Modelagem Matemática de um Reator Trifásico de Leito Fixo para Indústria do Petróleo e Petroquímica

Resumo

Os Reatores Trifásicos de Leito Fixo (RTLFs) são sistemas no qual uma fase gasosa e uma fase líquida estão conectados ao leito fixo de partículas catalíticas. Eles são usados nos processos de hidrodessulfurização, hidrotratamento, hidrocraqueamento, reforma catalítica e são bem aplicados nas indústrias químicas, bioquímicas, petroquímica e refinaria do petróleo (Silva, 2012). Porém ao longo do seu funcionamento pontos-quentes (hot-spot) podem aparecer no leito desse reator, podendo prejudicar o bom funcionamento e o seu controle, inibindo o catalisador do processo (Niegodajew e Asendrych, 2017). Desta forma, realizou-se a modelagem matemática das equações de balanço de energia do modelo proposto, permitindo uma análise detalhada da variação de temperatura ao longo do tempo e da influência do coeficiente de transferência de calor (hfp) no processo do reator. Além disso, a modelagem matemática foi realizada usando uma ferramenta matemática, resolvendo analiticamente a transformação das Equações Diferenciais Parciais (EDPs) em Equações Diferencias Ordinárias (EDOs) a partir da Técnica das Equações Integrais Acopladas (TEIA), que permite apresentar resultados mais precisos do que outros métodos mais convencionais, em menor tempo de CPU (Knupp et al., 2012). Além disso, teve o auxílio de um software em linguagem Fortran 95 para obter os resultados da EDO pelo método de Euler. Desta forma, a partir das operações matemáticas foi possível obter os gráficos das temperaturas versus tempo e, também, foi notado a influência de sensibilidade do hfp, que é um parâmetro importante para o estudo dos pontos-quentes, obtendo os seguintes resultados: As evoluções da Temperatura gás-liquido (Tgl(K)) foram avaliadas a partir das formulações H0,0|H0,0 e H1,1|H0.0 que são aproximações da TEIA, permitindo notar a transferência de energia das fases gás-líquido para a fase sólida em intervalos de tempo de 1≤ t ≤ 2;. O efeito do hfp sobre as evoluções das Tgl(K) e Temperatura da fase sólida (Ts(K)) foi realizado.  Conclui-se que as Tgl(K) e Ts(K) crescem à medida que hfp aumenta como consequência do efeito de hfp, este parâmetro deve ser considerado no controle de processo do RLFT. Além disso, foi realizado um estudo comparativo das fases gás-líquido e sólido, percebendo que a temperatura da fase sólida atinge valores mais altos em relação à fase fluida, controlando o comportamento térmico do reator.