Modelo de flujo trifásico gas-líquido-sólido para columnas de burbujeo clásicas y con recirculación

Resumen

Las columnas de burbujeo clásicas y con recirculación son equipos útiles en muchos procesos químicos y biotecnológicos que tienen lugar en sistemas bifásicos y trifásicos. Los modelos de flujo trifásico descritos en la bibliografía son modelos que utilizan ecuaciones empíricas para estimar los parámetros característicos de este tipo de flujo o tienen que hacer grandes simplificaciones para poder describirlo. El nuevo modelo de flujo desarrollado describe la fenomenología del flujo trifásico en este tipo de equipos y establece dos parámetros -distribución del sólido en el momento de la sedimentación y velocidad de sedimentación de las partículas en un sistema trifásico que determinan el intervalo de condiciones de operación donde tienen lugar cada uno de los distintos regímenes de flujo observados. Se basa en el balance de energía que se establece entre la aportada por el gas y la consumida en el flujo. La expresión de este balance relaciona la velocidad del gas con los parámetros fluidodinámicos más importantes: velocidad del líquido, fracción volumétrica del gas y fracción volumétrica del sólido en cada una de las zonas del reactor. Las pérdidas de energía debidas al flujo se consideran de tres tipos: pérdidas debido a la fricción y a los accidentes del reactor, pérdidas de energía debido a corrientes secundarias de recirculación y pérdidas de energía que tienen lugar en las interfases líquido-sólido y líquido-gas. El cálculo de las pérdidas de energía debido a la fricción y los accidentes del reactor se realiza a partir de la ecuación de Fanning, considerando el flujo monofásico de una fase pseudohomogénea constituida por el líquido y el sólido. El cálculo de las pérdidas de energía debidas a las recirculaciones secundarias se realiza considerando el perfil de velocidad de líquido que se desarrolla en estos equipos. El cálculo de las pérdidas de energía en las