Modelagem e simulação do processo de oxidação úmida catalítica da lignina em reator de leito fluidizado trifásico

Abstract

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.