http://repositorio.ugto.mx/handle/20.500.12059/4337 2026-04-13T01:56:46Z 2026-04-13T01:56:46Z ELVIS KOKU TAMAKLOE http://repositorio.ugto.mx/handle/20.500.12059/8812 2023-06-28T19:16:05Z 2013-06-01T00:00:00Z

Title: Fouling models and their applications in crude oil pre-heat trains and cooling water networks Authors: ELVIS KOKU TAMAKLOE Contributor: GRAHAM THOMAS POLLEY Abstract: El proceso de ensuciamiento es compleja. Diferentes mecanismos pueden interactuar dentro de un proceso para generar los depósitos que están costando las refinerías y otras industrias de procesamiento millones de dólares en costos de energía, costos de capital, gastos de limpieza y estrategia de mitigación, entre otros. Estos mecanismos pueden incluir ensuciamiento por partículas, el ensuciamiento por cristalización y el ensuciamiento por reacción química. Por lo tanto se investiga el ensuciamiento en el tren de precalentamiento de petróleo crudo y la red de agua de enfriamiento. Diferentes modelos de ensuciamiento caracterizan el ensuciamiento en intercambiadores de calor. Desde finales de la década de 1950 cuando Kern y Seaton propusieron un modelo de ensuciamiento por partículas, otros modelos de ensuciamiento han surgido de esta analogía en los últimos años. La analogía y la idea de una “probabilidad de adhesión” fueron aplicadas en el desarrollo de un modelo de ensuciamiento llamado el modelo de “Asphaltene Precipitation” (modelo AP) ensuciamiento por reacción química. Se utilizó el modelo con éxito para analizar y predecir el ensuciamiento en los intercambiadores de calor de tubo y coraza y las unidades Compabloc. Los resultados sugieren que el mismo modelo puede ser utilizado para análisis independientemente de las altas diferencias en esfuerzo cortante. El tren de precalentamiento de petróleo crudo sirve como una red de recuperación de calor para el petróleo crudo en su camino hacia la columna de destilación. Una simulación termohidráulico basada en un análisis de trayectoria sirvió como una herramienta muy valiosa para el análisis del tren de precalentamiento. Esto se traduce en importantes acciones de recuperación de calor que pueden ayudar a reducir la demanda de energía externa. A la luz del modelo desarrollado también se presentan algunas de las estrategias de mitigación para su uso en el control de ensuciamiento. Los avances en la tecnología de intercambiador de calor para aplicaciones en trenes de precalentamiento son de gran valor en esta época cuando ensuciamiento ha sido aceptada como un problema inevitable en el procesamiento de petróleo crudo. La unidad Compabloc se presenta con un enfoque en su comportamiento térmico. El algoritmo desarrollado puede ser aplicable en todos los campos donde se utiliza la unidad Compabloc. La operación de la unidad de Compabloc a alta valores de esfuerzo cortante es una gran herramienta cuando ensuciamiento tiene que ser controlada. Un modelo anterior desarrollado para el análisis de ensuciamiento por cristalización de sales de carbonato y sulfato se utilizan en el análisis de un proceso de readecuación de una red de agua de enfriamiento en donde un nuevo intercambiador de calor necesita ser instalado. La integración del modelo en un análisis termo-hidráulico demostró ser muy útil en elegir la posición de la nueva intercambiador de calor de tal manera que la menor interrupción es sentida por los otros intercambiadores de calor en la red en términos de ensuciamiento, perfiles de temperatura y velocidades de flujo. Se hace nota en la necesidad de incorporar el análisis de ensuciamiento en el proceso de diseño.

2013-06-01T00:00:00Z VIVIANA PALOMA PEÑALOZA MEZA http://repositorio.ugto.mx/handle/20.500.12059/6477 2022-07-27T14:09:00Z 2022-08-01T00:00:00Z

Title: Simulación, diseño y optimización de una biorefinería integrada para la producción de bioetanol de segunda generación Authors: VIVIANA PALOMA PEÑALOZA MEZA Contributor: HECTOR HERNANDEZ ESCOTO Abstract: En este trabajo se identifican las mejores condiciones de operación para una biorefinería integrada a partir de bagazo y paja de caña de azúcar para la producción de bioetanol 2G. Se emplearon modelos matemáticos de las etapas de procesamiento tomando a consideración la cinética de los procesos. Se simularon y diseñaron las etapas de sacarificación y fermentación por separado a partir de BCA y PCA en lote y continuo. También se incluye una etapa de evaporación entre ambas etapas, con lo que se aumentó la concentración de azúcares reductores en los jugos obtenidos, lo cual permitió hacer equiparable el proceso de producción en continuo con el proceso en lote.

