Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales,




descargar 197.35 Kb.
títuloResumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales,
página1/4
fecha de publicación28.10.2015
tamaño197.35 Kb.
tipoResumen
med.se-todo.com > Química > Resumen
  1   2   3   4





UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR

DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROPUESTA DE TRABAJO DE GRADO
Grado académico al que aspira: Magíster en Ingeniería Química

Título del proyecto: Diseño de un proceso de adsorción que utilice materiales lignocelulósicos en un lecho fluidizado inverso
RESUMEN
Se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, se considera la fluidización inversa como una alternativa viable, es por ello que se evaluará y comparará está, con la fluidización clásica, a través del desarrollo experimental en el laboratorio de carbón de la Universidad Simón Bolívar, además de determinar las características de velocidad mínima de fluidización, caída de presión, expansión del lecho, que mejor la favorecen, con lo cual se espera obtener una mayor adsorción utilizando este tipo de sistema con respecto al lecho fluidizado convencional.


Fecha aproximada de culminación: Julio 2011

Sartenejas, Diciembre de 2010.


Ing. Ana Médicci MSc. Narciso Pérez

Carnet: 0886675 Tutor Académico
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El deterioro del medio ambiente y los cambios climáticos observados en los últimos años han traído como consecuencia que día a día sean más rigurosas las leyes y normativas ambientales, obligando a crear procesos amigables con el mismo, en función de esto, y considerando que la principal actividad económica del país es la actividad petrolera (Gobierno en Línea: Economía.), se busca que los procesos y subprocesos sean lo menos contaminantes posible.

El crudo venezolano usado en la industria petrolera se caracteriza por tener condición que lo clasifican como pesado y extrapesado, además de ser rico en metales como Ni y V, lo que trae como consecuencia que el proceso de refinación requiera de un subproceso o etapa de coquización, cuya finalidad es convertir mediante los productos más pesados y densos del proceso de destilación (residuales) en productos más livianos, y del cual se obtiene: gas, alimentación catalítica, nafta y coque de petróleo, un combustible sólido similar al carbón, este coque producido contiene un elevado contenido de Ni y V. En la actualidad se emplean soluciones acidas para la extracción de ellos; en pro de prolongar la vida útil de estas soluciones, el laboratorio de carbón y residuales de petróleo de la Universidad Simón Bolívar (USB), estudia la posibilidad de recuperar los licores ácidos resultantes, llevando a cabo varios trabajos de investigación, como el realizado por Pérez et al. (2007), cuyos resultados señalan la competividad de los materiales lignocelulósicos frente al carbón activado utilizando un lecho fijo. Bueno y Matta (2009) estudiaron la factibilidad de emplear estos materiales como adsorbente en lecho fluidizado, obteniendo como resultado un mayor aprovechamiento del adsorbente y presentando como única limitante el tiempo de obtención de los pellets a fluidizar, ya que debido al material lignocelulósico se necesita realizar un pellet que cumpla con ciertos valores de densidad exigidos por el proceso de fluidización. Es por ello que el presente trabajo pretende evaluar la adsorción mediante la fluidización inversa, ya que con este, se puede trabajar con partículas con densidades menores que la del liquido fluidizante, característica presente en los materiales lignocelulósicos .

¿De qué manera la fluidización inversa favorece la adsorción con materiales lignocelulósicos?


