Orientadores: João Alexandre F. R. Pereira, Maria de Fatima dos S. Lopes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-26T19:33:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pires_CarlosAugustodeMoraes_D.pdf: 5756765 bytes, checksum: 2dc4d2764d6474896a777d6ffc991d18 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O processo de refonna catalítica da nafta, voltado para a produção de compostos aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos), foi o tema abordado neste estudo. Considerou-se um típico processo semi-regenerativo, no qual existem quatro reatores radiais em série intercalados com quatro fornalhas que são utilizadas para aquecer as correntes que alimentam os reatores. A modelagem dos reatores foi proposta para os regimes estacionário e transiente e foi considerado um sistema reacional simplificado, envolvendo apenas dez compostos químicos relacionados através de cinco reações. A desativação do catalisador faz parte do modelo cinético e a expressão da taxa de fonnação de coque é baseada na condensação do aromático. Este modelo foi simulado a partir de um programa de computador construí do em linguagem FORTRAN, chegando-se a resultados compatíveis com os encontrados em literatura. Desta fonna, foi possível efetuar um estudo sobre os efeitos das variáveis operacionais nas concentrações dos produtos deste processo e várias conclusões importantes foram obtidas. Após analisar as relações entre os produtos originários da refonna com as variáveis operacionais, foi proposta uma estratégia de controle em cascata para manter a concentração de aromático no "setpoint" desejado. O objetivo da aplicação desta estratégia de controle é o de compensar os efeitos da desativação do catalisador, bastando para isso aumentar a temperatura da corrente de entrada dos reatores. A malha secundária, do controle em cascata, controla a temperatura de entrada dos reatores. Foram utilizados os controladores PID, DMC e LDMC no intuito de verificar o melhor desempenho desta malha. Estes controladores foram elaborados em linguagem FORTRAN e através da simulação destes casos foram obtidas infonnações que pennitiram concluir que o controlador LDMC é o mais apropriado. Para a malha primária, que controla a concentração de aromático, impondo as temperaturas ótimas de entrada para cada reator (setpoints" da malha secundária), foi utilizado o controlador LDMC com duas opções de configuração para a matriz dinâmica. A primeira opção considera o sistema como sendo de múltiplas entradas e única saída (MISO), com as temperaturas representando as variáveis manipuladas e a concentração de aromático a controlada. A segunda opção supõe que o sistema possui única entrada e única saída (SISO), a variável manipulada é a W AIT (que é a soma ponderada das temperaturas de entrada dos reatores, levando em conta a quantidade de catalisador em cada um dos leitos) e a variável controlada é a concentração de aromático. Observa-se que não houve diferença significativa entre estas duas opções para a malha primária, notando-se apenas uma ligeira vantagem para o caso MISO em função da maior atividade do catalisador. Como conclusão deste trabalho, foi possível verificar os vários aspectos da refonna catalítica da nafta inerentes ao processo de obtenção de aromáticos. Entretanto, outras pesquisas nesta linha devem ser realizadas para conseguir, dentre outras coisas, diminuir a defasagem existente de infonnações entre a tecnologia atual e a teoria disponível, sendo que esforços como este devem ser incentivados para obtenção de mais conhecimentos sobre o processo / Abstract: The theme of this study is the process of catalytic refonning for aromatics (benzene, toluene and xilenes). There were considered a typical semiregenerative process, with serial arrange of four radial reactors preceded by four furnaces used to pre-heat the reactors feed. There were proposed stationary and transient for the reactors. A simplified reacctional system were considered, involving only ten chemical compounds related through five reactions. The kinetic model inc1ude the deactivation of the catalyst and the rate of coke fonnation is based on aromatic condensation. The model was simulated in a computer FORTRAN code and the achieved results are compatible with the literature ones. It was then possible to study the effects of operational variables in the products concentrations and several important conclusions were obtained. The relationship among the reforming process products with operational variables were analyzed and a cascade control strategy was proposed to maintain the aromatic concentration in the desired set point. The objective of this control strategy is to compensate the catalyst deactivation effects, and its only action is to increase the temperature of the feed reactors. The secondary loop in the cascade control strategy controls the temperature of the feed ofthe reactors. Controllers PID, DMC and LDMC were tested in order to verify which is the one what maximizes