Modelagem e simulação de reatores cataliticos de leito fixo : avaliação de diferentes configurações para o fluido refrigerante

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2004

RESUMO

Os reatores catalíticos de leito fixo são um dos equipamentos mais importantes dentro da indústria química e petroquímica. Portanto existe um grande incentivo para se projetar reatores de alto desempenho desde que estes possam levar a altas taxas de produção, ao rendimento e a seletividade quase total, garantindo ainda uma operação segura. Em reatores onde ocorram reações fortemente exotérmicas uma das principais características é o surgimento do ponto quente ou "hot spot", o qual é normalmente localizado perto da entrada do reator e que eleva repentinamente a temperatura do reator em direção a um máximo. Conseqüentemente, esses pontos devem ser mantidos dentro de certos limites, pois podem levar a conseqüências indesejáveis, tais como a queda de seletividade no caso de reações competitivas, desativação do catalisador e especialmente o perigo do descontrole da temperatura do reator ("runaway"). Com um modelo matemático suficientemente representativo do processo é possível propor configurações alternativas de refrigeração alcançando assim um alto desempenho. Esse é o objetivo deste trabalho, explorar os benefícios das formas convencionais de refrigeração, denominadas co e contra-corrente, para projetar uma nova configuração de refrigeração, utilizando ambas as formas convencionais simultaneamente. Desta forma, espera-se aproveitar as vantagens que cada uma das configurações convencionais de refrigeração tem a oferecer. Para o estado estacionário os modelos pseudo-homogêneos bidimensionais de reatores catalíticos de leito fixo, os quais incorporam as capacidades térmicas do fluido e do sólido, (pCp)f e (pCp)s, respectivamente, foram utilizados. Como caso de estudo, foi considerada a reação de oxidação do etanol a acetaldeído tanto sobre catalisador de Fe-Mo quanto de Cobre Oxidado. Ambas são reações fortemente exotérmicas, e representam uma importante classe dentro dos processos industriais. Dando seqüência ao trabalho foi realizado um estudo de otimização para as quatro configurações do fluido refrigerante propostas a fim de identificar as melhores condições de refrigeração e propriedades do fluido refrigerante para reduzir os custos energéticos. As análises foram realizadas considerando algumas restrições para os parâmetros operacionais e de projeto do fluido refrigerante, de forma a avaliar seus efeitos sobre o desempenho do reator. Finalmente para o regime transiente foram considerados os modelos pseudohomogêno e heterogêneo, com o fluido refrigerante escoando em co-corrente e contracorrente, visando observar o deslocamento do ponto quente ao longo do tempo, e analisar a influência da alteração do fluxo de refrigeração sobre o comportamento dinâmico do reator.

ASSUNTO(S)

reatores quimicos modelos matematicos

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