2. ANTECEDENTES Y BASES TEORICAS
2.1. Antecedentes
La siguiente investigación está fundamentada en una serie de trabajos realizados en el laboratorio de carbón de la Universidad Simón Bolívar, en donde se busca llevar a cabo el proceso de adsorción utilizando materiales lignocelulósicos.
En función de lo anteriormente mencionado, Pérez et al. (2007) demostraron que los materiales lignocelulósicos se presentan como una alternativa de material adsorbente, ya que presentan características similares al carbón activado. Apoyados en esto, el Grupo de Tecnologías de Alternativas Limpias (TECall) llevó a cabo la construcción, puesta en marcha y evaluación de una planta piloto que permite la remoción de metales pesados de corrientes ácidas, las cuales provienen de la desmetalización vía microondas del coque de petróleo, utilizando material lignocelulósico como adsorbente en lecho fijo.
Casanova (2007) estudió la factibilidad de emplear una columna de adsorción de lecho lignocelulósico fluidizado, aprovechando las ventajas que presentan estos sistemas con respecto a la facilidad de control de temperatura, pero principalmente a las grandes velocidades de transferencias de masa que alcanzan, utilizo un colorante de bajo impacto ambiental (azul de metileno) como adsorbato y las partículas sólidas del adsorbentes con movimiento al azar por el seno del líquido; con lo que evalúo, mediante el desarrollo de diversas pruebas, la capacidad adsortiva de este material y determinó su comportamiento en este en un lecho fluidizado.
Bianco y De Sousa (2008), realizaron el montaje, arranque y evaluación de una planta de adsorción de metales pesados Ni y V sobre lignina a escala piloto, en donde se revelaba tiempos de ruptura y de saturación superiores para el material ligninocelulósico en comparación con el carbón activado, lo cual indico que este tipo de materiales presentaban una mayor útil y una mayor capacidad adsortiva. En medio de todas estas ventajas el sistema no lograba obtener una curva de ruptura ideal por ende existía una capacidad no aprovechada del material ligninocelulósico.
Gómez y Vargas (2009), estudiaron la forma de mejorar la eficiencia de la adsorción en un lecho fijo, para lo cual evaluaron el efecto del tamaño de partícula, así como el efecto del tiempo de retención sobre la capacidad de adsorción de materiales lignocelulósicos, encontrando que cuando el diámetro de columna entre diámetro de partícula de material lignocelulósico es igual a 25, la columna presentaba una eficiencia de un 87% de la altura del lecho y era capaz de remover el 70% del azul de metileno, material utilizado como adsorbato.
Bueno y Matta (2010), siguiendo las recomendaciones realizadas por Casanova (2007), profundizaron acerca de la factibilidad del empleo de materiales lignocelulósicos en lecho fluidizado, logrando obtener una partícula adsorbente con las características necesarias y una isoterma favorable en el proceso de adsorción, encontrando inconvenientes en la obtención de la partícula a fluidizar en función de la relación tiempo por cantidad de partículas, ya que el procedimiento propuesto era engorroso y no permitía una mayor producción en un mismo periodo de tiempo .
A continuación se presenta un resumen de las publicaciones que fueron encontradas, en relación al uso de la fluidización inversa como una alternativa para llevar a cabo la suspensión de materiales, con densidades menores que las del fluido.

.

Fan et al. (1981) analizaron las características hidrodinámicas fundamentales en un lecho fluidizado inverso, estudiando los sistemas líquido-sólido y gas-líquido-sólido, concluyendo que, aunque no se encontró para el sistema liquido-sólido una correlación que representara la expansión esta se podía encontrar mediante una ecuación que relaciona la porosidad con la velocidad, de igual forma para los sistemas gas-líquido-sólido se propone dos modos de fluidización el primero siendo el liquido considerado como una fase continua en el segundo siendo el gas la fase continua, con esto logran correlacionar empíricamente la porosidad del lecho y el holdup del gas.
Nikov y Karamanev (1991) determinaron que las diferencias en la transferencia de masa entre fluidización inversa y fluidización clásica se deben principalmente a las diferentes direcciones del gas y del líquido y de los efectos inerciales de las partículas. Proponen una correlación que describe la transferencia de masa en un lecho fluidizado inverso mejor que los lechos fluidizados clásicos.
Karamanek y Nikolov (1992) estudiaron las características de la expansión del lecho en fluidización inversa en dos fases, variando el diámetro de las esferas y sus densidades, con la finalidad de encontrar un modelo matemático que relacionara la expansión del lecho como una función de la velocidad del liquido, hallando un modelo que predice los valores experimentales y atribuyendo las diferencias que puedan presentarse a la diferencia entre la inercia mecánica de las partículas ligeras y las pesadas.
Vijaya et al. (2000) a través del estudio hidrodinámico del lecho fluidizado inverso, más específicamente de la expansión del lecho y caída de presión en función del diámetro de partícula, viscosidad y densidad del liquido, determinaron la velocidad mínima de fluidización además de que esta se incrementaba con el aumento del diámetro de las partículas y una disminución en la densidad de sólidos y es independiente de la altura del lecho.
Renganathan y Krishnaiah (2003) estudiaron las características de la mezcla de la fase líquida en dos fases liquido-solido en un lecho fluidizado inverso, determinando que en la fase líquida aumenta el coeficiente de dispersión axial con el aumento de la velocidad del líquido y el número de Arquímedes y es independiente de altura del lecho estático.

