Reactores catalíticos multitubulares de leito fixo: Estudos de projecto e de sensibilidade paramétrica. Coimbra, ed. aut., 1994, 221 p.

Abstract

Os reactores multitubulares de leito fixo com escoamento cruzado do fluido térmico são unidades com características particulares que advêm do trajecto imposto ao fluido de arrefecimento e da interacção entre este e o leito catalítico. Ao contrário do que é prática comum, o seu projecto envolve uma complexidade acrescida relativamente a outros tipos de reactores tubulares. Esta resulta da necessidade de contemplar a evolução da temperatura do fluido térmico, o que conduz a uma diferenciação do comportamento dos tubos fazendo-o depender da sua localização radial no interior do reactor. Os resultados aqui obtidos corroboram esta afirmação. Através de um compromisso entre simplicidade e pormenor desenvolveu-se um modelo matemático para estudar o comportamento do reactor multitubular de leito fixo. A estratégia implementada recorre à divisão do reactor em celas de cuja dimensão e número se verificou depender o rigor da representação obtida. As especificidades do escoamento do fluido térmico e os mecanismos de reacção química e transporte no interior dos tubos são incorporados no modelo que os interliga por intermédio do processo de transferência térmica através da parede dos tubos. Com este instrumento foi possível estudar a influência dos principais parâmetros de projecto mecânico sobre a distribuição de caudais do lado da carcaça. A característica principal deste escoamento reside na distribuição não homogénea de fluido ao longo da abertura da chicana segmentada que conduz a uma deficiente irrigação dos tubos nas posições radiais extremas. O desempenho do reactor multitubular com escoamento cruzado do fluido de arrefecimento reflecte a interacção entre os dois fluidos e espelha o padrão da distribuição de caudais no espaço intertubular. Esta afirmação é válida quer para operação em co-corrente, em contra-corrente ou mista. Por consequência, os parâmetros de projecto mecânico do reactor exercem uma influência (por vezes muito significativa) sobre a evolução das condições de operação e sobre o desempenho, papel este que os modelos clássicos circunscrevem aos parâmetros de operação definidos à entrada do reactor. Os resultados obtidos consolidam a tese de que a estratégia de modelização que considera a temperatura do fluido térmico constante e que pressupõe um desempenho igual para todos os tubos deve ser abandonada. O reactor multitubular de leito fixo foi ainda um dos sistemas a que se recorreu para testar uma nova estratégia de análise da sensibilidade paramétrica. Os resultados comprovam que a sensibilidade paramétrica deste tipo de reactores pode ser investigada sem o habitual recurso a pressupostos simplificativos, tais como: cinéticas simples, modelos pseudo-homogéneos a uma dimensão ou a uniformidade da temperatura do fluido de arrefecimento. Para atingir este objectivo a nova metodologia requer um esforço mínimo de manipulação matemática comparativamente às técnicas tradicionais.