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Evaluación de la contribución hidrodinámica en la granulación microbiana en reactores EGSB hidrogenogénicos

CHRISTIAN DANIELA BARCENAS RUIZ (2014)

"Los agregados microbianos, tales como los gránulos y biopelículas, juegan un papel importante en los sistemas anaerobios de producción de energía (hidrógeno y metano). En el presente trabajo se estudió el efecto que tiene la hidrodinámica en la formación de lodos granulares, empleando reactores de lecho de lodo granular expandido (EGSB, por sus siglas en Inglés, Expanded Granular Sludge Bed). Se aplicaron dos tipos de pretratamiento del inóculo, térmico y lavado celular (reactores EGSB1 y 2), evaluándose el efecto de diferentes velocidades ascensionales (2.5, 3.5 y 4.5 m/h, para los reactores EGSB1 y 2, EGSB3 y EGSB4, respectivamente) en la formación de los gránulos. Todos los reactores se alimentaron con glucosa como sustrato, a una velocidad de carga orgánica de 25.6 g DQO/L/d, un TRH de 10 h, una temperatura de 25°C y un pH de 5.5 por 24 días. Los resultados obtenidos señalan que la velocidad ascensional de 4.5 m/h mostró mayor velocidad volumétrica de producción de hidrógeno (VVPH) con un valor promedio de 1.19 L H2/L/d y el mejor rendimiento con un valor de 0.46 mol H2/mol de sustrato. En todos los experimentos se obtuvieron gránulos de color crema-café, y solo en el reactor EGSB2 fueron totalmente de color crema. Se encontraron gránulos con diámetros de hasta 2.2 mm en el EGSB3 y 2 mm en el EGSB4. Las imágenes de SEM revelaron en todos los gránulos morfologías de tipo bacilares y cocos. Se observó que la relación proteínas/carbohidratos (P/C) aumentó conforme se incrementó la velocidad ascensional siendo estos valores de 0.12, 0.23 y 0.33 para el EGSB1, EGSB3 y EGSB4, respectivamente. En cuanto al diámetro de los gránulos obtenidos, en el EGSB1 fueron más abundantes los de menor tamaño (40-366 μm), mientras que, conforme se aumentó la velocidad ascensional se observó un incremento en la cantidad de gránulos de mayor tamaño, de entre 583 y 2259 μm para el EGSB3 y de entre 583 y 2005 μm para el EGSB4. Las velocidades de sedimentación de los gránulos estuvieron entre 8.04 m/h para los gránulos de menor tamaño, y hasta de 27 m/h para los de mayor tamaño. Las densidades de los gránulos variaron entre 998 y 1003 Kg/m3. La actividad hidrogenogénica específica fue mayor para los gránulos del EGSB4, 424.29 mL H2/g SSV/d. Los principales metabolitos secundarios en el efluente fueron formiato, acetato, butirato y propionato, siendo este último el de mayor concentración en todos los reactores."

"Microbial aggregates, such as biofilms and granules, play a key role in the energy producing anaerobic systems. In the present work the effect of the hydrodynamic conditions on the development of granular sludge using expanded granular sludge bed (EGSB) reactors was studied. Two types of inoculum pretreatment were applied, heat treatment and biomass wash-out (EGSB1 and 2), evaluating the effect of the up-ward liquid velocity (2.5, 3.5 and 4.5 m/h, for EGSB1 and 2, EGSB3 and EGSB4, respectively), in the formation of granules. All the experiments were performed in EGSB reactors fed with glucose as substrate at an organic loading rate of 25.6 g COD/L/d, a HRT of 10 h, 25 ° C, and a pH of 5.5 during a total operation period of 24 days. The results obtained indicate that the up-ward liquid velocity of 4.5 m/h showed a better volumetric hydrogen production rate than the other reactors with 1.19 L H2/L/d, and the best hydrogen yield of 0.46 mol H2/mol of substrate. In all the experiments creamy-brown color granules were obtained, and only in the EGSB2 were completely cream. Granules with diameter up to 2.2 mm, in EGSB3, and up to 2 mm, in EGSB4, were found. In the granules of all reactors, SEM images revealed bacillary and coccoid morphologies. It was observed that the protein/carbohydrate (P/C) ratio increased as the up-ward liquid velocity was increased; these values were 0.12, 0.23 and 0.33, for EGSB1, EGSB3 and EGSB4, respectively. Regarding the diameter of the granules, in EGSB1 were more abundant the smaller ones (40-366 μm), whereas as the up-ward liquid velocity was increased larger granules were observed (583-2259 μm and 583-2005 μm for EGSB3 and EGSB4, respectively). The settling velocities of the granules were between 8.04 m/h, for the smaller granules, and up to 27 m/h for the largest ones. The densities of the granules varied between 998 and 1003 kg/m3. The specific hydrogenogenic activity was greater for the EGSB4 granules, 424.29 mLH2/g SSV/d. The main metabolites produced were formate, acetate, butyrate and propionate, being the latter the one with the highest concentration in all reactors. The mechanical strength of the granules formed using biomass subjected to cell wash-out (EGSB2) was very weak, leading to disintegration during handling, likewise these granules also showed the lowest values of specific hydrogenogenic activity, 43.09 mL H2/g SSV/d."

