Características fluidodinámicas y de transferencia de masa gas-líquido para el mezclado del sistema aceite-hidrógeno con un agitador monolítico

SANCHEZ J.; BOLDRINI D.; TONETTO G.; DAMIANI D.

Buenos Aires

Congreso; III Congreso Argentino de Ingeniería Mecánica; 2012

Facultad Regional Buenos Aires de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN-FRBA) y el Foro Docente del Area Mecánica de las Ingenierías (FoDAMI)

Los reactores de tanque agitado, son ampliamente usados en diferentes procesos industriales que incluyen operaciones de mezclado en sistemas multifase y transferencia de masa gas-líquido-sólido. Aunque la agitación mecánica se considera una operación estudiada y entendida en muchos aspectos, las constantes innovaciones tecnológicas, la optimización, diseño y escalado de equipos y procesos, hacen necesario y motivan nuevos estudios. Estos permitirían entender las complejas características fluodinámicas y de transporte.[1,2] Un proceso que requiere condiciones particulares de mezclado y que actualmente se está revisando con el propósito de optimizar su producción y modificar su selectividad, es la hidrogenación catalítica de aceite vegetal. La reacción se realiza en un sistema en suspensión (aceite, hidrógeno, catalizador) en tanques agitados con burbujeo del gas. Bajo las condiciones adecuadas de temperatura y presión, el producto que se obtiene es una mezcla semisólida (grasas hidrogenadas y trans). Esta mezcla contiene una gran cantidad de partículas de catalizador, lo que hace necesario un cuidadoso procedimiento de filtración. El catalizador convencional que se usa, basado en níquel, es poco selectivo y requiere altas temperaturas (>180ºC), esto sumado a las numerosas etapas de filtrado hace que este proceso tenga una gran demanda energética. Una alternativa al proceso es el uso de reactores con agitadores monolíticos. En estos reactores, el agitador convencional se ha sustituido por una estructura cerámica o metálica (monolitos), recubierta con el catalizador. El agitador monolítico cumple la doble función de mezclar el sistema, dispersando el hidrógeno en el aceite y actuar como sustrato catalítico. Su implementación permitiría eliminar las etapas de filtrado,  usar metales más selectivos y que permitan operar a temperaturas menores.[3]  Sin embargo, los estudios iniciales con estos sistemas se han realizado  a escala laboratorio. Para analizar la factibilidad de implementar estos agitadores a una escala mayor, es necesario un estudio fluodinámico que permita determinar las mejores condiciones de agitación para favorecer el mezclado, mejorar las condiciones de transferencia de masa y definir parámetros de escalado. En este trabajo se estudiaron las características de mezclado en un tanque con agitador monolítico sin reacción. En un tanque de 1 dm3, equipado con un motor de ½ HP y diferentes agitadores (monolíticos y de paletas) se determinó y comparó el consumo de potencia, torque, incorporación de gas, velocidad de agitación y se determinaron los coeficientes de transferencia de masa en cada caso, para el sistema aceite/hidrógeno.