Evaluación experimental y teórica de reactores electroquímicos con condiciones hidrodinámicas mejoradas para el procesamiento de sistemas bifásicos (gas-líquido)

Abstract

El proyecto pretende analizar, en primera instancia, en forma experimental el desempeño de reactores electroquímicos bifásicos (gas/líquido) bajo condiciones hidrodinámicas mejoradas conseguidas preferentemente mediante flujo helicoidal. Los reactores a emplear serán con entrada y salida tangencial del electrolito, con doble flujo helicoidal del tipo hidrociclón modificado o con cilindro rotatorio. En los dos primeros casos se estudiará la transferencia de masa en los equipos para flujo bifásico. Estos equipos serán aplicados a la transformación, vía electroquímica, de gases derivados del azufre para convertirlos en productos inocuos o de valor comercial, por ejemplo azufre coloidal, o efluentes conteniendo dióxido de carbono para su oxidación a percarbonatos. La fase gas será introducida en la zona de baja presión del equipo. Por otra parte, se explorará la recuperación electroquímica de iones metálicos desde efluentes, originados en la reducción espontánea del dióxido de azufre con acero inoxidable 304. Se analizará la influencia del hidrógeno, generado como reacción secundaria, sobre el desempeño del equipo. Adicionalmente, para cada reactor ensayado se propone realizar el modelado matemático considerando: (i) las condiciones de transferencia de masa, (ii) la determinación de la distribución de tiempos de residencia y evaluación del desempeño hidrodinámico del equipo, (iii) la distribución de corriente y potencial y (iv) desviaciones de la idealidad. Estos modelos posibilitarán correlacionar los resultados experimentales mediante parámetros característicos o bien predecir el comportamiento de las unidades. Se determinarán las figuras de mérito que los definen. De esta forma se conocerá el comportamiento de éstos equipos para abordar el complejo problema del flujo bifásico y se dispondrá de algoritmos de diseño que han sido validados experimentalmente.

The project aims to analyse, in the first instance, experimentally the performance of biphasic electrochemical reactors (gas / liquid) under enhanced hydrodynamic conditions preferably achieved by helical flow. The reactors to be used will be with tangential inlet and outlet of the electrolyte, with double helical flow of the modified hydrocyclone type or with a rotating cylinder. In the first two cases the mass-transfer in the two-phase flow equipment will be studied. These equipments will be applied to the transformation, via electrochemical, of sulphur-derived gases to turn them into harmless products or of commercial value, for example colloidal sulphur, or effluents containing carbon dioxide for their oxidation to percarbonates. The gas phase will be introduced in the low-pressure zone of the equipment. On the other hand, the electrochemical recovery of metal ions from effluents will be explored, originating in the spontaneous reduction of sulphur dioxide with 304 stainless steel. The influence of hydrogen, generated as a secondary reaction, on the performance of the equipment will be analyzed. Additionally, for each reactor tested, it is proposed to perform the mathematical modelling considering: (i) the mass-transfer conditions, (ii) the determination of the residence time distribution and evaluation of the hydrodynamic performance of the equipment, (iii) the distribution of current and potential and (iv) deviations from ideal conditions. These models will make it possible to correlate the experimental results by means of characteristic parameters or to predict the behaviour of the units. The figures of merit that define them will be determined. In this way, the behaviour of these equipment to address the complex problem of the two-phase flow will be known and design algorithms will be available that have been experimentally validated.