Diseño de Reactores para Fotocatálisis: Conceptos Fundamentales

A.E. CASSANO, O.M. ALFANO, R.J. BRANDI Y C.A MARTÍN.

Eliminación de Contaminantes por Fotocatálisis Heterogénea

CIEMAT

Lugar: Madrid; Año: 2004; p. 257 - 303

  La comprensión de los procesos que ocurren en un reactor químico fotocatalítico de cualquier escala impone la necesidad de utilizar conocimientos de distintas disciplinas, muchas de ellas diferentes de la ingeniería química. En el análisis del proceso a partir de su etapa inicial, la emisión de energía radiante en forma de fotones por parte de una fuente (la lámpara o el sol) hasta una final en la cual una molécula de un dado contaminante del medio ambiente deviene en una especie inocua para éste, se aplican conceptos vinculados a la física del estado sólido, la fisicoquímica, la electroquímica, los fenómenos de transporte, etc., algunos de los cuales han sido descriptos y analizados en otros capítulos de esta monografía. En este contexto, el punto de vista de la ingeniería química aparece como aglutinante toda vez que su objetivo es desarrollar una base racional que permita el análisis, el modelado y el diseño de los reactores donde se llevan a cabo los procesos fotocatalíticos, procurando evaluar a priori su eficiencia y determinando su más adecuada configuración (reactorlámpara) y su modo y variables óptimas de operación. Sin embargo existe una característica particular que excede el marco de los reactores convencionales debido a que, al ser todas las reacciones fotoquímicas (incluidas entre ellas las fotocatalíticas) activadas por la radiación, el conocimiento de la distribución espacial de ésta es un requisito indispensable tanto para el objetivo de obtener expresiones cinéticas en reactores de laboratorio como para el modelado y aplicaciones de reactores fotocatalíticos en otras escalas (piloto, planta). Ello implica la necesidad de adquirir información adicional desde la teoría del transporte de fotones. El objetivo de este capítulo es presentar en forma sistemática y ordenada los conceptos y criterios fundamentales necesarios para llevar a cabo el análisis y diseño de un reactor fotocatalítico. Para ello se desarrolla un enfoque metodológico que, partiendo de principios básicos de la ingeniería química y teoría del campo radiante, incorpora los aspectos "propios" que diferencian a los fotorreactores catalíticos de los reactores catalíticos convencionales, describiendo además distintas herramientas cuya aplicación resulta de utilidad para llevar a cabo la tarea de manera adecuada.a priori su eficiencia y determinando su más adecuada configuración (reactorlámpara) y su modo y variables óptimas de operación. Sin embargo existe una característica particular que excede el marco de los reactores convencionales debido a que, al ser todas las reacciones fotoquímicas (incluidas entre ellas las fotocatalíticas) activadas por la radiación, el conocimiento de la distribución espacial de ésta es un requisito indispensable tanto para el objetivo de obtener expresiones cinéticas en reactores de laboratorio como para el modelado y aplicaciones de reactores fotocatalíticos en otras escalas (piloto, planta). Ello implica la necesidad de adquirir información adicional desde la teoría del transporte de fotones. El objetivo de este capítulo es presentar en forma sistemática y ordenada los conceptos y criterios fundamentales necesarios para llevar a cabo el análisis y diseño de un reactor fotocatalítico. Para ello se desarrolla un enfoque metodológico que, partiendo de principios básicos de la ingeniería química y teoría del campo radiante, incorpora los aspectos "propios" que diferencian a los fotorreactores catalíticos de los reactores catalíticos convencionales, describiendo además distintas herramientas cuya aplicación resulta de utilidad para llevar a cabo la tarea de manera adecuada. La comprensión de los procesos que ocurren en un reactor químico fotocatalítico de cualquier escala impone la necesidad de utilizar conocimientos de distintas disciplinas, muchas de ellas diferentes de la ingeniería química. En el análisis del proceso a partir de su etapa inicial, la emisión de energía radiante en forma de fotones por parte de una fuente (la lámpara o el sol) hasta una final en la cual una molécula de un dado contaminante del medio ambiente deviene en una especie inocua para éste, se aplican conceptos vinculados a la física del estado sólido, la fisicoquímica, la electroquímica, los fenómenos de transporte, etc., algunos de los cuales han sido descriptos y analizados en otros capítulos de esta monografía. En este contexto, el punto de vista de la ingeniería química aparece como aglutinante toda vez que su objetivo es desarrollar una base racional que permita el análisis, el modelado y el diseño de los reactores donde se llevan a cabo los procesos fotocatalíticos, procurando evaluar a priori su eficiencia y determinando su más adecuada configuración (reactorlámpara) y su modo y variables óptimas de operación. Sin embargo existe una característica particular que excede el marco de los reactores convencionales debido a que, al ser todas las reacciones fotoquímicas (incluidas entre ellas las fotocatalíticas) activadas por la radiación, el conocimiento de la distribución espacial de ésta es un requisito indispensable tanto para el objetivo de obtener expresiones cinéticas en reactores de laboratorio como para el modelado y aplicaciones de reactores fotocatalíticos en otras escalas (piloto, planta). Ello implica la necesidad de adquirir información adicional desde la teoría del transporte de fotones. El objetivo de este capítulo es presentar en forma sistemática y ordenada los conceptos y criterios fundamentales necesarios para llevar a cabo el análisis y diseño de un reactor fotocatalítico. Para ello se desarrolla un enfoque metodológico que, partiendo de principios básicos de la ingeniería química y teoría del campo radiante, incorpora los aspectos "propios" que diferencian a los fotorreactores catalíticos de los reactores catalíticos convencionales, describiendo además distintas herramientas cuya aplicación resulta de utilidad para llevar a cabo la tarea de manera adecuada. y su modo y variables óptimas de operación. Sin embargo existe una característica particular que excede el marco de los reactores convencionales debido a que, al ser todas las reacciones fotoquímicas (incluidas entre ellas las fotocatalíticas) activadas por la radiación, el conocimiento de la distribución espacial de ésta es un requisito indispensable tanto para el objetivo de obtener expresiones cinéticas en reactores de laboratorio como para el modelado y aplicaciones de reactores fotocatalíticos en otras escalas (piloto, planta). Ello implica la necesidad de adquirir información adicional desde la teoría del transporte de fotones. El objetivo de este capítulo es presentar en forma sistemática y ordenada los conceptos y criterios fundamentales necesarios para llevar a cabo el análisis y diseño de un reactor fotocatalítico. Para ello se desarrolla un enfoque metodológico que, partiendo de principios básicos de la ingeniería química y teoría del campo radiante, incorpora los aspectos "propios" que diferencian a los fotorreactores catalíticos de los reactores catalíticos convencionales, describiendo además distintas herramientas cuya aplicación resulta de utilidad para llevar a cabo la tarea de manera adecuada.