Diseño y construcción de un reactor para la hidrogenación catalítica de dióxido de carbono en metanol
El presente proyecto busca abordar el evidente cambio climático global y el incremento de la emisión de gases de efecto invernadero proveniente de la extracción de reservas fósiles, el amplio campo industrial y también en el proceso de gasificación de biomasa, el cual busca obtener combustibles alte...
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2025
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| description | El presente proyecto busca abordar el evidente cambio climático global y el incremento de la emisión de gases de efecto invernadero proveniente de la extracción de reservas fósiles, el amplio campo industrial y también en el proceso de gasificación de biomasa, el cual busca obtener combustibles alternativos renovables. Ante esta problemática, el presente trabajo tiene como objetivo el diseño y la construcción de un reactor para la hidrogenación catalítica de Dióxido de Carbono (CO₂), permitiendo su conversión en metanol, el cual mediante su alta versatilidad obtendrá un valor agregado en el campo industrial y fomentará la innovación en el sector de la industria química. La metodología del equipo abarca un enfoque deductivo, inductivo y experimental; una simulación en MATLAB donde se resolvió de forma simultánea las ecuaciones de balance de materia y energía al igual que la ecuación de caída de presión; el diseño del equipo permite visualizar las dimensiones definidas del mismo, por medio los cálculos obtenidos en la simulación, como son: cálculos de cinética de reacción, densidad, velocidad superficial y masa del catalizador; la construcción del equipo aplicando las normas ASME, ISO y ASTM para la elección de materiales, y la validación del equipo. A través de esta metodología se obtuvo resultados de flujo volumétrico de entrada de 1.5 ml/min de Dióxido de Carbono y 10.5 ml/min de Hidrogeno, una temperatura de 473.15 K y 50E05 Pa para que de una conversión del 42% de Dióxido de Carbono en Metanol. En conclusión, se diseñó y construyó un reactor para la hidrogenación catalítica de Dióxido de Carbono en Metanol en tubería de acero inoxidable ¼ de 0.15 m de altura, diámetro interno de 1 cm y espesor 0.15 cm que sostiene con fibra cerámica, esto permite resistir las altas temperaturas y presiones de trabajo al que será sometido. |
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La metodología del equipo abarca un enfoque deductivo, inductivo y experimental; una simulación en MATLAB donde se resolvió de forma simultánea las ecuaciones de balance de materia y energía al igual que la ecuación de caída de presión; el diseño del equipo permite visualizar las dimensiones definidas del mismo, por medio los cálculos obtenidos en la simulación, como son: cálculos de cinética de reacción, densidad, velocidad superficial y masa del catalizador; la construcción del equipo aplicando las normas ASME, ISO y ASTM para la elección de materiales, y la validación del equipo. A través de esta metodología se obtuvo resultados de flujo volumétrico de entrada de 1.5 ml/min de Dióxido de Carbono y 10.5 ml/min de Hidrogeno, una temperatura de 473.15 K y 50E05 Pa para que de una conversión del 42% de Dióxido de Carbono en Metanol. En conclusión, se diseñó y construyó un reactor para la hidrogenación catalítica de Dióxido de Carbono en Metanol en tubería de acero inoxidable ¼ de 0.15 m de altura, diámetro interno de 1 cm y espesor 0.15 cm que sostiene con fibra cerámica, esto permite resistir las altas temperaturas y presiones de trabajo al que será sometido.This project seeks to address the evident global climate change and the increase in greenhouse gas emissions resulting from fossil fuel extraction, extensive industrial activities, and biomass gasification processes, which aim to obtain renewable alternative fuels. In response to this issue. The main objective of this work is the design and construction of a reactor for the catalytic hydrogenation of carbon dioxide (CO₂), enabling its conversion into methanol. Owing to its high versatility, methanol adds value in industrial applications and promotes innovation in the chemical industry sector. The methodological approach of this project combines deductive, inductive, and experimental strategies. A simulation in MATLAB was carried out to simultaneously solve mass and energy balance equations, along with the pressure drop equation. The equipment design phase determined the reactor’s dimensions based on the simulation results, including calculations for reaction kinetics, density, superficial velocity, and catalyst mass. The reactor was built in compliance with ASME, ISO, and ASTM standards for material selection and validated accordingly. The process achieved an inlet volumetric flow rate of 1.5 ml/min for carbon dioxide and 10.5 ml/min for hydrogen, at a temperature of 473.15 K and a pressure of 50E05 Pa, resulting in a 42% conversion of carbon dioxide into methanol. In conclusion, a catalytic hydrogenation reactor was successfully designed and constructed using ¼ inch stainless steel tubing, with a height of 0.15 m, an internal diameter of 1 cm, and a wall thickness of 0.15 cm, supported with ceramic fiber. This configuration ensures resistance to the high temperatures and pressures required for operation.Escuela Superior Politécnica de ChimborazoPalmay Paredes, Paul GustavoAndrade Ávalos, Mónica Lilian2025-10-08T19:39:42Z2026-03-04T10:30:18Z2025-05-26http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfMejía Erazo, Angelly Natalia; Sánchez Cárdenas, Fabricio Josué. (2025). Diseño y construcción de un reactor para la hidrogenación catalítica de dióxido de carbono en metanol. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba.https://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/25089spaUDCTFC;96T01093http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution, Non-commercial, No Derivative Works (CC-BY-NC-ND)http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositorio Escuela Superior Politécnica de Chimborazoinstname:Escuela Superior Politécnica de Chimborazoinstacron:ESPOCH2026-03-04T10:30:18Zoai:dspace.espoch.edu.ec:123456789/25089Institucionalhttp://dspace.espoch.edu.ec/Universidad públicahttps://www.espoch.edu.ec/es/http://dspace.espoch.edu.ec/oai.Ecuador...opendoar:17502026-03-04T10:30:18Repositorio Escuela Superior Politécnica de Chimborazo - Escuela Superior Politécnica de Chimborazofalse |
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