Análisis de procesos de desactivación catalítica que presentan actividad residual - Navarro Campos, Francisco Javier (Universidad Autónoma Metropolitana, 2000)
En este trabajo se analizan los efectos que la desactivación catalítica ejerce sobre los parámetros cinéticos y de desactivación tomando en consideración el hecho de que la actividad de los catalizadores sólidos no necesariamente decae hasta cero. Desde esta perspectiva, se emplea el modelo de reactor pseudohomogéneo con la Ecuación Generalizada de Ley de Potencia (EGLP) para describir el comportamiento de catalizadores mediante la inclusión explícita de la actividad en estado estacionario o residual. Se tomaron los datos de varios estudios publicados en la literatura especializada en los que la conversión tiende asintóticamente a un valor de conv-ersión en estado estable diferente de cero, de lo que se infiere que el catalizador no se desactiva totalmente. Siguiendo la metodología que los respectivos autores emplearon, se observan comportamientos anómalos, tales como, cambios en los valores de los parámetros de desactivación con la temperatura, con el tiempo en línea o grado de desactivación. Al ser analizados a la luz de los modelos basados en la EGLP encontramos que los procesos son descritos consistentemente a lo largo del período de observación. Lo cual nos llevó a la conclusión de que las anomalías observadas son resultado de incompatibilidades entre los datos y los modelos empleados por los diferentes autores. Se presenta una revisión y una validación mecanística del parámetro de actividad estacionaria y de los efectos de su inclusión sobre la cinética global del proceso y se muestra que cuando la desactivación es parcial, existen cambios en la füncionalidad de la tasa de reacción no previstos por la Ecuación de Ley de Potencia (ELP). . En otros términos, la capacidad de ajuste de los modelos basados en la EGLP se debe a que la inclusión de la actividad en estado estable permite describir de modo natural los cambios mencionados, quedando, además, justificada mecanísticamente y no como un parámetro de correlación adicional. Se analizaron los efectos que la difusión tiene sobre la desactivación. Para tal fin se consideró el modelo de la pastilla catalítica isotérmica de geometría esférica, en la cual se efectúa una reacción de primer orden respecto al reactante, en tanto que la desactivación es representada mediante una EGLP de órdenes arbitrarios respecto a la concentración del reactante y la actividad. Observamos que los proceso difusionales, la actividad residual diferente de cero y la dependencia de la desactivación respecto de la concentración alteran la dinámica de desactivación haciéndola más lenta, lo cual modifica radicalmente la evolución de los factores de eficacia inicializado e instantáneo. Se muestra que los intentos de determinación de los parámetros intrínsecos de desactivación, basados en observaciones de características globales de é1, tales como la actividad instantánea promedio de la pastilla catalítica, no son adecuados y, en el mejor de los casos, proporcionan descripciones parciales del problema. Lo anterior nos condujo a establecer una metodología para determinar los parámetros intrínsecos de reacción y desactivación de sistemas catalíticos heterogéneos, basada en las relaciones fundamentales de los sistemas reaccionantes heterogéneos, a saber: Las ecuaciones de conservación, de validez universal, y la declaración explícita y clara de las hipótesis particulares del caso. Presentamos dos ejemplos de aplicación de la metodología propuesta a los reactores de tanque agitado y cesto catalítico giratorio y de lecho catalítico fijo, en los que se muestra que podemos determinar los parámetros intrínsecos de reacción y de desactivación del sistema, empleando métodos de regresión estándares. Los casos mencionados tienen la limitación de que describen situaciones en las que la desactivación es independiente de la concentración.