2.2. Base teórica
La fluidización es un tema ampliamente utilizado en la industria química debido a su gran gama de usos, se puede definir como, un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas. (Kunii y Levenspiel, 1991).
Cuando se habla de lecho fluidizado, se describe la condición de las partículas completamente suspendidas, toda vez que la suspensión se comporta como un fluido denso. En el lecho fluidizado la fase sólida está suspendida en un líquido o en un gas. Por tanto, el sólido se comporta como un fluido y se puede bombear, alimentar por gravedad y manejarlo de una forma muy parecida a como si fuese un líquido.

Si el lecho está inclinado la superficie superior permanece horizontal y los objetos grandes flotarán o descenderán en el lecho, dependiendo de su densidad relativa a la de la suspensión. Los sólidos fluidizados pueden descargarse del lecho a través de tuberías y válvulas como un líquido, y esta fluidez es la principal ventaja del uso de la fluidización para el tratamiento de sólidos (McCabe, 1993 y Henley y Seader, 1990).
2.2.1 Tipos de Fluidización
Existen distintos tipos de fluidización, las cuales dependerán de la aplicación que se le dará a esta.
a) Fluidización Gas-Sólido
Los lechos fluidizados en gas se agitan con las burbujas que se forman en la parte baja del lecho. Cuando el tamaño de las burbujas llega a ser del tamaño del diámetro de la columna, sus formas y propiedades cambian, convirtiéndose en lo que se denominan slugs (Romero, 2006).

En este tipo de sistema, las partículas se clasifican en cuatro grupos de acuerdo a sus características de fluidización:

Grupo Geldart A.

Son partículas de tamaño medio o de baja densidad, que tienden a formar burbujas (regiones de bajo contenido de sólidos) cuando se fluidizan. Las burbujas de gas ascienden más rápidamente que el gas que pasa entre las partículas. La fragmentación y coalescencia de las burbujas es frecuente. El tamaño máximo de burbuja es de aproximadamente 10 cm. El lecho se expande considerablemente antes de que ocurra el burbujeo.

Grupo Geldart B.

Partículas más gruesas y más densas que las del grupo A, se forman burbujas tan pronto como se excede la velocidad mínima de fluidización. El tamaño de burbuja es independiente del tamaño de las partículas. El burbujeo es vigoroso, con burbujas que aumentan de tamaño hasta ser comparables con el tamaño del lecho.

Grupo Geldart C.

Partículas muy finas (incluso polvos) en los que las fuerzas de cohesión son dominantes. Son difíciles de fluidizar y tienden a levantarse de golpe. En lechos grandes, se forman canalizaciones por donde fluye el gas sin lograr fluidizar las partículas.

Grupo Geldart D.

Son partículas muy grandes y densas. Forman burbujas que chocan rápidamente y aumentan de tamaño, pero que en general se mueven más lento que el resto de la fase gaseosa que percola entre los sólidos.

El comportamiento caótico de los lechos fluidizados gas-sólido se debe principalmente a la gran diferencia de densidades entre las dos fases. (Geldart, 1980; Kunii y Levenspiel, 1991).
b) Fluidización líquido-sólido
Este tipo de sistemas se fluidizan de forma mucho más estable, debido principalmente a una menor diferencia de densidades entre los sólidos y el líquido fluidizante. La expansión del lecho es bastante uniforme para velocidades del fluido desde fluidización mínima hasta la elutriación de las partículas. Además, la velocidad de las partículas es más o menos uniforme en toda la columna. No hay formación de burbujas, excepto en casos extremos en los que la velocidad del líquido sea muy alta y la densidad de las partículas mucho mayor que la del líquido. Algunas otras inestabilidades se pueden presentar en el lecho pero normalmente no afectan el desempeño del lecho fluidizado (Yang, 2003)
c) Fluidización centrífuga
Se hace girar todo el sistema, de tal forma que la fuerza centrífuga actúa en vez de la fuerza de gravedad. La tendencia de las partículas es de aglomerarse en la periferia, del modo similar a la acumulación de partículas en el fondo de una columna de fluidización bajo el efecto de la gravedad. El medio fluidizante se inyecta por la periferia del sistema giratorio, empujando a las partículas hacia el centro del equipo, donde el fluido es removido (Yang, 2003).
d) Vibro-fluidización
Emplea vibraciones mecánicas o acústicas (incluso en el rango de frecuencias ultrasónicas) para promover la fluidización de polvos cohesivos. Las vibraciones previenen la aglomeración de las partículas bajo la acción de las fuerzas de van der Waals, permitiendo que el fluido pase entre las partículas manteniendo el estado de fluidización del lecho (Yang, 2003).
e) Magneto-fluidización
Emplea campos magnéticos para modificar el comportamiento del lecho fluidizado. Se puede prevenir la formación de burbujas en lechos gas sólido, promover la formación de cadenas de partículas, e incluso crear una fuerza externa de origen magnético que remplace a la gravedad en ambientes de gravedad reducida (Yang, 2003).
f) Electrofluidización
Emplea cargas y/o campos eléctricos para modificar el comportamiento del lecho fluidizado. El efecto es similar al de la aplicación de campos magnéticos.

