Modelagem da difusão intrapartícula para predição da cinética da esterificação catalítica heterogênea de ácido acético e isopropanol empregando Nb2O5
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Data
2020-09-29Primeiro membro da banca
Coutinho, Elisa Barbosa
Segundo membro da banca
Silveira, Christian Luiz da
Metadata
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A reação de esterificação é um dos mais importantes processos de síntese orgânica em fase líquida, uma vez que os ésteres possuem muitas aplicações na indústria química. O acetato de isopropila, por exemplo, é empregado como solvente em resinas sintéticas, fragrâncias e tintas de impressão. Os ésteres podem ser obtidos em várias reações químicas, no entanto são frequentemente sintetizados via reação de esterificação de Fischer. O óxido de nióbio foi reportado pela literatura como um eficiente catalisador para esterificação. Suas propriedades físico-químicas, tais como área específica e acidez, são altamente dependentes das condições de tratamento térmico, devido às alterações que ocorrem na estrutura do óxido em elevadas temperaturas e consequentemente afetam a atividade catalítica do óxido de nióbio. Existem poucos estudos na literatura que utilizam modelos difusionais em catálise heterogênea. Um modelo de difusão intrapartícula foi desenvolvido para explicar a cinética da esterificação do ácido acético com isopropanol, catalisada por óxido de nióbio. As equações cinéticas foram definidas pelos modelos pseudo-homogêneo (PH), Eley-Rideal (ER) e Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW). Os parâmetros cinéticos e de adsorção foram estimados usando otimização por enxame de partículas e mínimos quadrados não lineares. Aproximações por diferenças finitas foram aplicadas para resolver as equações diferenciais parciais presentes no modelo. O aumento da temperatura de calcinação ocasionou alterações na estrutura do Nb2O5, bem como redução na área específica, volume médio dos poros e acidez. Os óxidos calcinados a 150 e 350 °C apresentaram atividade catalítica semelhantes, no entanto foi desprezível para o óxido calcinado a 550 ° C. Os resultados mostraram que a conversão aumentou com o aumento da temperatura e massa de catalisador. Não foi observada diferença na conversão com o aumento da velocidade de agitação. Os valores dos parâmetros cinéticos e de transferência de massa foram semelhantes aos reportados pela literatura. O modelo LHHW previu melhor a cinética da reação do que o PH e o ER. Através de um planejamento de experimentos, foi desenvolvido um modelo empírico correlacionando a conversão com as variáveis operacionais. Os gráficos do modelo empírico em função das variáveis operacionais indicaram que temperatura, razão molar e a interação entre essas duas variáveis são os fatores mais significativos para o processo.
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