2022-08-01T00:00:00Z JOSE GONZALEZ RIVERA http://repositorio.ugto.mx/handle/20.500.12059/6088 2023-01-29T02:49:07Z 2014-03-01T00:00:00Z

Title: Diseño de materiales estructurados (Zeolita Beta y MCM-41) y su aplicación como catalizadores heterogéneos en la reacción de celulosa microcristalina asistida por microondas Authors: JOSE GONZALEZ RIVERA Contributor: IGNACIO RENE GALINDO ESQUIVEL Abstract: Una serie de materiales micro y mesoporosos fueron sintetizados mediante diferentes metodologías novedosas, que conducen a ahorros en tiempos de procesamiento e involucran la reducción de consumos energéticos y de materia prima. Los materiales estudiados son estructuras altamente ordenadas tipo zeolita Beta y MCM-41. Gracias a la combinación de herramientas poderosas como la energía de microondas y haciendo uso de catalizadores heterogéneos de alto desempeño, un proceso novedoso para la depolimerización de celulosa microcristalina fue desarrollado, que permite obtener una serie de compuestos de especial interés en la química sustentable. Mediante la síntesis hidrotérmica de vapor asistido (HT-SAC) se obtuvieron materiales Sn-Beta e Y-Beta en tiempos de cristalización de 6 hrs. Estos materiales muestran una morfología bien definida, alta cristalinidad y una estructura ordenada con tamaños de partículas de 2 a 5 μm, además de presentar una distribución única de grupos Q4 (29Si HPDEC MAS NMR), lo que indica que se obtuvieron materiales sin defectos superficiales El análisis de las propiedades texturales demostró que estos materiales tienen las características adecuadas para ser usados como soportes o catalizadores heterogéneos. Los materiales mesoporosos con estructura hexagonal tipo MCM-41 fueron modificados estructuralmente con itrio y estaño. Los materiales presentaron un incremento en los parámetros de red d100 debido a la sustitución isomórfica del Y o Sn. El aumento depende del tipo de metal y de la cantidad incorporada mediante la síntesis hidrotérmica. Los materiales sustituidos fueron detemplados mediante un proceso de intercambio iónico a baja temperatura que considera el uso de irradiación de ultrasonido en metanol (NH4NO3/US/MeOH). Se exploró el efecto de la amplitud de ultrasonido, el tiempo de extracción y concentración de sal, y los valores óptimos se determinaron para la estructura Y-MCM-41 (40 mM de NH4NO3, 60 % de la amplitud de US y 15 minutos de tratamiento adiabático). Se logró un porcentaje de remoción del 97,7 % y 92,1 % para las muestras Y-MCM-41 y Sn-MCM-41, respectivamente. Diferentes técnicas de caracterización (SAXS, FTIR, TGA, 1H MAS, 29Si HPDEC MAS NMR y fisisorción de N2) demostraron que los materiales mesoporosos mantienen su estructura hexagonal y elevada área superficial después de la extracción del surfactante por la metodología de NH4NO3/US/MeOH. Por otra parte, la contracción térmica de la estructura se redujo al 4 % (Sn) y 9 % (Y), mientras que las muestras calcinadas presentan valores del 9 al 15 %. Las propiedades superficiales hidrofóbicas o hidrofílicas pueden ser moduladas mediante esta metodología, lo cual permite el diseño de materiales con propiedades deseables en aplicaciones bastante específicas. Una de las contribuciones más significativas fue abrir el panorama para la recuperación reúso del surfactante, generando proyecciones altamente atractivas para la producción de estos materiales mediante metodologías eco amigables. La reacción de descomposición de celulosa microcristalina se exploró mediante tratamiento hidrotérmico y el uso de zeolita Beta modificado con sales de metales alcalino y alcalino térreos (K, Zn, Sn) como catalizador heterogéneo. Las reacciones fueron asistidas por microondas, mediante un esquema bajo el cual las microondas fueron introducidas al reactor mediante un aplicador coaxial. Las zeolitas empleadas fueron sometidas a un proceso de intercambio iónico que determina la pérdida de cristalinidad en el siguiente orden: Sn- Beta-IE > K-Beta > Zn-Beta > H-Beta. La interacción de los catalizadores con las microondas se estudió mediante la irradiación de microondas sobre el material a una potencia constante y la respuesta de calentamiento fue en el siguiente orden: K-Beta > NH4-Beta > Sn-Beta–IE ≈ Zn-Beta > H-Beta > Alúmina. Estos resultados demuestran que la naturaleza del contraión afecta de manera significativa la absorción de microondas. La actividad catalítica de los diferentes sistemas sobre la descomposición de la celulosa, resultó en el siguiente orden: H-Beta> K-Beta > Zn-Beta > Sn-Beta-IE > Alúmina, usando además 5 mM de HCl. El catalizador más activo fue la forma ácida de la zeolita H-Beta y la distribución de productos identificados en las condiciones investigadas, (considerando el % de rendimiento molar), fue de: ácido levulínico (22.3), glucosa (12.1) , ácido láctico (4.1) , ácido fórmico (6.6), 5-(hidroxi-metil) furfural (14.6), ácido acético (15.2) y furfural (3.1). Se estudió además el efecto de la temperatura, el tiempo y el reúso del catalizador heterogéneo (H-Beta) sobre los rendimientos de los diferentes productos. El uso de energía de microondas con aplicador coaxial presento claras ventajas comparado con el proceso de calentamiento convencional en cuanto a la disminución del tiempo de reacción (45 min) y en términos de rendimiento (78.6 % en las mejores condiciones).

