Análisis hidrodinámico de un reactor de película descendente para la sulfonación de ésteres metílicos derivados del aceite de palma

Abstract

Los reactores de película descendente (falling film reactor-FFR) son equipos ampliamente utilizados en la industria, principalmente en aquellos procesos multifase, con velocidades de reacciones altas y donde se requiere una eficiente remoción de calor. A pesar de que estos dispositivos han sido ampliamente estudiados aun no se ha llegado a una comprensión completa de su comportamiento, ya que en los FFR hay factores hidrodinámicos que afectan los fenómenos de transporte de masa y calor. En este trabajo se llevó a cabo la medición experimental de dos parámetros hidrodinámicos, la distribución de tiempos de residencia y el espesor de la película en el reactor. El espesor de película fue medido por medio de la utilización de foto sensores infra rojo (IR) ubicados a lo largo del reactor, Las señales recibidas por el foto sensor IR, se ven afectadas por el líquido descendiendo sobre la superficie interna del reactor, de tal manera que los cambios en la señal recibida, fueron digitalizados cada 53 ms y calibrados para obtener el espesor de la película. Así fue posible obtener la dispersión del espesor de película y una descripción dinámica del comportamiento de la misma causada por el efecto de ondulaciones en la película. EL segundo parámetro, la distribución de tiempos de residencia en el reactor, se midió utilizando la técnica de perturbación tipo escalón, usando un colorante (rojo prusia) como trazador. Los dos parámetros se consideraron para evaluar el efecto de la hidrodinámica sobre el proceso de sulfonación de esteres metílicos. Los resultados mostraron que el comportamiento de la película se puede describir de acuerdo al modelo de dispersión axial, que el espesor promedio de la película se encuentra al rededor de 0.05 mm, adicionalmente se encontró una ecuación que relaciona el porcentaje de materia activa (%MA) o porcentaje de materia sulfonada, con el espesor de película, el tiempo de residencia medio en el reactor, y la relación molar. / Abstract. Falling film reactors (FFR) are equipments highly used in the industry, mainly in those multiphase processes with high reaction rates and where an efficient heat exchange is required. Although, these devices have been studied for long time, there is not a full understanding of their behavior, since in the FFR performance there are hydrodynamic factors which affect the transport phenomenas. In this work experimentaleasures of two hydrodynamic parameters have been made. The residence time distribution and the film thickness. The film thickness was measured using infra red (IR) cells placed along the reactor, the signals received by the IR sensor it is affected by the liquid descending by reactor wall, so that the signal changes were digitalized each 53 ms and calibrated to obtain the film thickness, In this way, it was possible to obtain the film thickness dispersion and a film dynamic description caused by the waves present in it. The residence time distribution was measured by the unitary scale technique with a organic tracer. Both parameters studied were taking into acount to evaluate the effect of the hydrodynamic in the sulfonation process of methyl esters. The results shown that the film behaviour could be descrived by the the dispersion model, the film thickness is above 0.05 mm and that there is an statistic relationship between the active matter or sulfonated matter, the film thickness and the mean residence time and not only with the feed molar ratio.