Simulación de un reactor fotocatalítico multianular para la eliminación de Perclororetileno en fase gas

IMOBERDORF, G.E.; CASSANO, A.E.; IRAZOQUI, H.A.; ALFANO, O.M.

Rosario, Argentina

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

Universidad Austral

Los niveles de contaminación del aire atmosférico y de ambientes cerrados se han incrementado notablemente en los últimos años y constituye uno de los mayores problemas que enfrenta el hombre. Frecuentemente se encuentran contaminantes tales como los compuestos orgánicos clorados, los cuales son tóxicos, cancerígenos y extremadamente persistentes en el medio ambiente. Un alternativa efectiva para su eliminación es mediante reacciones fotocatalíticas que utilizan radiación UV y TiO2 como catalizador, lo cual es una de las líneas de investigación de nuestro grupo. Para el estudio de este tipo de reacciones se utilizamos percloroetileno (PCE) como contaminante modelo, el cual se emplea a escala industrial en operaciones de limpieza en seco, desengrasado de metales, fabricación de plásticos, fumigación y procesos de la industria textil. En un trabajo previo se estudió la degradación de PCE en un reactor de placa plana sin limitaciones difusivas, para diferentes valores de concentración de PCE, humedad relativa y nivel de irradiación. Se desarrolló una expresión de la cinética intrínseca de reacción. Esto permitió el diseñó y la construcción de un reactor fotocatalítico multianular escala banco. El reactor está formado por cuatro tubos de borosilicato ubicados de forma concéntrica. En el centro del mismo se colocó una lámpara UV tipo luz negra. Los tubos fueron recubiertos de ambos lados con una delgada capa de TiO2, obtenida mediante un técnica tipo sol-gel. Los reactivos y productos circulan entre las regiones anulares formadas por los tubos, ingresando por el ánulo externo y saliendo por el interno. Se desarrolló un modelo detallado para describir la degradación de PCE en el reactor descripto. Este modelo consiste en un balance de materia 2-D que contempla las limitaciones a la transferencia de materia, la expresión cinética para la degradación de PCE desarrollada previamente y un modelo de radiación. Este último permite predecir la velocidad superficial local de absorción de fotones (LSRPA) en cada punto del reactor, valor que es necesario para evaluar la velocidad de reacción. Para esto se utilizó el Modelo de Fuente Extensa con Emisión Superficial, y por medio de las ecuaciones de transferencia de fotones se consideró la atenuación producida por las películas de TiO2 y los tubos de vidrio. Se realizó un programa en FORTRAN para resolver las ecuaciones diferenciales no-lineales a derivadas parciales obtenidas. Las conversiones de PCE estimadas por el modelo desarrollado muestran un buen ajuste con los resultados experimentales. El uso de este simulador permitió además estudiar el efecto de las variables de diseño y operativas sobre la conversión de PCE y la eficiencia quántica.