Comparación del Comportamiento Dinámico y Térmico de Diferentes Cristalizadores de Flujo Ideal
Autores: Balogh, László; Egedy, Attila; Ulbert, Zsolt; Bárkányi, Ágnes
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Comparación del Comportamiento Dinámico y Térmico de Diferentes Cristalizadores de Flujo Ideal
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Cristalizadores
Ecuación de balance poblacional
Suspensión mixta
Producto mixto
No isotérmico
Balance de energía
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio de simulación, comparamos la dinámica y el comportamiento térmico de diferentes cristalizadores de flujo ideal. El primer paso en la creación de modelos matemáticos para los cristalizadores fue la implementación de la ecuación de balance poblacional. La ecuación de balance poblacional se completó con ecuaciones de balance de masa para el soluto y el disolvente, así como en el caso de cristalizadores no isotérmicos con una ecuación de balance de energía. La solución de la ecuación de balance poblacional, que es una ecuación diferencial parcial, solo se puede realizar numéricamente. Utilizar el método de momentos, que calcula los momentos de la función de densidad poblacional, proporciona un modelo matemáticamente más simple para simular y analizar los cristalizadores. Todos los cristalizadores estudiados se consideran cristalizadores de suspensión mixta y de producto mixto. En este estudio de simulación, los cristalizadores investigados son el cristalizador isotérmico de suspensión mixta y producto mixto por lotes, el cristalizador no isotérmico de suspensión mixta y producto mixto por lotes, y el cristalizador no isotérmico de eliminación de suspensión mixta y producto mixto continuo (CMSMPR) equipado con una chaqueta de enfriamiento. Consideramos el ácido cítrico como el material sólido a cristalizar, y se utiliza un sistema de agua-glicol como medio de enfriamiento. Considerando la cinética de nucleación, aplicamos tanto nucleación primaria como secundaria. En el caso de la cinética de crecimiento cristalino, asumimos una tasa de crecimiento independiente del tamaño. El valor esperado más alto y la varianza del producto cristalino ocurren en el caso por lotes isotérmico, lo que se puede explicar por la alta tasa de cristalización causada por la alta sobresaturación. En contraste, en el caso por lotes no isotérmico, el tamaño medio final de las partículas y la varianza son los más bajos. En modo continuo, la varianza y los valores medios están entre los valores obtenidos en los otros dos casos. En este caso, la sobresaturación se mantiene a un nivel constante en el estado estacionario, y el tiempo de residencia promedio de las partículas cristalinas también tiene una influencia importante en la distribución del tamaño de los cristales. En el caso de la cristalización no isotérmica, los estudios de simulación muestran que la aplicación del balance de energía proporciona diferentes dinámicas para los cristalizadores. La implementación de balances de energía en el modelo matemático permite calcular el comportamiento térmico de los cristalizadores, lo que permite que el modelo se utilice de manera más amplia.
Descripción
En este estudio de simulación, comparamos la dinámica y el comportamiento térmico de diferentes cristalizadores de flujo ideal. El primer paso en la creación de modelos matemáticos para los cristalizadores fue la implementación de la ecuación de balance poblacional. La ecuación de balance poblacional se completó con ecuaciones de balance de masa para el soluto y el disolvente, así como en el caso de cristalizadores no isotérmicos con una ecuación de balance de energía. La solución de la ecuación de balance poblacional, que es una ecuación diferencial parcial, solo se puede realizar numéricamente. Utilizar el método de momentos, que calcula los momentos de la función de densidad poblacional, proporciona un modelo matemáticamente más simple para simular y analizar los cristalizadores. Todos los cristalizadores estudiados se consideran cristalizadores de suspensión mixta y de producto mixto. En este estudio de simulación, los cristalizadores investigados son el cristalizador isotérmico de suspensión mixta y producto mixto por lotes, el cristalizador no isotérmico de suspensión mixta y producto mixto por lotes, y el cristalizador no isotérmico de eliminación de suspensión mixta y producto mixto continuo (CMSMPR) equipado con una chaqueta de enfriamiento. Consideramos el ácido cítrico como el material sólido a cristalizar, y se utiliza un sistema de agua-glicol como medio de enfriamiento. Considerando la cinética de nucleación, aplicamos tanto nucleación primaria como secundaria. En el caso de la cinética de crecimiento cristalino, asumimos una tasa de crecimiento independiente del tamaño. El valor esperado más alto y la varianza del producto cristalino ocurren en el caso por lotes isotérmico, lo que se puede explicar por la alta tasa de cristalización causada por la alta sobresaturación. En contraste, en el caso por lotes no isotérmico, el tamaño medio final de las partículas y la varianza son los más bajos. En modo continuo, la varianza y los valores medios están entre los valores obtenidos en los otros dos casos. En este caso, la sobresaturación se mantiene a un nivel constante en el estado estacionario, y el tiempo de residencia promedio de las partículas cristalinas también tiene una influencia importante en la distribución del tamaño de los cristales. En el caso de la cristalización no isotérmica, los estudios de simulación muestran que la aplicación del balance de energía proporciona diferentes dinámicas para los cristalizadores. La implementación de balances de energía en el modelo matemático permite calcular el comportamiento térmico de los cristalizadores, lo que permite que el modelo se utilice de manera más amplia.