Orientador : Saul Gonçalves D'Avila

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: A alcoolquímica no Brasil, em sua fase inicial de expansão, será certamente baseada em rotas tradicionais. A rota dos derivados acéticos se fundamenta na produção de acetaldeído. Este trabalho pioneiro procura estudar a cinética da oxidação do etanol para produção de acetaldeido sobre...

Resumo: A alcoolquímica no Brasil, em sua fase inicial de expansão, será certamente baseada em rotas tradicionais. A rota dos derivados acéticos se fundamenta na produção de acetaldeído. Este trabalho pioneiro procura estudar a cinética da oxidação do etanol para produção de acetaldeido sobre catalisador de cobre oxidado. Uma instalação experimental foi projetada e construida para coleta de dados cinéticos destinados ao estudo de reações catalíticas heterogêneas, gás-sólido. Nesta instalação foram coletados dados cinéticos da reação de oxidação do etanol a acetaldeído com ar, na faixa de 300 a 360ºC. Utilizou-se como catalisador, cilindros de cobre maciço com altura e diâmetro iguais de 1 mm, montado em reator integral de leito fixo. Por tratar-se de reação fortemente exotérmica utilizou-se um reator encaixado em bloco de latão para realizar a coleta de dados a 300 e 330ºC e outro imerso em banho de sais fundidos para a coleta a 360ºC. A interpretação dos dados cinéticos e feita através da proposição de mecanismo de reação do tipo Temkin para determinação da equação da taxa. O mecanismo proposto para descrever a cinética supõe a adsorção do oxigênio molecular em um único sítio ativo com participação de reação em série consumindo parte do acetaldeído em reação de combustão. Os resultados experimentais indicam que o rendimento é praticamente independente da temperatura, sendo fortemente influenciado pelo grau de conversão do etanol. O modelo cinético é empregado na simulação de um reator operando em condições industriais para determinação de ocorrência de "pontos quentes" em reator tubular não isotérmica não adiabático com escoamento unidimensional. Demonstra-se a ocorrência do fenômeno da sensitividade paramétrica para um reator de 7 mm de diâmetro interno. São verificados os efeitos da temperatura da parede externa do reator da relação molar ar/etanol e da vazão mássica superficial da mistura reagente para um reator de 17 mm de diâmetro interno. Confirma-se a viabilidade de controle de operação do reator pela variação da vazão de etanol

Abstract: During its initial stage of development Brazil, Ethanolchemistry will certainly be developed along the traditional chemical routes, as the conventional acetic acid and derivatives from aceta1gehyde. This work involves the kinetic study of ethanol oxidation to acetaldehyde over an oxidized...

Abstract: During its initial stage of development Brazil, Ethanolchemistry will certainly be developed along the traditional chemical routes, as the conventional acetic acid and derivatives from aceta1gehyde. This work involves the kinetic study of ethanol oxidation to acetaldehyde over an oxidized copper catalyst, whose results are used in the simulation of an industrial fixed bed reactor. An experimental apparatus was designed an set-up to carry out gas-solid heterogeneous catalytic reactions in order to obtain accurate kinetic data. Data for the catalytic oxidation of ethanol with air were obtained in the range of catalyst 300 to 360ºC, using eletrolitic copper rods as particles. The rods present diameter and lenght of 1 mm, and were packed in an integral, isothermal fixed bed order to keep isothermal conditions, the reactor was fitted in a brass heat transfer case for operational temperatures from 300 up to 330ºC. The runs at 360ºC were carried out in a reactor immersed in a molten salt bath which showed to be more adequate to dissipate the high heat of reaction. The interpretation of the kinetic data in terms of a rate equation is accomplished through a reaction mechanism of the Temkin type. The proposed mechanism assumes that molecular oxygen is adsorbed in a single active site the resulting acetaldehyde being partially converted to carbon dioxide. It is found that the net conversion of ethanol acetaldehyde is strongly affected by the ethanol although being independent of reactor temperature. The kinetic model is applied to simulate a chemical reactor operating under industrial conditions to detect "hot-points". The tubular chemical reactor is assumed to be non-isothermal and non-adiabatic with unidimensional gas flow. The model shows parametric sensitivity when applied to a reactor with 7 mm I.D.. The effects of external wall temperature, air ethanol and molar ratio to superficial mass velocity were analysed for a 17 mm tubular reactor. Finally it is shown that a stable operation may be obtained through variations in the ethanol feed flow