Master thesis

Producción fermentativa de hidrógeno Velocidad ascensional Gránulos Reactores EGSB BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA HIDRÓGENO

Polimerización por plasma: tratamiento superficial y simulación del plasma

JUAN MORALES CORONA (2001)

En la segunda se presenta un estudio acerca de la influencia de la temperatura sobre la conductividad eléctrica de películas delgadas dopadas con yodo, de polianilina (PAdI) y polipirrol (PPy/I). Las películas se sometieron a ciclos de calentamiento-enfriamiento. La conductividad de PAdI y PPy/I en función de la temperatura se discute en base al modelo de Arrhenius, mostrando que domina el modelo de conductividad homogénea. También se sintetizó un polímero bi-capa de estos dos elementos y un copolímero aleatorio polianilina-polipirrol, del primero se discute el comportamiento de su conductividad con la temperatura y del segundo, la conductividad se discute en función de la humedad relativa. Se muestra que en ambos casos la conductividad es superior a las de los polimeros originales. En la tercera línea de investigación, se realiza la síntesis por plasma de poliestireno. Se aplica esta técnica al recubrimiento superficial de fibras de celulosa para formar un material compuesto matriz polimérica-refuerzo fibroso, que tenga mejores propiedades mecánicas que los materiales individuales. El recubrimiento de la fibra se llevó a cabo de manera pulsada y continúa obteniéndose mejores resultados en la primera.

Uno de los objetivos generales que se desarrollan por el grupo de polímeros semiconductores en el laboratorio de polimeros de la UAM-Iztapalapa es estudiar el tratamiento superficial por plasma de diferentes materiales. Enmarcado en este objetivo general, en este trabajo se han desarrollado tres líneas de investigación, independientes una de otra, que concurren en el objetivo general. La primera trata acerca del modelado y evaluación de los parámetros microscópicos de operación del reactor de polimerización. La segunda es continuación del estudio de polímeros conductores sintetizados por plasma y la tercera es una aplicación del tratamiento por plasma sobre fibras naturales. En la primera línea se lleva a cabo la caracterización y simulación de los parámetros de operación del reactor de polimerización por plasma. Se determinan experimentalmente los parámetros microscópicos de operación del reactor como son la temperatura electrónica, el potencial del plasma y la densidad promedio de electrones utilizando para ello una sonda electrostática de Langmuir. En la simulación, a partir de la ecuación de transporte de Boltzmann se plantea el modelo fluido y se obtiene la temperatura electrónica, la densidad de iones y de electrones. Se comparan los datos obtenidos experimentalmente con los resultados de la simulación.