Cabe destacar que las más utilizadas son la fluidización gas-sólido y fluidización liquido-sólido (Yang, 2003).
g) Fluidización Inversa
Se aplica cuando las partículas tienen una densidad menor que la del líquido fluidizante. La operación de un lecho fluidizado convencional bajo estas condiciones es imposible, ya que las partículas simplemente flotan y son arrastradas por la corriente. La fluidización se hace posible alimentando el líquido por la parte superior de la columna, de tal forma que la fuerza de arrastre empuje a las partículas hacia abajo, en contra de su tendencia natural a ascender. (Yang, 2003).
2.2.2. Parámetros de Fluidización Inversa
a) Factor de forma
El diámetro equivalente de una partícula se define como el diámetro de una esfera que tuviera el mismo volumen que esa partícula (Geankoplis, 1998). El factor de forma ø (o de esfericidad øs) se define como la relación entre el área de una esfera con un volumen equivalente de las partículas, dividido entre el área superficial de las partículas (Perry y Green, 2008). Para una esfera, el área superficial es:
(1)
y el volumen:
(2)
Por lo tanto, para toda partícula
(3)
donde Sp es el área superficial real de la partícula y Dp es el diámetro (equivalente) de la esfera que tiene el mismo volumen de la partícula (Geankoplis, 1998). Entonces, a partir de la ecuación que define la superficie específica de una partícula av en m-1:

(4)

Se determina:
(5)

Resultando:

(6)
Entonces, puesto que (1- ε) es la fracción de volumen de las partículas del lecho:
(7)
Resulta:

(8)
donde a es la razón entre el área superficial total del lecho y el volumen total del lecho (volumen vacío más volumen de partículas) en m-1. ε es la fracción de vacío de la partícula. Para una esfera, øs=1,0. Para un cilindro cuyo diámetro es igual a su longitud, øs se calcula como 0,874, y para un cubo 0,806. En cuanto a los materiales granulares, es difícil medir el volumen y el área superficial reales para poder obtener el diámetro equivalente, así que Dp generalmente se toma como el tamaño nominal obtenido en un análisis por mallas (tamices) o en mediciones visuales de longitud. El área superficial está determinada por las mediciones de adsorción o por mediciones de la caída de presión en un lecho de partículas.
  1   2   3   4

similar:

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen la investigación se llevará a cabo con el fin de encontrar...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen: Con este trabajo se pretende proporcionar unos adecuados...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen Utilizamos materiales para satisfacer nuestras necesidades...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconNorma oficial Mexicana nom-021-sct2/1994, Disposiciones generales...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen : El ingeniero metalúrgico o Ingeniero de Materiales se fundamenta...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconLa tasación de costas en la primera instancia del proceso civil de...
«contaminación ambiental» que las características presentadas del mismo, el marco en que se inscribe y las circunstancias que lo...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen: La metalurgia es un gran proceso de transformación de minerales...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconResumen: La metalurgia es un gran proceso de transformación de minerales...

Resumen se pretende realizar un proceso de adsorción en un lecho fluidizado con materiales lignocelulósicos, dada las características de densidad presentadas por este tipo de materiales, iconNuevos materiales Los Polímeros y la Nanotecnología
«plastikos» que significa «capaz de ser moldeado». Sin embargo, actualmente designamos con el nombre de plástico un conjunto de materiales...


Medicina



Todos los derechos reservados. Copyright © 2015
contactos
med.se-todo.com