the loop performance. The controllers were programmed in a FORTRAN code and the simulation results shows that the controller LDMC is the most appropriate. For the primary loop, which controls the aromatic concentration, imposing the optimal temperature in each reactor feed ( set point of secondary loop) the controller LDMC was used with two possible configuration of the dynamic matrix. The first option considers the system with multiple entrances and only a exit (MISO), with the temperatures representing the manipulated variables and the aromatic concentration as the controlled one. The second option supposes that the system has only one entrance and only one exit (SISO). The manipulated variable is WAIT (weighted average inlet temperature) the controlled variable is also the aromatic concentration. Both options for primary loop are equivalent, the MISO options is slightly better than the often one because of largest catalyst activity. In this work, it was verified several aspects inherent of catalytic naphtha refonning process for the production of aromatics. Other researches in this line should he done in order to reduce the existent gap of information between current technology and available theory, and other efforts should be motivated for obtaining a better knowledge of the processo / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio para tratamento de esgotos sanitários têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho apresenta os resultados obtidos com uma nova configuração de reator, composto por uma unidade central - um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) modificado de 286 L, associado a um reator radial aerado de leito fixo (RRLF) de 215 L, disposto de maneira a circundar a zona de separação sólido/líquido/gás do reator UASB. A principal modificação no reator UASB foi, portanto, a incorporação, junto à sua parede externa, do RRLF. A alimentação do RRLF com o efluente do UASB dá-se através de aberturas laterais na parede do UASB, o que permitiu eliminar as calhas de coleta e sistemas de alimentação do segundo reator. Esse sistema foi alimentado com esgoto sanitário obtido da rede coletora de esgotos do campus da USP de São Carlos. Esperava-se obter remoção considerável de matéria orgânica solúvel e particulada, bem como a remoção parcial de nitrogênio. Foram obtidas eficiências médias de remoção de matéria orgânica (expressa como demanda química de oxigênio - DQO) e de sólidos suspensos voláteis (SSV), de 80% e 89%, respectivamente. Em condições de operação estável, os valores de DQO e SSV no efluente atingiram 110 mg/L e 16 mg/L, respectivamente. Observou-se, também, que o sistema apresentou grande estabilidade operacional, tendo a taxa de carregamento orgânico volumétrica atingido valores da ordem de 4,0 Kg DQO.m-3d-1. Nessas condições, o sistema atingiu eficiências de remoção de DQO e SSV da ordem de 90%. O sistema misto ensaiado mostrou ser uma configuração promissora, pois promoveu a remoção eficiente de matéria orgânica e de sólidos suspensos. Considera-se, no entanto, a necessidade de se introduzirem modificações no projeto RRLF que permitam o estabelecimento dos processos de nitrificação e desnitrificação nesse reator, uma vez que foi obtida baixa eficiência de nitrificação e, conseqüentemente, a remoção de nitrogênio foi prejudicada. / Integrated anaerobic/aerobic systems have been considered feasible alternatives concerning technical and economic aspects for treating domestic wastewaters. This paper presents the results obtained from the operation of this new reactor configuration, made up of a central unit - an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB), with a working volume of 286 L, associated to a radial-flow aerobic immobilized-biomass (RAIB), with a working volume of 215 L. The RAIB reactor circles the solid/liquid/gas separation zone. The main modification in the UASB reactor concerns this association with the RAIB. The UASB effluent was distributed through openings along its side walls to the RAIB, allowing the elimination of collecting channels and feeding devices from the latter reactor. The objective of this work was to promote organic matter (raw and soluble) and nitrogen removal from domestic sewage. Organic matter (as COD) and volatile suspended solids removal achieved efficiencies of 80% and 89%, respectively. Under stable operational conditions, the system effluent presented COD and volatile suspended solids values of 110 mg/L and 16 mg/L, respectively. Efficiencies of 90% for COD and volatile suspended solids removal were achieved with a organic loading rate of 4,0 Kg COD.m-3.d-1. This integrated system has shown to be a valid configuration, efficiently removing organic matter and suspended solids from the domestic wastewater. However, contrarily to expectations based on the previous studies with RAIB, nitrification was poor. Therefore, modifications to the RAIB design must be considered for the establishment of nitrogen removing processes.

