Estrategias para la introducción de un modelo cinético en una reacción de combustión

Abstract

En este trabajo se desarrolla un modelo cinético para la reacción de combustión de etilmetilcetona (MEK) sobre el catalizador'Fe2O3 a partir de la proposición de un posible mecanismo de reacción hasta la obtención del modelo cinético final. Con este estudio se pretende responder a algunas interrogantes que han surgido por la publicación de un trabajo anterior en lo referente a la selección más adecuada del modelo final y que consiste en la proposición de una estrategia que apunta a facilitar el cálculo matemático basándose en aproximaciones escalonadas. Se propone como estudio previo al modelado, un cálculo aproximado que se realiza empÍeando el programa EXCEL. Con ayuda de las constantes obtenidas es este preajuste se busca el modelo de mejor ajuste con el programa SCIENTIST. Los modelos mecanísticos investigados han sido: el modelo de MarsVan Krevelen (MVK) y el de Langmuir-Hinshelwood (LH), asumiendo como hipótesis inicial un reactor pseudo-diferencial a flujo pistón. El modelo de mejor ajuste ha sido el correspondiente al mecanismo de Langmuir-Hinshelwood y se ha detallado este último mediante un estudio de posibles variantes siendo el que considera la adsorción del CO sobre la superficie del catalizador, el mecanismo que mejor ha descrito los datos experimentales (modelo identificado como LH3). En la aplicación del modelo LH3, se ha considerado inicialmente la concentración del COV como variable dependiente para luego con las constantes cinéticas obtenidas en esta aproximación trabajar en una segunda etapa con todas las variables dependientes del modelo que además de la concentración de MEK fueron las concentraciones del CO y CO2. Esta estrategia ha resultado ser óptima y ha permitido alcanzar el modelo final con mayor facilidad.

A kinetic model of combustion reaction of MEK (methyl ethyl ketone) over Fe2O3 begining from the proposition of possible mechanisms until achieving a final kinetic model is developed in this work. This contribution pretends to resolve some questions introduced in a previous work related with the more suitable model selection. The aim of this work consists in the proposal of strategies addressing to improve the matematical tools based on gradual approaches. A first estimated approximation carried out in EXCEL is proposed as a previous study to the model selection. The obtained constants have been used as starting values in the searching of the best fitted model with SCIENTIST program. The mechanistic models tested in this work were: Mars-Van Krevelen (MVK) and Langmuir-Hinshelwood model (LH) assuming a plug flug reactor operating under quasi differential conditions as initial hypothesis. The best was the Langmuir-Hinshelwood model. Some variants of this mechanism were tested being the best the model which considers adsorption of CO over catalyst surface (identified as LH3). The calculations in the application of model LH3 were made assuming the VOC concentration as depending variable in the initial approach after which with the outlet constants as initial constants in a second etap the final model was obtained considering all the depending variables of the model which were besides MEK, the concentrations of CO and CO2. The suggested strategy leads to obtain good results and its application allowed to goal the final model in a very simply way.