2014-03-01T00:00:00Z JUAN NICOLAS FLORES BALDERAS http://repositorio.ugto.mx/handle/20.500.12059/5304 2021-11-04T17:57:45Z 2021-11-01T00:00:00Z

Title: Modelado y simulación numérica de un horno para desintegración térmica de petróleo y predicción de la formación de coque Authors: JUAN NICOLAS FLORES BALDERAS Abstract: En este trabajo, se presenta un enfoque novedoso para predecir el crecimiento de la capa de ensuciamiento en la superficie interna de un tubo mediante un modelo transitorio de dinámica de fluidos computacional (CFD). El modelo transitorio de dinámica de fluidos computacional toma en cuenta la complejidad de los fenómenos químicos y físicos junto con la malla dinámica. El método de malla dinámica está programado por las funciones definidas por el usuario (User-Defined Functions, UDFs) para permitir que crezca el ensuciamiento en la superficie interna del tubo. El estudio se realiza a través de la dinámica de fluidos computacional en un dominio computacional 2D que contempla los efectos radiales, tales como: perfiles radiales de temperatura, velocidad, y consumo y producción de especies por reacciones químicas. Este enfoque se aplica a los depósitos de ensuciamiento en la superficie interna de un tubo de un calentador petroquímico a fuego directo, debido al proceso de desintegración térmica del petróleo. Se obtuvieron resultados del campo de distribución de la temperatura, la velocidad del petróleo, la concentración del destilado y coque. Además, se predice el crecimiento de la capa de ensuciamiento debido al depósito y la acumulación a lo largo del tiempo y se calcula la temperatura de metal del tubo (TMT) para identificar los "puntos calientes". Según los resultados, la capa de ensuciamiento reduce el diámetro del tubo hasta un 24% en la salida en comparación con el tubo limpio, por lo que el flujo de fluido del petróleo aumenta su velocidad debido a la reducción de la sección transversal, en consecuencia la temperatura de película del petróleo y la velocidad de ensuciamiento disminuyen, esto conduce a un breve incremento en el tiempo de operación, sin embargo, aparecen “puntos calientes” debido a un alto incremento de la temperatura de metal del tubo a la salida. Los “puntos calientes” aparecen cuando se alcanza el tiempo de operación de 16.8 meses, esto se debe a que se ha superado la temperatura de metal del tubo (950 K). Finalmente, es obtenida una mejor predicción del ensuciamiento en el desempeño de los intercambiadores de calor con este nuevo enfoque, que considera: la malla dinámica a través de la dinámica de fluidos computacional, el espesor de la capa ensuciamiento con los efectos de la temperatura de metal del tubo, la hidrodinámica del flujo, reacciones químicas y transferencia de masa.

2021-11-01T00:00:00Z