Doctoral thesis

Reactores Polímeros conductores Polimerización en plasma CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Simulación y optimización del proceso continuo de polimerización en masa para la obtención de PMMA

EDGAR ENRIQUE MARIN ANGEL (2016)

Tesis - (Maestría en Ciencias en Ingeniería Química)

Universidad Iberoamericana Ciudad de México. Departamento de Ingeniería y Ciencias Químicas

Master thesis

Polímeros y polimerización Reactores químicos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Simulación dinámica y control de reactores tubulares mediante formulaciones de ecuaciones integrales

ELISEO HERNANDEZ MARTINEZ (2008)

En este trabajo se explora el uso de formulaciones dé ecuaciones integrales (FEls) para la solución numérica de modelos que describen el comportamiento de reactores tubulares, con el objeto de implementación de algoritmos de control. Las formulaciones de ecuaciones integrales son básicamente una transformación de ecuaciones diferenciales a ecuaciones integrales. Las FEJs tiene ventajas nu 11éricas frente a esquemas de discretización clás icos (diferencias finitas y colocación ortogonal) tales coino: i) reducen el mallado y con ello reduce el tiempo de cómputo, ii) son estables en todo el rango de operación e iii) incorpora las condiciones de frontera de manera exacta en las ecuaciones integrales resultantes. El objetivo primordial del control en reactores tubulares es la regulación de la concentración a la salida del reactor manteniendo la temperatura debajo de los valores máximos especificados. Dado que la medición de la composición tiene generalmente retardos, debido a las restricciones en la respuestas de los dispositivos de medición y al transporte interno, un lazo retroalimentado, basado únicamente en la medición de la composición puede sufrir un pobre desempeño y hasta inestabilidades. Para aliviar esta situación se han empleado esquemas de control en cascada composición-temperatura. Se han reportado en la literatura sofisticados esquemas de control, pero debido a su complejidad y a la gran dependencia del modelo matemático están limitados para su aplicación industrial. Por otro lado los compensadores PVPID son bien aceptados en la industria debido a su facilidad de diseño e implementación. En este trabajo extendemos el uso del controlador en cascada basado en compensadores Pl/PID, empleando la medición de tres sensores de temperatura distribuidos simétricamente a lo largo de la posición axial del reactor tubular. En este trabajo se explora el uso de formulaciones dé ecuaciones integrales (FEls) para la solución numérica de modelos que describen el comportamiento de reactores tubulares, con el objeto de implementación de algoritmos de control. Las formulaciones de ecuaciones integrales son básicamente una transformación de ecuaciones diferenciales a ecuaciones integrales. Las FEJs tiene ventajas nu 11éricas frente a esquemas de discretización clás icos (diferencias finitas y colocación ortogonal) tales coino: i) reducen el mallado y con ello reduce el tiempo de cómputo, ii) son estables en todo el rango de operación e iii) incorpora las condiciones de frontera de manera exacta en las ecuaciones integrales resultantes. El objetivo primordial del control en reactores tubulares es la regulación de la concentración a la salida del reactor manteniendo la temperatura debajo de los valores máximos especificados. Dado que la medición de la composición tiene generalmente retardos, debido a las restricciones en la respuestas de los dispositivos de medición y al transporte interno, un lazo retroalimentado, basado únicamente en la medición de la composición puede sufrir un pobre desempeño y hasta inestabilidades. Para aliviar esta situación se han empleado esquemas de control en cascada composición-temperatura. Se han reportado en la literatura sofisticados esquemas de control, pero debido a su complejidad y a la gran dependencia del modelo matemático están limitados para su aplicación industrial. Por otro lado los compensadores PVPID son bien aceptados en la industria debido a su facilidad de diseño e implementación. En este trabajo extendemos el uso del controlador en cascada basado en compensadores Pl/PID, empleando la medición de tres sensores de temperatura distribuidos simétricamente a lo largo de la posición axial del reactor tubular.

Master thesis

Ecuaciones integrales Reactores químicos BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Reactor solar para la producción de biodiesel

JOSE DANIEL MARTINEZ SALAS (2013)

El presente trabajo de investigación describe el diseño, construcción y operación un reactor solar por lote de 60L de capacidad que permita la producción de 50L de biodiesel, este desarrollo del proyecto se llevo a cabo en la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas en la facultad de Ingeniería en Energías, integrando esfuerzos en el desarrollo de modelos tecnológicos apropiados para la producción de biodiesel en zonas alejadas y con difícil acceso a combustibles líquidos y como alternativa para sustituir los calentadores tradicionales (eléctricos, a gas, etc), es una opción atractiva, si se toma en cuenta las bajas temperaturas necesitadas (50ºC a 55ºC), además, desde el punto de vista de ahorro energético es la opción más favorable, ya que en estos sistemas, la fuente de calor es la radiación solar, la cual sustituye los combustibles fósiles o la electricidad, generando así un proceso de producción mas limpio.

