Avaliação das soluções analíticas e numéricas de perfil de concentração em catalisadores cilíndricos

• Autor(a) principal: Barros, Yuri Daniel Damasceno
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/12544
• topic: Catalisador cilíndrico; Solução analítica; Solução numérica; MAPLE; Catalisador; Solução numérica; Cylindrical catalyst; Analytical solution; Numerical solution

Hodiernamente a busca por excelência nos processos químicos, se manifesta na relevância industrial e científica que o setor de catálise vem alcançando. Uma grande parcela de processos químicos industriais tem como sua etapa determinante uma ou muitas reações que se processam em sistemas catalíticos heterogêneos, o que justifica o estudo dos mecanismos de reação e difusão que ocorrem no interior de um catalisador. A associação dos fenômenos de transferência de massa difusional com reação química em catalisadores cilíndricos é estudada neste presente trabalho. Nesse trabalho foi avaliada a reação de craqueamento catalítico do cumeno com o catalisador de sílica-alumina, originalmente esférico (WEIZ e PRATER, 1954) e adaptado à geometria cilíndrica de duas formas, com o mesmo raio e o mesmo volume da esfera original. Para cada um desses dois casos, foi considerada reação de primeira ordem nos estados estacionário e transiente, e reação de ordem zero no estado estacionário. A partir de balanços materiais, foram desenvolvidos modelos dinâmicos sob a forma de equações diferenciais parciais, com suas respectivas condições de contorno e inicial. Os modelos foram resolvidos analiticamente, pelo método de separação de variáveis e série de Fourier-Bessel, e numericamente, pelos métodos das linhas e Runge-Kutta com o auxílio do software computacional MAPLE®. Os resultados dos perfis de concentração foram obtidos para todos os casos estudados, com tolerância de 5% considerada para desvios relativos às soluções analíticas. Tal critério foi obedecido para todos os casos, e também foi observado que o erro decresce para o estado estacionário conforme aumenta a discretização, e, para o estado transiente, o erro diminui conforme o tempo transcorre. De forma geral, foram encontrados erros menores no cilindro de mesmo de mesmo volume em comparação ao cilindro de mesmo raio. Portanto, foi demonstrado que resultados numéricos satisfatórios foram obtidos usando os métodos empregados