O trabalho constou de um estudo experimental de transferência de calor em reator de leito fixo e de estudo de simulação matemática do reator industrial. Foi proposto e testado um novo tipo de sensor anelar de temperatura, de fácil construção, que permite filtrar as flutuações aleatórias de temperatura observadas em leitos fixos quando se usam sensores pontuais. Os parâmetros efetivos foram estimados usando-se o modelo bidimensional com dispersão axial. Uma análise de sensibilidade paramétrica deste modelo permitiu explicar o ajuste pobre que o coeficiente de dispersão axial costuma apresentar. Os estudos de simulação do reator de oxidação de eteno mostraram que estrategias de diluição de atividade catalítica do leito podem aumentar a faixa de operação segura do reator, e que a simples mistura de partículas catalíticas e inertes pode, entretanto, levar a ocorrência de pontos quentes localizados. O ajuste de certos parâmetros térmicos e cinéticos do modelo frente a medidas experimentais possibilitou representar adequadamente o comportamento de um reator industrial.

Mathematical modeling of fixed-bed catalytic reactor was the main scope of this work. A new type of ring-shaped temperature sensor in experimental studies on fixed-bed heat transfer is proposed. This ring-shaped sensor is easy-to-build and allows to filter randomic temperature fluctuations observed when point sensors are used. Radial effective thermal parameters were estimated by using an axially dispersed bidimensional model. A parametric sensitivity analysis of this model showed that sensitivity to axial thermal dispersion coefficient is very small, a result which explains the poor estimation of this parameter. Simulation studies on ethylene oxide reactor demonstrated that catalyst dilution strategies may extend significantly the reactor operability range by reducing reactor sensitivity. However, when a catalytic bed is diluted by simple mixture of inert and catalytic particles, local hot spots may occur at the agglomerations of active particles. By adjusting some kinetic and thermal parameters the mathematical model could represent adequately the behaviour of an industrial reactor.