Master thesis

Reactores solaresBioenergéticaBiodiesel INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Eliminación de formaldehído mediante procesos catalíticos avanzados en un reactor de membrana

JECIKA FAVIOLA REYES GUZMAN (2015)

141 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería Ambientales.

En el presente trabajo se sintetizaron dos tipos de materiales para ser evaluados como catalizadores en la reacción de oxidación húmeda catalítica (CWO) de Formaldehído (HCHO), los materiales preparados fueron óxidos mixtos de Co-Cu- Ce soportados en Al2O3 en polvo y una membrana catalítica de Co-Cu-Ce/Al2O3. Los catalizadores fueron caracterizados por diferentes técnicas: Difracción de Rayos X (XRD), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Análisis Químico Elemental (SEM/EDS), Reducción a Temperatura Programada (TPR) y Espectroscopia de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FT-IR). La reacción de eliminación de Formaldehído se estudió en dos tipos de reactores, en un reactor convencional de tanque agitado y en un reactor de membrana, dada la diferente constitución de los catalizadores preparados. En el reactor convencional de tanque agitado se probaron los Testigos (T1 y T2) y el catalizador en polvo, y la membrana catalítica fue evaluada en reactor de membrana, y por último se realizó un estudio comparativo de ambos sistemas de reacción. Con base en los materiales preparados el reactor de membrana es considerado una alternativa novedosa y reciente, para la eliminación catalítica, que se basa en la oxidación de compuestos orgánicos por medio de catalizadores sólidos, ésta técnica garantiza grandes ventajas tanto económicas como ecológicas respecto a los métodos convencionales.

Master thesis

Catalysis. Membrane reactors. Fourier transform infrared spectroscopy. Catálisis. Reactores de membrana. Espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier. QD505 TP248.25.M45 QD96.I5 INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA QUÍMICAS TECNOLOGÍA DE LA CATÁLISIS

Análisis multiescala de un reactor de lecho percolado para un proceso de hds mediante cfd

MARIO EDGAR CORDERO SANCHEZ (2017)

En este trabajo se presenta un análisis multiescala de un reactor de lecho percolado en el que tiene lugar una reacción de Hidrodesulfurización de gasóleo ligero y en donde la velocidad de reacción sigue una cinética heterogénea del tipo Langmuir/Hinshelwood Hougen/Watson (LHHW). Las escalas estudiadas fueron: (1) escala a nivel de poros en el catalizador, (2) escala a nivel de una partícula catalítica y (3) escala de un clúster de partículas catalíticas, representando al reactor. El estudio se llevó a cabo mediante la técnica de Computer Fluid Dynamics (CFD por sus siglas en inglés). En las diferentes escalas se tienen diversos objetivos de estudios:  A escala poros se analizó el efecto de la microestructura de la red de poros en el comportamiento cinético, térmico y el factor de efectividad de un catalizador.  A escala catalizador se analizó el efecto de la representación de geométrica de la microestructura de la red de poros en el pelle catalítico sobre los coeficientes efectivos de transporte y sobre el comportamiento cinético, térmico y el factor de efectividad de un catalizador.  A escala de un conjunto de partículas catalíticas (Modelo representativo del Reactor) se estudió: (a) el efecto de la geometría del catalizador en el comportamiento hidrodinámico del Reactor de lecho escurrido (TBR por sus siglas en inglés) en donde dos fases fluidas interactúan con una fase sólida; (b) el efecto de los diferentes modelos de intercambio de momento entre fases sobre el comportamiento hidrodinámico del TBR; (c) el efecto de la geometría del catalizador y del modelo de intercambio de momento entre fases sobre el comportamiento hidrodinámico, cinético y térmico del TBR; y (d) el efecto de la representación geométrica de la microestructura de los poros del catalizador sobre el comportamiento cinético y térmico del TBR a través de los valores calculados de los coeficientes efectivos de transporte de energía y masa.

