Monitorização de reactores contínuos trifásicos

Abstract

O trabalho de investigação desenvolvido nesta dissertação, teve como propósito a monitorização do sistema industrial slurry, usado na produção de anilina da empresa Bondalti Chemicals, com destaque para o decantador. Para tal, o trabalho apoiou-se em análises laboratoriais, um modelo matemático simples do decantador industrial e ainda recolha e análise de dados relativos às principais variáveis do sistema.Foram analisadas as caraterizações de diferentes catalisadores utilizados neste sistema, realizados testes descontínuos de sedimentação e validado um método para determinar a concentração de catalisador nos vários pontos de amostragem do sistema industrial. No que diz respeito aos catalisadores, viu-se que a sua sedimentação depende fortemente de caraterísticas como a densidade, a distribuição granulométrica e ainda a natureza química das partículas. Por comparação do comportamento dos testes descontínuos de sedimentação, foi notório que os catalisadores estudados neste trabalho decantam de formas distintas. Como previsto na teoria, foi concluído neste trabalho que a velocidade de queda das partículas é superior para suspensões diluídas. A partir dos testes de sedimentação foi também possível verificar que as velocidades obtidas experimentalmente para o catalisador C são superiores às velocidades terminais previstas pela lei de Stokes. Para explicar o sucedido, foram consideradas as hipóteses de ‘arraste’ das partículas de catalisador mais pequenas e de aglomeração do catalisador ao longo destes testes.No âmbito da monitorização, o método de filtração sob vácuo foi considerado robusto e preciso para todos os pontos de amostragem do sistema slurry industrial. O modelo matemático do decantador industrial desenvolvido assume que todas as partículas de catalisador com diâmetro superior a um diâmetro crítico, decantam. Esta abordagem simplista não permitiu que o modelo explicasse o comportamento do decantador industrial e tornou impossível a realização de análises quantitativas. No entanto, é discutido neste trabalho que abordagens futuras terão que passar pela inclusão de uma função que contabilize a probabilidade e intensidade das interações/colisões entre as diferentes partículas de catalisador. Só assim é possível obter um modelo que consiga prever satisfatoriamente o comportamento do catalisador no decantador.

The investigation work developed in this thesis had as purpose the monitoring of the slurrry industrial syste, used on aniline production in Bondalti Chemicals, with focus on the decanter. To achieve that, the work was supported by laboratorial analysis, a simple mathematical model of the industrial decanter and still data collection and analysis, regarding the system's main variables. The characterization of different catalysts used on this system were analysed, batch sedimentation tests were performed and a method used to determine the catalyst concentration at several sampling points of the industrial system was also validated. Regarding the catalysts, it was verified that their sedimentation strongly depends on characteristics like density, granulometric distribuition and particle chemical nature. By comparison of the batch sedimentation tests, it was notourios that the catalysts studied in this work sediment in different ways. As suggested by theory, it has been concluded in this paper that the velocity of particle sedimentation is higher for dilute suspensions. From the sedimentation tests was also possible to verify that catalyst C2 presented higher experimental terminal velocities than those predicted by Stokes law. In order to explain this occurence, the hypotheses of smaller particle ‘drag’ and catalyst agglomeration throughout the tests were proposed.In the scope of monitoring, the vacuum filtration method was considered robust and accurate for all sampling points of the industrial slurry system. The developed industrial decanter mathematical model has the assumption that all the particles with diameter higher than a critical diameter, decant. This simplistic approach did not allow the model to explain and predict the behavior of the industrial decanter and so quantitative analyses became impossible to be done. However, in this thesis is discussed that future approaches should include a function that accounts the probability and intensity of the interaction/collisions between catalyst particles. Otherwise, there’s no mathematical model that can fully predict the catalyst behavior in the decanter.