ÁREA: Química Tecnológica
TÍTULO: MODELAGEM MATEMÁTICA DE UM CONVERSOR CATALÍTICO EM PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO SULFÚRICO
AUTORES: PINHEIRO, A.J. (UFPA) ; SILVEIRA, B.I. (UFPA) ; BARROS, H.C. (UFPA) ; MEDEIROS , N.V. (UFPA) ; LOPES , A.P.X. (UFPA) ; CARVALHO, J. H. S. (UFPA) ; LOPES A.S.C. (UFPA) ; MELO, S.S. (UFPA)
RESUMO: O presente trabalho aborda uma parte do processo de fabricação do acido sulfúrico que é o sistema de conversão de SO2 a SO3, para este sistema será desenvolvido uma modelagem matemática para representar o seu comportamento durante o processo de fabricação.Para iniciar a elaboração do trabalho foram feitos alguns estudos sobre a produção de acido sulfúrico como sua matéria prima, tipos de obtenção de enxofre, tipos de produção de acido sulfúrico. A partir de então foi feito a descrição do processo e de equipamentos da planta de acido sulfúrico da Jari Celulose S.A.
A modelagem do sistema de conversão foi elaborada considerando um conversor catalítico constituído de quatro leitos recheados com partículas catalíticas de pentóxido de vanádio.
PALAVRAS CHAVES: modelagem, conversor catalítico , acido sulfúrico
INTRODUÇÃO: O trabalho foi realizado como base uma planta produtora de ácido sulfúrico da empresa Jari Celulose S.A localizado na vila Munguba da cidade de Monte Dourado - Pará. A Jari Celulose S.A é uma empresa no ramo de polpa de celulose e o ácido produzido em sua planta química é para produção do dióxido de cloro (ClO2), este produto é utilizado no processo de branqueamento da polpa de celulose
Os procedimentos de simulação computacionais têm sido amplamente utilizados nos últimos anos como um auxilio ao monitoramento de um processo, independente da natureza deste. Atualmente os cálculos mais complexos tornam-se inviáveis apenas quando não existe suporte experimental para as teorias. Foi baseado nessa questão que desenvolvi no presente um modelo matemático pesquisado em literatura para simular a parte do processo de produção de ácido sulfúrico onde se realiza a conversão de SO2 a SO3 (sistema de conversão). O objetivo do trabalho é aplicar recursos de informática disponíveis em beneficio de uma fabrica produtora de acido sulfúrico
MATERIAL E MÉTODOS: 2.1 Material:
A modelagem foi feita considerando um conversor catalítico constituído de quatro leitos recheados com partículas catalíticas de pentóxido de vanádio.
Foram feitos balanços material, energético e de quantidade de movimento em cada leito do conversor, obtendo-se três equações diferenciais. Estas equações foram resolvidas simultaneamente através de um programa elaborado neste trabalho em linguagem Fortran que foi executado em computador PC com processador AMD Athlon(TM ) XP 2200 + 1,80GHz, 256 MB RAM Os cálculos foram realizados com base em dados de projeto da planta de produção de ácido sulfúrico do Processo Jarí. Os dados vieram de uma planta industrial com produção diária de 44 t de ácido sulfúrico com concentração de 98,5 % em peso
2.2 Métodos :
Para cada caso, o sistema de equações obtido a partir dos balanços material, energético e de quantidade de movimento e resolvido através do programa computacional avaliou as variações da temperatura, conversão fracional e pressão total em função da massa de catalisador.
O uso do programa foi feito de acordo com o seguinte procedimento geral:
- aplicar a equação de projeto do reator para relacionar a massa de catalisador com a velocidade de reação e a conversão. Usar as relações estequiométricas e especificações da alimentação para expressar a lei de velocidade de reação como uma função da conversão.
- aplicar o balanço de energia para relacionar a massa de catalisador e a temperatura.
- usar a equação de Ergun para determinar a variação da pressão como uma função da massa do catalisador.
- estabelecer valores para as propriedades k, Kp, ∆H°RX(TR) e Cpi e suas respectivas dependências com a temperatura necessários aos cálculos.
- resolver simultaneamente as equações de projeto, do balanço de energia e de Ergun para determinar os perfis de conversão, temperatura e pressão e a conversão na saída de cada leito.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os dados das variações de temperatura (T) e conversão fracional (X) em função da massa de catalisador (W) para o primeiro leito estão mostrados na figura 4 Os dados da Figura 4 mostram que os gases entram no 1°leito a uma temperatura de 420°C com 0 % de conversão de SO2, à medida que os gases percorrem o leito catalítico a temperatura e a conversão aumentam. Na saída do leito a temperatura atinge o valor de 614°C com uma conversão de 66,64 % de SO2 em SO3. Isto ocorre por que a reação é exotérmica e o calor produzido é maior do que o calor consumido na forma de calor sensível pela mistura reacional. Os dados da Figura 5 mostram que a pressão varia de 1 atm na entrada do leito para 0,86 atm na saída, o que resulta em uma perda de carga de 0,14 atm.
Em seguida os gases efluentes do 1°leito são resfriados em um trocador de calor externo ao conversor para uma temperatura de 430°C e então são alimentados ao 2°leito, como está mostrado no fluxograma do processo da figura 3.
Os dados das variações de temperatura (T) e conversão fracional (X) em função da massa de catalisador (W) para o segundo leito estão mostrados na figura
CONCLUSÕES: O que se espera de um sistema de conversão de uma fabrica é uma conversão global de 98% – 99% e isto é representado no programa.A temperatura também é representada coerentemente, pois a reação é exotérmica, por tanto é esperado um aumento na temperatura em cada leito, e isto também ocorre no resultado do modelo matemático.
A perda de carga como era de se esperar cai durante percurso dos leitos, o modelo também descreve esse comportamento.Com as avaliações dos resultados conclui-se que o modelo adotado consegue nos fornecer resultados coerentes assim como prevê as literaturas.
AGRADECIMENTOS: Ao meu orientador Prof.Dr. Benedito Inácio da Silveira que me deu a oportunidade de desempenhar esse trabalho com êxito no campo da pesquisa junto à organização
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