Simulación de una columna de paredes mojadas como reactor de sulfonación

Abstract

Este trabajo se ha concebido como continuación de otros anteriores, realizados en el Departamento de Química Técnica de la Facultad de Química de la Universidad de Barcelona, sobre sulfonación con SO(3) vapor en reactor de película descendente (Domingo F.J, 1974; Morales, H. 1976).

El objetivo de esta tesis es la simulación de un reactor gas-líquido de película descendente, en estado estacionario. El modelo matemático elaborado se aplicará a distintas situaciones experimentales, y especialmente a la sulfonación de dodecilbenceno con trióxido de azufre vapor. En este caso, serán variables de entrada (datos) del modelo los caudales, razones molares, temperatura del agua de refrigeración y características del reactor (línea 3). Se desea conocer cuál será la conversión de salida, el porcentaje de materia activa, y otras propiedades del producto final. A partir de las teorías generales fisicoquímicas, y de acuerdo con la información bibliográfica adecuada, se elaborarán las hipótesis simplificativas del modelo. Por ejemplo, que no hay efectos de entrada al reactor, que no se producen reacciones secundarias significativas, y otras. El modelo deberá desarrollarse a nivel microscópico, esto es, en segmentos de reactor de longitud diferencial. Para cada uno de los segmentos se deberá calcular su perfil de velocidad, de temperatura y de concentraciones de los reactantes y productos. Las condiciones de salida se obtendrán repitiendo el cálculo segmento a segmento hacia abajo en el reactor.

También en este nivel del cálculo se aplicarán hipótesis simplificadoras. Las propiedades fisicoquímicas de las sustancias del sistema se deberán introducir al modelo a partir de fuentes bibliográficas, por estimación a partir de correlaciones, o por determinación experimental propia.

El modelo matemático suministrará un conjunto de resultados en la forma de valores numéricos de las variables de salida para cada conjunto de valores de las variables de entrada. La validación de estos resultados simulados debe hacerse contrastándolos con resultados experimentales reales. Para ello, debe disponerse de un sistema de reacción real, que se alimentará con las mismas variables de entrada que el modelo y en el que se realizarán experimentos cuyo análisis químico permitirá la comparación con los resultados simulados. Evidentemente las características geométricas de los reactores reales deberán introducirse también como parámetros al modelo.

De la comparación de los resultados simulados y los experimentales puede deducirse si el modelo se ajusta suficientemente a la realidad. En caso negativo, deberá modificarse el modelo o incluso la hipótesis de trabajo hasta conseguir un modelo fiable.

La Memoria que se presenta abarca todo el esquema indicado. En el capítulo 1 (Introducción) se presenta un estudio sobre la reacción de sulfonación y los reactores en los que se lleva a cabo, y se sientan las bases y los modelos teóricos para el estudio de la transferencia de materia y la fluidodinámica en el reactor de película descendente. El capítulo del modelo 2 es una descripción detallada del modelo matemático empleado en el trabajo, a la luz de los objetivos propuestos y las teorías generales descritas en el capítulo 1. El dispositivo experimental y el sistema de reacción empleados en el trabajo se muestran en los capítulos 3 y 4, respectivamente.

El capítulo 5 contiene los resultados experimentales obtenidos en este trabajo para la sulfonación de dodecilbenceno con SO(3) vapor. En el capítulo 6 se comparan los resultados pronosticados por el modelo para la sulfonación con resultados experimentales propios, y los resultados de la aplicación del modelo a otros sistemas gas-líquido se comparan con resultados experimentales obtenidos de la bibliografía.

En el capítulo 7 se resumen las conclusiones obtenidas de este trabajo.

Finaliza el trabajo con los apéndices I (Cálculos de un experimento), II (Propiedades físico-químicas) i III (Programa de cálculo ).