Un Estudio Numérico Cualitativo sobre la Hidrogenación Catalítica del Nitrobeneno en Flujo Taylor Gas-Líquido con un Mecanismo de Reacción Detallado
Autores: Woo, Mino; Maier, Lubow; Tischer, Steffen; Deutschmann, Olaf; Wörner, Martin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Un Estudio Numérico Cualitativo sobre la Hidrogenación Catalítica del Nitrobeneno en Flujo Taylor Gas-Líquido con un Mecanismo de Reacción Detallado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudios computacionales
Flujos bifásicos
Sistemas microfluídicos
Transferencia de masa
Reacciones químicas
Hidrogenación catalítica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Mientras que el número de estudios computacionales que consideran flujos bifásicos en sistemas microfluídicos con o sin transferencia de masa está en aumento, los estudios numéricos que incorporan reacciones químicas siguen siendo raros. Este estudio tiene como objetivo simular la hidrogenación catalítica del nitrobenceno en flujo Taylor gas-líquido combinando simulaciones numéricas que resuelven la interfaz de flujo bifásico y transferencia de masa mediante un método de volumen de fluidos con un modelado detallado de la reacción química heterogénea mediante el paquete de software DETCHEMTM. Se utilizan propiedades físicas relevantes para simulaciones hidrodinámicas y de transferencia de masa en combinación con un mecanismo de reacción preliminar basado en la teoría del funcional de densidad. Las simulaciones de transferencia de masa se llevan a cabo utilizando un campo de velocidad predeterminado y la forma de burbuja de Taylor. Al comienzo de la simulación, cuando el nitrobenceno líquido no está saturado de hidrógeno, los perfiles axiales de las concentraciones de especies en la superficie y las tasas de reacción muestran variaciones locales. A medida que el hidrógeno se disuelve en el nitrobenceno, los perfiles de concentración de las especies en la superficie en la pared se vuelven uniformes, alcanzando eventualmente un estado de equilibrio. Desestimar la variación local en un corto período inicial permitirá una mayor simplificación del modelado de reacciones en la superficie dentro de un flujo Taylor.
Descripción
Mientras que el número de estudios computacionales que consideran flujos bifásicos en sistemas microfluídicos con o sin transferencia de masa está en aumento, los estudios numéricos que incorporan reacciones químicas siguen siendo raros. Este estudio tiene como objetivo simular la hidrogenación catalítica del nitrobenceno en flujo Taylor gas-líquido combinando simulaciones numéricas que resuelven la interfaz de flujo bifásico y transferencia de masa mediante un método de volumen de fluidos con un modelado detallado de la reacción química heterogénea mediante el paquete de software DETCHEMTM. Se utilizan propiedades físicas relevantes para simulaciones hidrodinámicas y de transferencia de masa en combinación con un mecanismo de reacción preliminar basado en la teoría del funcional de densidad. Las simulaciones de transferencia de masa se llevan a cabo utilizando un campo de velocidad predeterminado y la forma de burbuja de Taylor. Al comienzo de la simulación, cuando el nitrobenceno líquido no está saturado de hidrógeno, los perfiles axiales de las concentraciones de especies en la superficie y las tasas de reacción muestran variaciones locales. A medida que el hidrógeno se disuelve en el nitrobenceno, los perfiles de concentración de las especies en la superficie en la pared se vuelven uniformes, alcanzando eventualmente un estado de equilibrio. Desestimar la variación local en un corto período inicial permitirá una mayor simplificación del modelado de reacciones en la superficie dentro de un flujo Taylor.