Estudio de efectos térmicos en reactores monolíticos para la combustión catalítica de COVs

En la presente tesis se estudia el proceso de combustión catalítica de compuestos orgánicos volátiles (COVs) en la descontaminación de corrientes de aire industrial previo a su emisión al ambiente. Esto se realiza utilizando reactores monolíticos integrados energéticamente con un intercambiador de calor y un horno. El intercambiador de calor aprovecha el calor generado en la reacción y, a través de la corriente efluente del reactor, precalienta parcialmente la alimentación que se encuentra a temperatura ambiente. Esta integración energética es fundamental, para disminuir los costos operativos del proceso de fin de línea. Se realiza un estudio teórico del proceso operando en estado no estacionario. El reactor adiabático y el intercambiador de calor (FEHE, Feed-Efluent Heat Exchanger) son representados mediante modelos matemáticos unidimensionales, pseudohomogéneos, a parámetros distribuidos. Por otro lado, el horno se representa por medio de un modelo unidimensional, heterogéneo, a parámetros concentrados. El sistema de descontaminación Reactor/FEHE/Horno a escala piloto se analiza en condiciones de lazo abierto, seguido de un estudio a lazo cerrado en el que se implementa un lazo de control realimentado simple. Se encuentran estados oscilatorios tanto a lazo abierto como bajo ciertas condiciones de lazo cerrado. Se estudian problemas de servomecanismo relacionados con cambios de setpoint de la temperatura de entrada al reactor. Además, se evalúa el aporte de energía en el horno y su impacto en la estabilidad del sistema, así como el comportamiento frente a cambios en la concentración de COV de entrada al sistema. Por último, se discute la influencia del área del intercambiador en la estabilidad del sistema ante perturbaciones. Para el proceso a escala industrial, se realiza un análisis de la dinámica en condiciones de lazo abierto, considerando la influencia de las principales variables, como la fracción de la corriente de alimentación que atraviesa el FEHE y el bypass, así como el aporte energético del horno. Se confirma el fenómeno de multiplicidad de estados estacionarios para el sistema, encontrándose un comportamiento oscilatorio o marginalmente estable en una zona operativa de interés práctico, donde se logra la conversión completa con temperaturas de reacción relativamente bajas. Además, se estudian variables como el tiempo de residencia, la constante de tiempo, el flujo volumétrico de alimentación y la concentración de COVs a tratar. Este análisis resalta la necesidad de implementar estrategias de control avanzadas que logren evitar la saturación del elemento final de control y con ello posibles daños en los equipos debido al comportamiento oscilatorio, además de cumplir con los límites de emisión sugeridos por la legislación ambiental. Por último, se evalúa el desempeño de estrategias de control de diferente nivel de complejidad, aplicadas en el proceso de descontaminación, comparándolas entre sí frente a patrones variables de emisión de COVs. Las nuevas estrategias de control permiten reducir el consumo de combustibles auxiliares en procesos de fin de línea como el estudiado, con el objetivo de disminuir costos operativos y reducir las emisiones de COV al medio ambiente. En conclusión, la presente tesis aborda la disminución de las emisiones estacionarias de COVs mediante el proceso de combustión catalítica llevado a cabo en reactores monolíticos cerámicos, resaltando la importancia de la integración energética y el diseño de estrategias de control eficientes para garantizar una operación estable, cumpliendo las regulaciones ambientales y minimizando el empleo de combustibles fósiles auxiliares.

Author dc:creator

• Miranda, A. Federico

Advisors dc:contributor.advisor

• Borio, Daniel Oscar
• Rodríguez, María Laura

• Compuestos orgánicos volátiles

Statement dc:rights

• Reconocimiento-CompartirIgual 4.0 (CC BY-SA 4.0)

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Language dc:language.iso

spa

Dc Identifier Other

2024-1949mi

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/7536