O presente trabalho foi estruturado de forma a detalhar cada etapa estudada. A seguir apresenta-se uma descrição sucinta dos assuntos que serão tratados em cada capítulo.
O capítulo 2 apresenta uma revisão dos conteúdos utilizados nessa tese, como: o processo de hidrogenação, o efeito das diferentes variáveis na cinética e seletividade das reações, os tipos de reatores de hidrogenação, além de detalhar o funcionamento de um reator do tipo loop. Apresenta, simplificadamente, os balanços diferenciais de massa e energia para os reatores batelada, de mistura ou CSTR (Constant Stirred Tank Reactor) e tubular ou PFR (Plug Flow Reactor) e o método de diferenças finitas explicito para a resolução dos mesmos. Ao final encontra-se um dos métodos para determinação do coeficiente de transferência de massa gás-líquido e líquido-sólido, além do critério Weisz-Prater utilizado para identificar o efeito da difusão dos componentes dentro dos poros do catalisador.
O capítulo 3 detalha os métodos utilizados para avaliar as propriedades físicas do óleo. Essas serão utilizadas nos balanços de massa e energia para cada modelo de reator. Os métodos escolhidos para determinar essas propriedades utilizam a teoria da contribuição de grupos e consideram os efeitos da temperatura
e da variação da composição em ácidos graxos durante a hidrogenação.
O capítulo 4 utiliza os dados experimentais de Valverde (1996) para determinar; a velocidade da reação, baseada no índice de iodo; o tempo de indução do catalisador; as seletividades linoléica e linolênica; os coeficientes volumétricos de transferência de massa gás-óleo e óleo-catalisador, além do critério Weisz- Prater para avaliar a difusão do hidrogênio nos poros do catalisador. Os valores obtidos são comparados com os da literatura.
O capítulo 5 utiliza o modelo de reator batelada para descrever o funcionamento do reator loop. A hidrogenação é considerada como uma seqüência de reações em série e suas constantes cinéticas foram determinadas por Chen et al. (1981). Inicialmente, verifica-se a melhor forma de calcular o termo da potência dissipada por unidade de volume, presente nas constantes cinéticas da reação. Isso é necessário, pois o reator loop não utiliza um agitador para promover a mistura e dissolução do hidrogênio do óleo, conforme fazem a maioria dos reatores tradicionais. As equações do balanço de massa para cada componente, bem como, as do balanço de energia são resolvidas analiticamente e os perfis de fração mássica obtidos são comparados com os apresentados por Valverde (1996). Avalia- se, também, a utilização do tempo de indução do catalisador para corrigir e melhorar o modelo. A validação desse modelo é obtida através da análise estatística, que utiliza o coeficiente de regressão, o coeficiente de determinação, a distribuição dos resíduos e a linha de ajuste aos dados experimentais. Isso é feito dentro da faixa de condições operacionais utilizadas por Valverde (1996) comum ao modelo cinético de Chen et al. (1981). A seguir, analisa-se a validade do modelo quando a faixa de concentrações do catalisador é ampliada, conforme utilizado por Valverde (1996). Com o modelo validado inicia-se o cálculo e a análise de outros parâmetros, como o calor total a ser removido, o consumo de hidrogênio pela reação, a variação das propriedades durante a reação, etc.
O capítulo 6 considera o reator loop como a associação em série de um reator de mistura com um reator tubular. Utiliza o método de diferenças finitas explícito para resolver as equações diferenciais dos balanços de massa e energia. Considera-se, inicialmente, que o reator tubular opere em regime transiente e, a seguir que opere em regime permanente. Verifica-se a estabilidade e a convergência das equações obtidas para vários elementos diferenciais de tempo e de comprimento. Os perfis de fração mássica dos componentes são determinados com e sem o tempo de indução. A análise estatística é utilizada para verificar a validade do modelo dentro do intervalo experimental do modelo cinético, bem como fora dele. A partir do modelo validado efetua-se o cálculo de outros parâmetros, conforme já citado no modelo de reator batelada.
O capítulo 7 utiliza como modelo a associação de um reator de mistura, com volume equivalente ao tanque do hidrogenador, em série com uma série de reatores de mistura menores. Esses últimos com volume total equivalente ao volume do tubo do reciclo, ou seja, o volume do reator tubular (PFR) do capítulo anterior. Utiliza-se método de diferenças finitas explícito na resolução das equações diferenciais. Verifica-se o efeito do número de tanques em série na fração mássica dos componentes e a aplicação do tempo de indução do catalisador na correção do modelo. A validação do modelo é realizada de maneira semelhante à utilizada nos modelos anteriores.
O capítulo 8 compara os três modelos entre si e utiliza a análise estatística já citada, mais o teste F, para identificar qual o modelo mais adequado. As análises comparativas são realizadas dentro da faixa de condições operacionais do modelo cinético e com a ampliação dessa, conforme Valverde (1996). Os três modelos, também, são comparados quando a correção pelo tempo de indução é aplicada.
O capítulo 9 simula a hidrogenação do óleo de soja em um reator loop utilizando um planejamento experimental com; as variáveis temperatura; pressão e
fração mássica de catalisador. O modelo quadrático foi escolhido e um planejamento em estrela com 5 níveis e 15 ensaios foi realizado. A respostas analisadas foram: a taxa da reação para atingir um índice de iodo igual a 100 (II100); a taxa da reação para atingir um índice de iodo igual a 80 (II80); a taxa de ácido oléico máxima (TOmax) (máxima fração mássica de ácido oléico por unidade de tempo para obtê-la); a seletividade linolênica (SLn); e, a seletividade linoléica (SL). A análise de variância, assim como, as superfícies de resposta foram utilizadas na interpretação dos resultados.
Finalmente, apresentam-se as conclusões finais e sugestões de trabalhos a serem desenvolvidos no futuro, com vistas à ampliação do conhecimento e aplicação do reator loop.
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