Catálisis, cinética y reactores

 

Estudio del fenómeno de expansión–contracción del lecho en reactores de lecho ebullente usando el análisis dimensional y la teoría de modelos

 

Study of bed expansion–contraction phenomenon in ebullated–bed reactors based on dimensional analysis and model theory

 

J. L. Sánchez–López^l, R. S. Ruiz–Martinez^l*, F. Alonso–Martínez^2,3 y J. Ancheyta–Juárez³

 

¹ Área de Ingeniería Química, Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa. Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Vicentina, CP 09360, México, D.F. *Autor para la correspondencia. E–mail: rmr@xanum.uam.mx. Tel.: 5804–4648, Fax.:5804–4900

² Instituto Mexicano del Petróleo; Eje Central Lázaro Cárdenas No. 152 Col. San Bartolo Atepehuaca, México, D.F.

³ Instituto Tecnológico de Ciudad Madero, Av. 1o. de Mayo esq. Sor Juana Inés de la Cruz s/n Col. los Mangos, Cd. Madero Tamaulipas, México.

 

Recibido 20 de Marzo 2007
Aceptado 18 de Junio 2008

 

Resumen

Un enfoque acerca del escalamiento hidrodinámico para lechos fluidizados de tres fases reportado por Safoniuk y col. (1999) fue evaluado para sistemas operados a alta presión y alta temperatura. El método mencionado, basado en conceptos de análisis dimensional y teoría de modelos, sugiere el uso de un conjunto de cinco grupos adimensionales que deben ser igualados para asegurar la semejanza hidrodinámica entre dos unidades experimentales separadas que difieren tanto en su geometría como en sus condiciones de operación. Con la ayuda de estos conceptos, en el presente trabajo se llevaron a cabo experimentos en un sistema operado a presión atmosférica para simular el comportamiento hidrodinámico de un sistema de lecho ebullente operado a condiciones severas. La porosidad del lecho y el fenómeno de expansión–contracción fueron comparados en ambos sistemas. Sobre bases estadísticas, se observó una apropiada comparación entre la porosidad del lecho en ambas unidades.

Palabras clave: lecho ebullente, hidrodinámica, escalamiento, semejanza, alta presión.

 

Abstract

The hydrodynamics scale–up approach reported by Safoniuk et al. (1999) for three–phase fluidized beds has been evaluated when applied for high pressure and temperature systems. The aforementioned method, which is based on dimensional analysis concepts and model theory, suggests the use of a set of five dimensionless groups that must be matched to ensure hydrodynamic similarity between two separate experimental units that differ both geometrically and in the operating conditions. With the aid of these concepts, in the present work experiments have been carried out with a system operated at atmospheric pressure to simulate the hydrodynamics of an ebullated–bed system operated under severe conditions. The bed porosity and the bed expansion–contraction phenomena have been compared for both systems. On a statistical basis, a good agreement between the bed porosities of both units was observed.

Keywords: ebullated–bed; hydrodynamics; scale–up; similarity; high pressure.

 

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Agradecimientos

Se agradece el apoyo del Instituto Mexicano del Petróleo para la realización de este trabajo.

 

Referencias

National Institute of Standards and Technology (NIST) (2005). NIST–Número 69. Disponible en: http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/. Accesado: 29 septiembre 2006.         [ Links ]

Bloxom, V. R., Costa, J. M., Herranz, J., MacWilliam, G. L. y Roth, S. R. (1975). Determination and correlation of hydrodynamic variables in a three–phase fluidized bed (Part IV), Report no. 219. Oak Ridge National Laboratory.         [ Links ]

Buckingham, E. (1914). On physically similar systems, illustrations of the use of dimensional analysis. Physics Reviews 4, 345–376.         [ Links ]

Davidson, J. F., Harrison, D. (1963). Fluidized Particles. Cambridge University Press, London and New York.         [ Links ]

Glicksman, L. R., Hyre, M. R., y Farrell, P .A. (1994). Dynamic similarity in fluidization. International Journal of Multiphase Flow 20S, 331–386.         [ Links ]

Horio, M., Nonaka, A., Sawa, Y. y Muchi, I. (1986). A new similarity rule for fluidized bed scale–up. AIChE Journal 32, 1466–1482.         [ Links ]

Jiang, P., Luo, X., Tsao–Jen y Fan, L.–S. (1997). High temperature and high pressure three–phase fluidization–bed expansion phenomena. Powder Technology 90, 103–113.         [ Links ]

Kim, S. D., Baker, C. G. y Bergougnou, M. A. (1977). Bubble characteristics in three–phase fluidized beds. Chemical Engineering Science 32, 1299–1306.         [ Links ]

Luo, X., Jiang, P. y Fan, L.–S. (1997). High–pressure three–phase fluidization: Hydrodinamics and heat transfer. AIChE Journal 43, 2432–2445.         [ Links ]

Macchi, A., Bi, H. T., Grace, J. R., McKnight, C. A. y Hackman, L. (2001). Dimensional Hydrodynamic Similitude in Three–Phase Fluidized Beds. Chemical Engineering Science 56, 6039–6045.         [ Links ]

Meernick, P. R. y Yuen, M. C. (1988). An optical method for determining bubble size distributions, II: Application to bubble size measurementin a three–phase fluidized bed. Journal of Fluids Engineering 110, 332–338.         [ Links ]

Safoniuk, M., Grace, J. R., Hackman, L. y McKnight, C. A. (1999). Use of dimensional similitude for scale–up of hydrodynamics in three–phase fluidized beds. Chemical Engineering Science 54, 4961–4966.         [ Links ]

Sánchez, J. L. (2007). Estudio de la hidrodinámica de reactores de lecho ebullente para el hidrotratamiento de crudos pesados. Tesis de Maestría UAM–I, México.         [ Links ]

Sánchez, J.L., Ruiz, R.S., Alonso, F. and Ancheyta, J. (2008). Evaluation of the hydrodynamics of high–pressure ebullated beds based on dimensional similitude. Catalysis Today 130, 519–526.         [ Links ]

Zhang, J. P., Grace, J. R., Epstein, N. y Lim, K. S. (1997). Flow regime identification in gas–liquid flow and three–phase fluidized beds. Chemical Engineering Science 52, 3979–3992.         [ Links ]