Influencia de la presión, la velocidad y el material del fluido en el transporte de calor en reactores de espuma abierta estructurada investigada mediante simulaciones CFD
Autores: Sinn, Christoph; Wentrup, Jonas; Thöming, Jorg; Pesch, Georg R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Influencia de la presión, la velocidad y el material del fluido en el transporte de calor en reactores de espuma abierta estructurada investigada mediante simulaciones CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Química
Palabras clave
Espuma
Reactores
Transporte de calor
Portadores de catalizador
Reacciones exotérmicas
De celda abierta
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Los reactores de espuma abierta estructurada son prometedores para gestionar reacciones altamente exotérmicas como la metanación de CO debido a sus excelentes propiedades de transporte de calor. Especialmente a bajas tasas de flujo y bajo operación dinámica, los reactores basados en espuma pueden ser ventajosos en comparación con los reactores de lecho fijo clásicos. Para diseñar eficientemente los portadores de catalizador, se necesita una comprensión profunda de los mecanismos de transporte de calor. Hasta ahora, los estudios sobre el transporte de calor en espumas se han centrado principalmente en la fase sólida y han utilizado aire a presión atmosférica como fase fluida. Con la ayuda de simulaciones CFD 3D a escala de poro, analizamos el efecto de las propiedades del fluido en el transporte de calor bajo condiciones cercanas a la reacción de metanación de CO para dos estructuras de espuma diferentes. La exotermicidad se simula a través de fuentes de calor distribuidas uniformemente en volumen. Encontramos que para espumas diseñadas para ser utilizadas como portadores de catalizador, el rango de presión de trabajo y la velocidad superficial influyen significativamente en el mecanismo dominante de eliminación de calor. En contraste, la influencia del tipo de fluido y la gravedad en la eliminación de calor es pequeña en el rango relevante para la catálisis heterogénea. Los hallazgos podrían ayudar a facilitar el proceso de diseño de reactores de espuma abierta y a comprender mejor los mecanismos de transporte de calor en espumas.
Descripción
Los reactores de espuma abierta estructurada son prometedores para gestionar reacciones altamente exotérmicas como la metanación de CO debido a sus excelentes propiedades de transporte de calor. Especialmente a bajas tasas de flujo y bajo operación dinámica, los reactores basados en espuma pueden ser ventajosos en comparación con los reactores de lecho fijo clásicos. Para diseñar eficientemente los portadores de catalizador, se necesita una comprensión profunda de los mecanismos de transporte de calor. Hasta ahora, los estudios sobre el transporte de calor en espumas se han centrado principalmente en la fase sólida y han utilizado aire a presión atmosférica como fase fluida. Con la ayuda de simulaciones CFD 3D a escala de poro, analizamos el efecto de las propiedades del fluido en el transporte de calor bajo condiciones cercanas a la reacción de metanación de CO para dos estructuras de espuma diferentes. La exotermicidad se simula a través de fuentes de calor distribuidas uniformemente en volumen. Encontramos que para espumas diseñadas para ser utilizadas como portadores de catalizador, el rango de presión de trabajo y la velocidad superficial influyen significativamente en el mecanismo dominante de eliminación de calor. En contraste, la influencia del tipo de fluido y la gravedad en la eliminación de calor es pequeña en el rango relevante para la catálisis heterogénea. Los hallazgos podrían ayudar a facilitar el proceso de diseño de reactores de espuma abierta y a comprender mejor los mecanismos de transporte de calor en espumas.