Orientador: Milton Mori

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: A presente tese trata da simulação numérica de um reator catalítico em leito fixo, com resfriamento externo em contra-corrente, para a oxidação do etanol a acetaldeído sobre catalisador de cobre oxidado. O trabalho utiliza os dados e as equações das taxas apresentados no trabalho de J.C....

Resumo: A presente tese trata da simulação numérica de um reator catalítico em leito fixo, com resfriamento externo em contra-corrente, para a oxidação do etanol a acetaldeído sobre catalisador de cobre oxidado. O trabalho utiliza os dados e as equações das taxas apresentados no trabalho de J.C. Moura [9]. Inicialmente, analisou-se os dados cinéticos de Moura através de diversos métodos de ajuste de curvas para verincar a validade do modelo proposto. O objetivo foi desenvolver o método da máxima verossimilhança na análise de dados cinéticos. Em seguida, aplicou-se a simulação de reatores na construção de diagramas de fases de temperaturas. Esses diagramas de fases consistem em um gráfico onde se coloca a temperatura de entrada do fluido refrigerante t1 na abscissa e a temperatura de entrada dos reagentes T0 na ordenada, definindo-se uma região de operação segura para o reator catalítico, onde a conversão seja satisfatória sem a ocorrência de ignição. O objetivo foi desenvolver esse diagrama de fases como um método de auxílio no projeto de reatores catalíticos. A simulação utiliza o método dos elementos finitos aplicado a um modelo de reator homogêneo sem dispersão axial. Com os resultados da simulação e dos diagramas de fases de temperaturas escolheu-se o conjunto de parâmetros mais importante no projeto do reator e realizou-se uma otimização dessas variáveis, com o objetivo de encontrar o conjunto de valores desses parâmetros que fornecesse a melhor produtividade. Finalmente, através de simulação numérica, comparou-se o modelo homogêneo sem dispersão axial com o modelo heterogêneo sem dispersão axial e, de forma qualitativa, com o modelo homogêneo com dispersão axial.

Abstract: The present thesis discusses the numerical simulation of a fixed-bed catalytic reactor, with countercurrent heat exchange , for ethanol oxidation over an oxidized copper catalyst, using the data and the rate equations presented in Moura's work [9]. Initially , Moura's kinetic data are...

Abstract: The present thesis discusses the numerical simulation of a fixed-bed catalytic reactor, with countercurrent heat exchange , for ethanol oxidation over an oxidized copper catalyst, using the data and the rate equations presented in Moura's work [9]. Initially , Moura's kinetic data are analyzed by means of different methods of curve fitting to verify the validity of the proposed model. The objective here is to develop the maximum likelihood method in the kinetic data analysis. Secondly, the reactor simulation is applied to the temperature phase diagrams. These phase diagrams consist of a graphic where the coolant inlet temperature t1 is in the abscissa and the reactants inlet temperature T0 is in the ordinate, which define a safe operation region for the catalytic reaction. Our objective is to develop this phase diagram as an auxiliary method in the catalytic reactor projects. The simulation uses the finite element method applied to an homogeneous reactor model without axial dispersion. The most important parameters in the reactor project have been selected from the simulation results and the temperature phase diagrams. An optimization has been carried out in the variables in order to find the values leading to the best productivity. Finally, through numerical simulation, the homogeneous model without axial dispersion is first compared with the heterogeneous model without axial dispersion and, then , qualitatively with the homogeneous model with axial dispersion.