Analysis of enhanced mixing by natural and forced convection with application to chemical reactor design

Abstract

We looked for new designs to enhance mixing on catalytic chemical reactors. Two models were proposed. The first one, used forced convection as the mixing enhancer and consisted of a stack of corotating disks with the catalytic coating on their surface and which were enclosed in a cilyndrical cavity. Two operation modes were studied for this type of reactor, discontinuous and semicontinuous one. In the semicontinuous mode a flux is fed to the reactor through the external wall. This configuration showed good efficiency compared to other type of reactors. The second model proposed used natural convection as the mixing enhancer. In this case a cubical cavity which had the catalytic surface on the bottom wall, was heated from below which activated the convection in the system leading to the mixing of the fluid in it. It was seen efficiency is determined by flow and mass transfer within boundary layers regions.

Se buscaron nuevos diseños que aumentaran el mezclado en reactores catalíticos. Dos modelos fueron propuestos. El primero, usó convección forzada como el impulsor del mezclado y consistía de una pila de discos corotatorios con el catalizador en sus superficies y los cuales se encontraban dentro de una cavidad cilíndrica. Dos modos de operación fueron estudiados para este tipo de reactor, discontinuo y semicontinuo. En el modo semicontinuo se alimentó un flujo al reactor mediante la pared exterior. Esta configuración mostró una buena eficiencia comparado con otro tipo de reactores. El segundo modelo propuesto usó la convección natural como el impulsor del mezclado. En este caso una cavidad cúbica que tenía el catalizador en su pared inferior, fue calentada por debajo, lo que activaba la convección en el sistema llevando al mezclado del fluido en el mismo. La eficiencia es determinada por la transferencia de flujo y masa dentro de las regiones de capa límite.