Estudio del proceso de difusión-reacción con formación de depósitos sólidos - Marroquín de la Rosa, Jesús Obet (Universidad Autónoma Metropolitana, 2003)
Se parte de las ecuaciones puntuales de balance general en sistemas multifásicos, de las que se obtienen sus formas promediadas en términos de variables observables. Se estudian dos formas de promediado; la primera con el método del promedio volumétrico, que infiere características del medio poroso mediante relaciones entre las propiedades puntuales y las promedio; la segunda con un análisis alterno en el que las propiedades del medio se definen dentro de la derivación de los promedios. Del método del promedio volumétrico se obtuvo una aproximación analítica para la estimación de factores de efectividad en pastillas isotérmicas de catalizador, cuando se tiene una reacción; para su uso sólo se requiere la evaluación de primeras derivadas parciales con respecto a la concentración de cada uno de loscomponentes cinéticamente activos. Del análisis alterno se obtuvieron relacioneslocales entre porosidad, área superficial y radio de poro; bajo un conjunto de consideraciones éstas aproximan la relación observada entre tales propiedades en catalizadores sujetos a coquización; la relación, asumida en este trabajo, del coeficiente de difusión efectiva con la porosidad, mostró no ser satisfactoria en la aproximación a la información experimental disponible. La aproximación a los factores de efectividad reduce en tres ordenes de magnitud el tiempo necesario para estimar el funcionamiento del catalizador; lo que lo hace atractivo para situaciones en que se requiere cálculos rápidos, como es en control prealimentado; por lo que se concluye que se ha desarrollado una herramienta con valor práctico en la simulación de procesos de conversión. Del análisis alterno se concluye que las relaciones entre porosidad, área superficial y radio de poro, en sistemas de estructura cambiante por la formaciónde depósitos sólidos, se pueden aproximar con los planteamientos mostrados en este trabajo. No es así cuando se incluye el tensor característico, para lo que se requiere profundizar en los conceptos de la geometría diferencial usados para describir el medio poroso. Trabajos futuros que se vislumbran a partir de los desarrollos aquí presentadosson: 1) Extensión del método de estimación de factores de efectividad a sistemasmultireaccionantes. 2) Reformulación de las ecuaciones de balance promediadas en términos del tensor característico definido puntualmente. En ambos casos se presentan planteamientos.; La formación de depósitos sólidos, producidos por reacciones que no participan en la transformación principal, ocasiona disminución de la actividad y selectividad en los procesos catalíticos utilizados en la industria de la transformación. Enparticular, la refinación del petróleo enfrenta la formación de coque en prácticamente todos los procesos que usan catalizadores sólidos; así como la formación de compuestos metálicos en el procesamiento de los cortes máspesados: gasóleo y residuo. Las consecuencias de la producción de compuestos sólidos son: la pérdida de sitios activos por la adsorción de tales productos, la alteración de la selectividad por la actividad catalítica propia del producto sólido, y la obstrucción del flujo de reactantes hacia los sitios activos en partes más internas del catalizador. La mayoría de los estudios sobre esta forma de desactivación, conocida como ensuciamiento, se ha tratado como debida únicamente a la primera consecuencia; el tratamiento de la cual es común a otras formas de desactivación, como envenenamiento y sinterización; lo que ha dejado fuera del análisis los cambios físicos ocurridos al catalizador. Se analiza aquí, la alteración de la estructura catalítica por los productos de reacción sólidos.