Modelagem matematica e simulação numerica de reatores cataliticos de leito fixo para oxidação de etanol acetaldeido

Apresenta-se neste trabalho a modelagem matemática e a simulação numérica de reatores de leito fixo para a reação de oxidação de etanol à acetaldeído sobre catalisador de cobre oxidado. Os modelos estudados são bidimensionais, pseudo-homogêneos, não-adiabáticos e não-isotérmicos. O objetivo principal desse estudo é analisar a sensitividade paramétrica desses modelos em relação à variáveis de processo e de projeto e comparar o desempenho de cada reator no que se refere à conversão total de reagentes por passe e à estabilidade operacional. Três tipos de reatores são estudados: reator de leito fixo de fluxo axial, reator tubular de parede e reator de placas planas. O modelo para o reator de leito fixo de fluxo axial é discretizado pelo método das diferenças finitas e pelo método dos elementos finitos e os resultados são comparados entre si. O sistema de equações algébricas resultante da discretização é resolvido pelos métodos de Newton-Raphson e de Gauss-Seidel. Analisa-se, também, o efeito da utilização de algumas correlações para estimativa da condutividade térmica efetiva radial e do coeficiente de transferência de calor na parede disponíveis na literatura sobre, o comportamento desse modelo. O modelo para o reator tubular de parede é discretizado pelo método das diferenças finitas. As equações discretizadas são resolvidas pelo método de Newton-Raphson. O modelo para reator de placas paralelas é discretizado pelo método dos elementos finitos. As equações discretizadas são resolvidas pelo método de Gauss-SeidelThis work presents the mathematical modelling and numerical simulation of catalytic fixed-bed reactors for the oxidatton of ethanol to acetaldehyde catalized by copper oxide. The studied models are two-dimensional, pseudo-homogeneous, non-adiabatic and non-isothermic. The main purpose of this work is to analyze the parametric sensitivity of these models in relation to process and design variables and to compare the performances of each reactor in relation to reagents conversion and operational stability. Three reactor types are studied: axial flow fixed-bed reactor, tubular-wall reactor and parallel plates reactor. The fixed-bed reactor model is discretized by finite diference and finite element methods and the results are compared. The resulting system of algebraic equations is solved by Newton-Raphson and Gauss-Séidel methods. It is also analyzed the effect of using some diferent correlations to calculate the effective radial thermal condtictivity and wall-heat transfer coefficient on the behavior of this modél. The tubular-wall reactor model is discretized by finite diference method. The dicretized equations are solved by Newton-Raphson method. The parallel plates reactor model is discretized by the fi'nite element method. The resulting system of algebraic equations are solved by Gauss-Siedel metho