Doctoral thesis

reactores multifasicos hidrodesulfurizacion modelamiento simulación BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Degradación de índigo carmín mediante procesos avanzados de oxidación empleando ozono catalizado con diferentes metales.

TERESA TORRES BLANCAS (2015)

La industria textil es el mayor consumidor de agua dulce de alta calidad por kg de material manufacturado debido a ello, la naturaleza de sus procesos de producción contribuye significativamente a la contaminación de agua. Grandes cantidades de diferentes colorantes son empleados en las industrias textiles sin embargo, aproximadamente 15% de la producción mundial total de colorantes se pierde durante el proceso de teñido. Los contaminantes provenientes de la industria textil a menudo contienen productos químicos como el formaldehído, colorantes azoicos, dioxinas y metales pesados, que suponen un riesgo para los seres humanos y el medio ambiente. Los compuestos mencionados han sido encontrados en las aguas residuales después de haber lavado los textiles en casa, aun el lavado en seco contribuye a la incineración de estos contaminantes los cuales son arrojados y encontrados en la atmósfera después de la incineración. El lanzamiento de estos efluentes industriales tóxicos, recalcitrantes y con contenido de color en los efluentes son una fuente dramática de la contaminación estética y contribuyen de la misma forma a la perturbación de la vida acuática. Ya que los colorantes textiles están diseñados y se caracterizan por ser resistentes a la acción microbiana, química, térmica y la degradación fotolítica son difíciles de degradar o remover de los efluentes. Para evitar la acumulación peligrosa de tintes y colorantes en el medio acuático, diversos esfuerzos de investigación han sido objeto de estudio en el desarrollo de Procesos Avanzados de Oxidación (POA) eficientes para lograr su eliminación en aguas residuales industriales y minimizar el impacto que han generado. Es bien conocido que en condiciones experimentales los POA son efectivos debido a la formación de agentes oxidantes potentes tales como radicales hidroxilo (HO•) los cuales son capaces de oxidar materia orgánica contaminante. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de los sistemas metálicos de Fe y Cu soportados y no soportados en conjunto con el proceso de ozonación para la degradación de índigo carmín y su principal producto de degradación, ácido isatina-5-sulfónico hasta su mineralización parcial. 8 Mediante el método de reducción química se sintetizaron partículas metálicas a partir de Fe(II), Cu(II) y Fe/Cu. Los resultados para el sistema bimetálico Fe/Cu en conjunto con el proceso de ozonación fueron eficientes no sólo en términos de eliminación de índigo carmín, también fue promovida la degradación ácido isatina-5-sulfónico. En todos los casos, la generación de radicales oxidantes capaces de la degradación de índigo carmín es llevado a cabo a través de reacciones Fenton, Fenton-like y ozonación. El grado más alto de mineralización en términos de COT y reducción de DQO para la molécula de índigo carmín (94 y 95% respectivamente) se logró después de 10 minutos de ozonación a un valor de pH 3, con una dosis de ozono de 0.005 gL-1, 1000 mgL-1 para el sistema bimetálico Fe/Cu. En adición, partículas metálicas de hierro fueron evaluadas en un soporte de tipo orgánico usando residuos de Pimienta dioica L. Merrill, evaluando de igual manera, la remoción índigo carmín por ozonación. El material impregnado con partículas metálicas de hierro (MPS/Fe) también resulta eficiente en la degradación de índigo carmín y de los subproductos generados durante el proceso de ozonación. La ozonación catalizada mediante este material conduce a alcanzar una velocidad de reacción dos veces más rápido que empleando la ozonación sola. El uso de la MPS/Fe permite la eliminación de 76% de TOC después de sólo 20 min de ozonación. El uso de este material mejora las propiedades del mismo de tal manera que puede ser utilizado al menos tres veces sin con porcentajes de reuso similares en posteriores procesos bajo las mismas condiciones.

Doctoral thesis

ozonacion catalisis reactores multifasicos BIOLOGÍA Y QUÍMICA