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio para tratamento de esgotos sanitários têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho apresenta os resultados obtidos com uma nova configuração de reator, composto por uma unidade central - um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) modificado de 286 L, associado a um reator radial aerado de leito fixo (RRLF) de 215 L, disposto de maneira a circundar a zona de separação sólido/líquido/gás do reator UASB. A principal modificação no reator UASB foi, portanto, a incorporação, junto à sua parede externa, do RRLF. A alimentação do RRLF com o efluente do UASB dá-se através de aberturas laterais na parede do UASB, o que permitiu eliminar as calhas de coleta e sistemas de alimentação do segundo reator. Esse sistema foi alimentado com esgoto sanitário obtido da rede coletora de esgotos do campus da USP de São Carlos. Esperava-se obter remoção considerável de matéria orgânica solúvel e particulada, bem como a remoção parcial de nitrogênio. Foram obtidas eficiências médias de remoção de matéria orgânica (expressa como demanda química de oxigênio - DQO) e de sólidos suspensos voláteis (SSV), de 80% e 89%, respectivamente. Em condições de operação estável, os valores de DQO e SSV no efluente atingiram 110 mg/L e 16 mg/L, respectivamente. Observou-se, também, que o sistema apresentou grande estabilidade operacional, tendo a taxa de carregamento orgânico volumétrica atingido valores da ordem de 4,0 Kg DQO.m-3d-1. Nessas condições, o sistema atingiu eficiências de remoção de DQO e SSV da ordem de 90%. O sistema misto ensaiado mostrou ser uma configuração promissora, pois promoveu a remoção eficiente de matéria orgânica e de sólidos suspensos. Considera-se, no entanto, a necessidade de se introduzirem modificações no projeto RRLF que permitam o estabelecimento dos processos de nitrificação e desnitrificação nesse reator, uma vez que foi obtida baixa eficiência de nitrificação e, conseqüentemente, a remoção de nitrogênio foi prejudicada. / Integrated anaerobic/aerobic systems have been considered feasible alternatives concerning technical and economic aspects for treating domestic wastewaters. This paper presents the results obtained from the operation of this new reactor configuration, made up of a central unit - an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB), with a working volume of 286 L, associated to a radial-flow aerobic immobilized-biomass (RAIB), with a working volume of 215 L. The RAIB reactor circles the solid/liquid/gas separation zone. The main modification in the UASB reactor concerns this association with the RAIB. The UASB effluent was distributed through openings along its side walls to the RAIB, allowing the elimination of collecting channels and feeding devices from the latter reactor. The objective of this work was to promote organic matter (raw and soluble) and nitrogen removal from domestic sewage. Organic matter (as COD) and volatile suspended solids removal achieved efficiencies of 80% and 89%, respectively. Under stable operational conditions, the system effluent presented COD and volatile suspended solids values of 110 mg/L and 16 mg/L, respectively. Efficiencies of 90% for COD and volatile suspended solids removal were achieved with a organic loading rate of 4,0 Kg COD.m-3.d-1. This integrated system has shown to be a valid configuration, efficiently removing organic matter and suspended solids from the domestic wastewater. However, contrarily to expectations based on the previous studies with RAIB, nitrification was poor. Therefore, modifications to the RAIB design must be considered for the establishment of nitrogen removing processes.

