Modelamiento y simulación de un reactor industrial de película descendente para la producción de surfactantes aniónicos

La capacidad de la industria de los surfactantes alrededor del mundo supera las 20 millones de toneladas/año (que representan más de 24.000 millones de dólares/año). De hecho, en el mundo existen instaladas y funcionando alrededor de 1000 plantas de sulfonación. La tecnología más utilizada emplea los llamados reactores de película descendente: una estructura tipo intercambiador de coraza y tubos posicionada de manera vertical, en donde por las paredes internas de los tubos fluye la película de líquido orgánico que se quiere sulfonar (v.g., tridecilbeceno); por el interior, fluye el agente sulfonador (SO3 diluido en un gas inerte) y por el exterior de los tubos, en la coraza, fluye el fluido de enfriamiento. La fenomenología del proceso de sulfonación es bastante compleja, caracterizada por: Alta velocidad de reacción; alta exotermicidad (380 kJ/kg de SO3 convertido) y grandes cambios en las condiciones hidrodinámicas. En asocio con una empresa local, se vislumbró la utilidad de contar con una herramienta informática versátil que permitiese analizar las condiciones de operación del reactor de película descendente de sus instalaciones, así como su respuesta diferentes eventualidades dentro del proceso. Así, en este trabajo de tesis se estudian el modelamiento, la simulación y la operación de un reactor industrial de película descendente, tomando como caso la sulfonación de tridecilbenceno. En el primer Capítulo se compila información general sobre el proceso de sulfonación, el mercado y el impacto que tienen los surfactantes en la industria, así como también la descripción del proceso de sulfonación bajo estudio; adicionalmente, se delimitan los objetivos y alcances de la tesis. Posteriormente, en el Capítulo 2 se realiza un análisis de los modelos matemáticos propuestos en la literatura para este tipo de sistemas. Esto conduce al planteamiento de un nuevo modelo el cual incluye condiciones más coherentes con la fenomenología del sistema. Como resultado, se obtiene un modelo más preciso que los otros, pero computacionalmente más exigente. Para solucionar el modelo, se utilizó el método de las líneas con malla adaptativa; esto con el fin de tener en cuenta la variación en el espesor de la película líquida a lo largo del reactor. Luego, en el Capítulo 3, se realiza un estudio del comportamiento dinámico del reactor, analizando tanto la estabilidad del punto de operación normal del reactor, determinado en el Capítulo 2, como también el comportamiento del reactor en los procesos de arranque y apagado, además de perturbaciones eventuales en el proceso. Finalmente, en el Capítulo 4 se presentan las conclusiones y perspectivas de la Tesis. La herramienta computacional fue desarrollada en MatLab® y puede ser utilizada para diferentes tipos de reactantes, de condiciones de proceso y configuraciones de reactores de película descendente. Esta es un instrumento útil para el análisis y optimización de procesos de sulfonación (Texto tomado de la fuente)

• Autores: Gómez Mendoza , Noel Andrés
• Fecha de publicación: 2013
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/21077
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/21077; http://bdigital.unal.edu.co/11816/
• Palabra clave: 0 Generalidades / Computer science, information and general works; 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering; Reactor de película descendente; Modelamiento; Tridecilbenceno; Surfactantes; Método de las líneas; Falling film reactor; tridecylbenzene; sulfur trioxide; surfactants; simulation; model; method of lines
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• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional