Modelagem e simulação do processo de oxidação úmida catalítica da lignina em reator de leito fluidizado trifásico
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/34631 |
Resumo: | O objetivo desse trabalho refere-se ao desenvolvimento de um modelo matemático capaz de representar, via modelagem determinística, a simulação do comportamento dinâmico de reatores catalíticos de leito fluidizado trifásicos. Para alcançar uma representação realista do sistema, são utilizados modelos dinâmicos detalhados, que consistem de equações dos balanços de massa dos componentes das fases líquida e gasosa. São aplicadas condições isotérmicas, com uma abordagem de sistemas heterogêneos que incluem as resistências às transferências de massa nas interfaces gás-líquido e líquido-sólido e nas partículas do catalisador. Para garantir condições isotérmicas, predições de manutenção da temperatura são obtidas via balanço térmico considerando as trocas térmicas entre um sistema de aquecimento com o fluido refrigerante. Tendo em vista o caráter preditivo do modelo, são utilizadas propriedades físico-químicas e coeficientes de transferência de massa. Viabiliza-se a descrição do processo de oxidação da lignina com base no comportamento cinético de suas principais etapas quantificadas por Sales. Os modelos devem permitir a simulação do comportamento dinâmico do reator frente as mudanças de seus parâmetros operacionais objetivando a avaliação da conversão da lignina e dos rendimentos e seletividades dos produtos químicos (aldeídos aromáticos) e ácidos orgânicos obtidos pela oxidação úmida da lignina. Em decorrência deste conhecimento será possível o desenvolvimento de uma estratégia de controle sob condições de operacionais otimizadas. Constatando-se que o consumo da lignina ocorre para produzir aldeídos e com promoção de seus consumos consecutivos são avaliadas suas produções pelas cinéticas das correspondentes etapas consecutivas, indicando-se para vanilina (V), siringaldeido (S) e p-hidroxibenzaldeido (P) as seletividades (Sp) de produção a 393 K estabelecidas na seguinte ordem SpV = 43,9 > SpS = 36,4 > SpP = 7,8. O reator trifásico de leito fluidizado tendo o comprimento L =1m e diâmetro D = 10cm opera envolvendo vazões de 8-12 L/h do líquido, 5-10 L/h de gás e 25g de catalisador. Foi predito pelas soluções do modelo matemático que a operação atingiu estado estacionário após 5h com a lignina 96% convertida promovendo rendimentos em aldeídos de 69,4%, sendo 9,7% para vanilina, 26% para p-hidroxibenzaldeído e 33,7% para o siringaldeído. |
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Constatando-se que o consumo da lignina ocorre para produzir aldeídos e com promoção de seus consumos consecutivos são avaliadas suas produções pelas cinéticas das correspondentes etapas consecutivas, indicando-se para vanilina (V), siringaldeido (S) e p-hidroxibenzaldeido (P) as seletividades (Sp) de produção a 393 K estabelecidas na seguinte ordem SpV = 43,9 > SpS = 36,4 > SpP = 7,8. O reator trifásico de leito fluidizado tendo o comprimento L =1m e diâmetro D = 10cm opera envolvendo vazões de 8-12 L/h do líquido, 5-10 L/h de gás e 25g de catalisador. Foi predito pelas soluções do modelo matemático que a operação atingiu estado estacionário após 5h com a lignina 96% convertida promovendo rendimentos em aldeídos de 69,4%, sendo 9,7% para vanilina, 26% para p-hidroxibenzaldeído e 33,7% para o siringaldeído.The aim of this work is the development of a mathematical model able to represent, via deterministic modeling, the simulation of the dynamic behavior of three-phase fluidized bed catalytic reactors. To achieve a realistic representation of the system, detailed dynamic models are used, which consist of mass balance equations of the liquid and gas phase components. Isothermal conditions are applied, with a heterogeneous systems approach that includes mass transfer resistances at gas-liquid and liquid-solid interfaces and catalyst particles. To ensure isothermal conditions, temperature maintenance predictions are obtained via thermal balance considering the thermal exchanges between a heating system and the refrigerant. Given the predictive character of the model, physicochemical properties and mass transfer coefficients are used. The description of the lignin oxidation process is made possible based on the kinetic behavior of its main steps quantified by Sales. The models should allow the simulation of the reactor dynamic behavior against the changes of its operational parameters aiming at the evaluation of lignin conversion and yields and selectivities of chemicals (aromatic aldehydes) and organic acids obtained by wet oxidation of lignin. As a result of this knowledge it will be possible to develop a control strategy under optimized operating conditions. Noting that the consumption of lignin occurs to produce aldehydes and with promotion of their consecutive consumptions, their production is evaluated by the kinetics of the corresponding consecutive steps, indicating for vanillin (V), syringaldehyde (S) and p-hydroxybenzaldehyde (P) the 393 K production selectivities (Sp) established in the following order SpV = 43,9> SpS = 36,4> SpP = 7,8. The three-phase fluidized bed reactor having length L = 1m and diameter D = 10cm operates involving flow rates of 8-12 L / hr of liquid, 5-10 L / hr of gas and 25g of catalyst. It was predicted by the mathematical model solutions that the operation reached steady state after 5h with 96% lignin converted promoting aldehyde yields of 69.4%, with 9.7% for vanillin, 26% for p-hydroxybenzaldehyde and 33.7% for syringaldehyde.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia QuimicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia químicaBalanço de massaLigninaModelagem dinâmicaLeito fluidizadoOxidaçãoReator catalítico trifásicoModelagem e simulação do processo de oxidação úmida catalítica da lignina em reator de leito fluidizado trifásicoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETHUMBNAILTESE Cláudio César Barros de Oliveira.pdf.jpgTESE Cláudio César Barros de Oliveira.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1240https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/34631/5/TESE%20Cl%c3%a1udio%20C%c3%a9sar%20Barros%20de%20Oliveira.pdf.jpg5e48a439992031ca542c41c96a47d5d3MD55ORIGINALTESE Cláudio César Barros de Oliveira.pdfTESE Cláudio César Barros de Oliveira.pdfapplication/pdf3020529https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/34631/1/TESE%20Cl%c3%a1udio%20C%c3%a9sar%20Barros%20de%20Oliveira.pdf7827c783903cf7e87bddc1b427ea3667MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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