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio, para tratamento de água residuária, têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho consiste no desenvolvimento de nova configuração para um sistema, com dois reatores operados seqüencialmente, composto por Reator Misto Radial de Leito Fixo para tratamento e nitrificação de esgoto sanitário e Reator Anóxico Horizontal de Leito Fixo para desnitrificação da água residuária. O RMRLF mostrou ser uma configuração promissora, promoveu a remoção de matéria orgânica, favoreceu a transferência de oxigênio dissolvido devido à distribuição das espumas em seções circuncêntricas, obteve boa nitrificação e possibilitou a desnitrificação simultânea com a nitrificação. O RAHLFa obteve baixa eficiência no processo de desnitrificação. O bom desempenho do sistema é decorrente, principalmente, da operação do RMRLF e apresentou eficiências de 88%, 86% e 95% na remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio, retenção de sólidos suspensos voláteis e nitrificação, respectivamente. O efluente final do sistema atingiu valores de demanda química de oxigênio, sólidos suspensos voláteis, nitrito e nitrato de 41 mg.l-1, 8 mg.l-1, 0,3 mg.l-1 e 16,7 mg.l-1, respectivamente. No efluente final não foi detectada a presença de nitrogênio amoniacal. / The combined, anaerobic/aerobic systems for wastewater treatment, are considered as possible alternatives from the technical-economical perspective, in relation to the traditional systems. The data obtained on the development and operation of a new system configuration of two reactor sequentially operated, composed of a Radial Flow Anaerobic/Aerobic Immobilized Biomass reactor (RFAAIB) for domestic sewage treatment and a Horizontal-flow Anoxic Immobilized Biomass (HAIBa) for wastewater denitrification are presented. The RFAAIB reactor was found to be a very promising configuration for promoting the organic matter removal, due to its round shape distribution of the foam matrix it favored the dissolved oxygen transfer, obtaining good nitrification and making possible to achieve simultaneous nitrification and denitrification. The HAIBa reactor obtained low efficiency in the denitrification process. The good system performance is mainly due to the RFAAIB reactor it achieved efficiency of 88%, 86% and 95% in the biochemical oxygen demand reduction process, volatile suspended solids retention and nitrification, respectively. The system final effluent achieved chemical oxygen demand, volatile suspended solids, nitrite and nitrate values of 41 mg.l-1, 8 mg.l-1, 0,3 mg.l-1 and 16,7 mg.l-1, respectively. In the final effluent no ammonium nitrogen was detected.

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio, para tratamento de água residuária, têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho consiste no desenvolvimento de nova configuração para um sistema, com dois reatores operados seqüencialmente, composto por Reator Misto Radial de Leito Fixo para tratamento e nitrificação de esgoto sanitário e Reator Anóxico Horizontal de Leito Fixo para desnitrificação da água residuária. O RMRLF mostrou ser uma configuração promissora, promoveu a remoção de matéria orgânica, favoreceu a transferência de oxigênio dissolvido devido à distribuição das espumas em seções circuncêntricas, obteve boa nitrificação e possibilitou a desnitrificação simultânea com a nitrificação. O RAHLFa obteve baixa eficiência no processo de desnitrificação. O bom desempenho do sistema é decorrente, principalmente, da operação do RMRLF e apresentou eficiências de 88%, 86% e 95% na remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio, retenção de sólidos suspensos voláteis e nitrificação, respectivamente. O efluente final do sistema atingiu valores de demanda química de oxigênio, sólidos suspensos voláteis, nitrito e nitrato de 41 mg.l-1, 8 mg.l-1, 0,3 mg.l-1 e 16,7 mg.l-1, respectivamente. No efluente final não foi detectada a presença de nitrogênio amoniacal. / The combined, anaerobic/aerobic systems for wastewater treatment, are considered as possible alternatives from the technical-economical perspective, in relation to the traditional systems. The data obtained on the development and operation of a new system configuration of two reactor sequentially operated, composed of a Radial Flow Anaerobic/Aerobic Immobilized Biomass reactor (RFAAIB) for domestic sewage treatment and a Horizontal-flow Anoxic Immobilized Biomass (HAIBa) for wastewater denitrification are presented. The RFAAIB reactor was found to be a very promising configuration for promoting the organic matter removal, due to its round shape distribution of the foam matrix it favored the dissolved oxygen transfer, obtaining good nitrification and making possible to achieve simultaneous nitrification and denitrification. The HAIBa reactor obtained low efficiency in the denitrification process. The good system performance is mainly due to the RFAAIB reactor it achieved efficiency of 88%, 86% and 95% in the biochemical oxygen demand reduction process, volatile suspended solids retention and nitrification, respectively. The system final effluent achieved chemical oxygen demand, volatile suspended solids, nitrite and nitrate values of 41 mg.l-1, 8 mg.l-1, 0,3 mg.l-1 and 16,7 mg.l-1, respectively. In the final effluent no ammonium nitrogen was detected.