Efectos de la Transferencia de Materia en el Comportamiento de un Reactor Fotocatalítico de Lecho Suspendido

MARÍA DE LOS MILAGROS BALLARI; ORLANDO M. ALFANO; ALBERTO E. CASSANO

Rosario (Argentina)

Workshop; Workshop on Mathematical Modelling of Energy and Mass Transfer Processes and Applications; 2005

La fotocatálisis es una técnica avanzada de oxidación para descontaminación de agua y aire. Este proceso utiliza un semiconductor como catalizador, generalmente dióxido de titanio, que es activado por radiación ultravioleta. La ventaja de esta técnica es que logra mineralizar completamente los compuestos orgánicos contaminantes. Uno de los tantos compuestos clorados estudiados es el ácido dicloroacético, cuya cinética intrínseca fue desarrollada por Zalazar et al. (2005), y ha sido seleccionado como compuesto modelo para este trabajo. La mayoría de estos estudios fueron realizados bajo condiciones ideales de operación del reactor, es decir, admitiendo la hipótesis de mezcla perfecta. En el presente trabajo se modela el comportamiento de un reactor fotocatalítico de placas planas y lecho suspendido bajo condiciones parcialmente alejadas del régimen cinético puro. Esto implica que la velocidad de reacción deja de aumentar con la concentración de catalizador, y comienza a disminuir, ya que la reacción está controlada parcialmente por difusión. Esto ha sido observado experimentalmente por Mehrotra et al. (2003), pero no se lo ha situado bajo un marco teórico cuantitativo. Para ello se plantea un balance de materia bidimensional y la ecuación de transferencia de radiación (RTE) en la zona de reacción, que pertenece a un sistema de recirculación batch. Para resolver el balance de materia, representado por una ecuación diferencial en derivadas parciales de segundo orden no lineal, se aplica el método de diferencia finitas. Además se emplea el método de la ordenada discreta para resolver la ecuación integro diferencial correspondiente a la RTE. Con este método numérico se resuelve el perfil de intensidad de radiación en el reactor, que sirve para calcular la velocidad local de absorción de fotones (LVRPA). La LVRPA, a su vez, es necesaria para resolver el balance de materia, ya que la expresión de la velocidad de reacción es función de esta variable de radiación. De este modo se predice bajo que condiciones de operación del reactor (caudal de recirculación y concentración de catalizador) comienzan las limitaciones a la transferencia de materia y desaparece el control cinético. Esta simulación se compara con el modelo de mezcla perfecta, para verificar la consistencia del modelo propuesto. Referencias K. Mehrotra, G. S. Yablonsky, A. K. Ray, “Kinetic Studies of Photocalalytic Degradation in a TiO2 Slurry Systems: Distinguishing Working Regimes and Determining Rate Dependences”, Ind. Eng. Chem. Res., 42, 2273-2281, 2003. C. Zalazar, R. L. Romero, C. A. Martín, A. E. Cassano, “Photocatalytic intrinsic reaction kinetics I: Mineralization of dicholoroacetic acid”, Chem. Eng. Science, 60, 5240-5254,2005.