Modelado de un reactor de lecho fijo para la obtención de acroleína a partir de glicerina

Abstract

La producción de acroleína se llevó a cabo por deshidratación de glicerina utilizando un catalizador de Pd Paladio soportado en zeolita Y con La Lantano. Se realizaron una serie de experimentos en un reactor diferencial a diferentes temperaturas de reacción y de concentración de glicerina en la alimentación para validar la ecuación de velocidad de reacción de acuerdo con el modelo de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson. Se determinaron las constantes de velocidad de reacción y se confirmó que la cinética de reacción de deshidratación de glicerina a acroleína es de primer orden, así como la energía de activación y el factor de pre exponencial, basado en la ecuación de Arrhenius. Utilizando los datos anteriores, se desarrolló un modelo bidimensional que permite calcular los perfiles de conversión y temperatura en cualquier punto de un reactor de lecho empacado, siendo las ecuaciones parciales de balance de energía y masa en estado estacionario las que rigen el modelado del reactor de lecho fijo. Estas ecuaciones se resolvieron por el método de elemento finito utilizando COMSOL Multiphysicis 5.2a. La mayor aportación de este estudio consiste en la determinación experimental de la ecuación de velocidad de reacción y su aplicación a la construcción del modelo de balance de masa y energía para determinar los perfiles de conversión y temperatura, axial y radialmente. Gracias al modelo se puede predecir que a 13 cm de longitud se puede obtener un 100% de conversión a temperaturas cercanas a los 320 °C y 325 °C. El perfil de conversión de la glicerina es parabólico siendo mayor en las paredes del reactor donde se encuentra la fuente de calor ya que es un producto de una reacción endotérmica.