la fricci n igual al peso de las part culas, hasta que el lecho ha adquirido la forma m s suelta de relleno. Si entonces se aumenta a n m s la velocidad, las part culas del s lido se mantienen en suspensi n en la corriente gaseosa, dici ndose que el lecho est fluidizado . Al valor de la velocidad superficial necesaria (caudal de gas/secci n total) para que se inicie la fluidizaci n se le denomina velocidad m nima de fluidizaci n, umf.

7 Posteriores aumentos de la velocidad hacen que las part culas se separen a n m s unas de otras, permaneciendo la diferencia de presiones aproximadamente igual al peso por unidad de area del lecho . La fluidizaci n uniforme se obtiene nicamente a velocidades relativamente bajas. A velocidades elevadas se forman dos "fases" separadas: la fase continua se denomina fase densa o de emulsi n, y a la discontinua, fase ligera o de burbujas. Se dice entonces que la fluidizaci n es de agregaci n. El lecho toma el aspecto de un liquido en ebullici n, movi ndose los s lidos vigorosamente y ascendiendo r pidamente grandes burbujas a trav s del lecho .

8 A primera vista parece que el gas en exceso sobre el correspondiente a umf pasa a trav s del lecho en forma de burbujas ( " lecho de borboteo"). As , al aumentar el flujo del gas, su velocidad DISE O DE Reactores HETEROG NOS 141. relativa a las part culas en la fase densa puede no variar apreciablemente: el flujo relativo a las part culas puede continuar siendo laminar incluso a velocidades globales de flujo muy elevadas. Si la velocidad de paso del gas es alta, y el lecho es profundo, tiene lugar la coalescencia de las burbujas, y en un recipiente estrecho puede fraccionarse el lecho , form ndose "tapones" de gas que ocupen la secci n transversal.

9 Estos tapones de gas quedan alternados con zonas de s lidos fluidizados que son transportados hacia arriba, deshaci ndose a continuaci n y cayendo los s lidos de nuevo (" lecho fragmentado"). Cuando la velocidad aumenta m s el lecho llega a ser menos denso y finalmente las part culas pueden ser arrastradas. Esta velocidad m xima permisible es la velocidad terminal o free-fall velocity. A sta velocidad la resistencia por rozamiento ejercida en una part cula por el gas ascendente se iguala a la fuerza de gravedad (peso efectivo).

10 La fluidizaci n comenz a tener inter s cuando fueron adaptados los catalizadores fluidizados por la industria del petr leo, para el craqueo de los hidrocarburos pesados y para la s ntesis de combustibles a partir del gas natural o CO e H2. En muchos aspectos el lecho fluidizado se comporta como un fluido de densidad igual a la de los s lidos y el fluido combinadas. Tiene lugar una mezcla muy ntima y la transferencia de calor en el interior del lecho es muy r pida, obteni ndose por tanto r pidamente temperaturas uniformes en todo el sistema.