Evaluation

Como fue mencionado en la sección anterior, se consideraron dos opciones para disponer el material adsorbente: un lecho fijo relleno con gránulos del adsorbente o un lecho estructurado con canales de sección uniforme en una matriz sólida (monolito).

Para el caso del monolito, se analizaron dos alternativas en cuanto a su construcción: o bien depositar el adsorbente sobre las paredes de la matriz del monolito (Gadkaree, 1998) o conformar las paredes con el propio adsorbente (Yates y col., 2000; Rezaei y Webley, 2010). En el primer caso, se propuso una matriz cerámica (cordierita) revestida

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por una capa de carbón activado. Para la segunda alternativa directamente se consideró que la propia matriz está construida con carbón activado. Se retuvo esta última opción en virtud de la diferencia de capacidades caloríficas entre ambas estructuras. La cordierita tiene una capacidad calorífica relativamente alta, con lo que el valor promedio del sólido resultó ser muy elevada (3.8 106 J/ºC m3), promoviendo un retardo en el enfriamiento del lecho durante la etapa de adsorción y por ende aumentando los tiempos del proceso. En cambio, el carbón activado presenta una capacidad calorífica con un orden más bajo que la anterior (4.9 105 J/ºC m3).

Con respecto a las alternativas de tipo de lecho mencionadas, relleno o estructurado, es aceptado que ambos sistemas presentan ventajas y desventajas que los hacen competitivos. Los sistemas con rellenos han sido empleadosdesde hace un largo tiempo en adsorbedores y, genéricamente, tienen un costo menor que los sistemas estructurados. Recientemente, Rezaei y Webley (2010) realizaron una revisión de sistemas estructurados y puntualizaron qué características deberían cumplir los mismos para ser competitivos con un lecho relleno. Estos autores indican que se debería tener altas velocidades, o sea bajas resistencias a la transferencia de materia, tanto en la fase gaseosa (coeficiente pelicular) como en el medio poroso. Se debe alcanzar un alto "volume working capacity", o sea la capacidad de adsorción por unidad de volumen, y una baja porosidad, a efectos de minimizar el tamaño del equipo. El flujo de fluidos debe ser tal que conduzca a una baja pérdida de carga, para minimizar el consumo energético. Asimismo, se debe lograr una adecuada eficiencia en los procesos térmicos, tanto en cuanto a los procesos de acumulación como de transferencia de calor. Obviamente, algunos de estos requerimientos derivan en situaciones de compromiso que requieren la optimización de las características geométricas del sistema estructurado. Crittenden y col. (2005) a través de estudios experimentales con monolitos de carbón activado y Patton y col. (2004), mediante un estudio teórico, demostraron la posibilidad de alcanzar, en la etapa de adsorción, performances similares en cuanto a la transferencia de materia en monolitos y en lechos rellenos. Simultáneamente, verificaron que la pérdida de carga era sustancialmente menor en los monolitos.

En resumen, no resulta obvia la elección en cuanto a la disposición del material en el adsorbedor, por lo que en el Capítulo 5 se analizan los resultados obtenidos a partir de comparar un lecho fijo relleno de pellets esféricos y un monolito, teniendo en cuenta las condiciones operativas de nuestro caso particular de estudio descripto en el Capítulo 2 (adsorción de acetato de etilo y etanol).

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3.6 Conclusiones

En este capítulo se analizó el proceso de adsorción y su vinculación con el tratamiento de efluentes gaseosos, particularmente corrientes de aire contaminadas con VOCs. La adsorción se emplea para remover VOCs de corrientes diluidas de gas de baja o media concentración, cuando se desea la recuperación del VOC y/o se requiere obtener una corriente más concentrada. El sistema de eliminación de VOCs propuesto en el Capítulo 2 (Fig. 3), incluye un adsorbedor con el fin de concentrar la corriente a tratar. De esta manera, al operar con un caudal bajo y concentrado en VOCs, el reactor catalítico y los intercambiadores de recuperación de calor resultarán convenientemente pequeños.

Se describieron las distintas técnicas empleadas para llevar a cabo los procesos de adsorción/desorción. Teniendo en cuenta los requerimientos energéticos, la TSA resulta ser la técnica más apropiada para nuestro caso particular de estudio. Cabe recordar que, para el sistema combinado del Capítulo 2 (Fig. 3), es factible el uso del calor liberado durante la reacción de oxidación para el calentamiento de la corriente empleada para la regeneración del adsorbedor.

También se presentaron los posibles materiales adsorbentes a utilizar junto con los criterios a tener en cuenta para la selección de los mismos. Teniendo en cuenta el tipo y concentración de VOC, la afinidad entre el VOC y el adsorbente, y el costo del adsorbente, se optó por el uso de carbón activado para poder obtener el diseño del sistema.

Se retuvieron dos alternativas de diseño para los sistemas de adsorción/desorción, consistentes en un sistema de dos lechos que operan alternativamente o un concentrador rotativo (Figs. 2-5). En el Capítulo 6 se realiza una selección entre dichas alternativas en base a las ventajas que presenta una sobre la otra.

Finalmente se describió en que forma es factible disponer el material adsorbente, ya sea un lecho fijo relleno con gránulos del adsorbente o un lecho estructurado con canales de sección uniforme en una matriz sólida (monolito). En el Capítulo 5 se realiza un análisis en base a la comparación entre un lecho fijo relleno de partículas esféricas y un monolito.

Para el caso del monolito, el adsorbente se supuso depositado sobre las paredes de la matriz monolítica, o bien, constituyendo el material de las mismas. En el primer caso, se propuso una matriz cerámica (cordierita) revestida por una capa de carbón activado,

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mientras que para la segunda alternativa directamente se consideró que la propia matriz se encuentra construida con carbón activado.

Dado que, al emplear cordierita el valor promedio de la capacidad calorífica del sólido resulta relativamente alta, se optó por considerar que la matriz del monolito está construida con carbón activado.