The pH is an important parameter in anaerobic reactors, may influence the rate of hydrogen production and inhibit the action of microorganisms hidrogenotróficos, it may affect the activity of hydrogenase as well as the route of metabolism. In this context, the present research aimed to study the best operating condition in relation to the pH factor in Anaerobic Fluidized Bed Reactor (RALF) for enhanced biological production of hydrogen from wastewater processing cassava (manipueira) plus supplements. The reactor used in laboratory scale possessed height of 190 cm and total volume 4192 cm3 net volume used was 2.7 L. It was used as support material for microbial adhesion, expanded clay having a diameter of 2.8 to 3.35 mm. For starting the reactor was used as the inoculum, an anaerobic lagoon sludge that was liquid swine waste, it has undergone a heat treatment so that there was a selection of microorganisms, resulting mainly in anaerobic hidrogenotróficos . It was used for room temperature operation of the reactor (25 to 30°C), and the hydraulic retention time (HRT) was applied 2 h. For substrate (cassava), took it a Chemical Oxygen Demand (COD) theoretical initial 4000 mg.L- 1. For this study we evaluated different pH values in the range 4.0 to 5.3 . In this sense, according to the results obtained can be said that the experiment was effective for biohydrogen production from cassava in RALF, observing an optimum pH of 4.9 with a production volume checked 0,31 L/h/L and 3.5 mol H2/mol yield glucose, a conversion rate of hydrogen in cassava 88%. The route of butyric acid fermentation is the most prevalent in this pH value. The percentages of metabolites soluble in this pH were: 4% acetic acid, 54% butyric acid, 4% propionic acid, 22% caproic acid and 16% ethanol. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O pH é um parâmetro fundamental em reatores anaeróbios, podendo influenciar na velocidade de produção de hidrogênio e inibir a ação de microrganismos hidrogenotróficos, pois pode afetar a atividade da hidrogenase, bem como na via de metabolismo. Neste contexto, a presente pesquisa objetivou estudar a melhor condição operacional em relação ao fator pH em Reator Anaeróbio de Leito Fluidificado (RALF) para uma maior produção biológica de hidrogênio a partir da água residuária do processamento da mandioca (a manipueira) acrescida de suplementos. O reator utilizado, em escala de laboratório, possuía altura de 190 cm e volume total 4192 cm3, o volume útil utilizado foi 2,7 L. Utilizou-se, como material suporte para adesão microbiana, a argila expandida com diâmetro de 2,8 à 3,35 mm. Para a partida do reator utilizou-se, como inóculo, lodo de uma lagoa anaeróbia que tratava resíduo líquido de suinocultura, o mesmo passou por um tratamento térmico para que houvesse uma seleção de microrganismos, resultando principalmente nos anaeróbios hidrogenotróficos. Utilizou-se a temperatura ambiente para a operação do reator (25 a 30 °C), e o Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) aplicado foi de 2h. Para o substrato (manipueira), adotou-se uma Demanda Química de Oxigênio (DQO) teórica inicial de 4000 mg.L-1. Para este estudo foram avaliados diferentes valores de pH, na faixa de 4,0 a 5,3. Neste sentido, de acordo com os resultados verificados pode-se dizer que a realização do experimento foi eficiente para a produção de biohidrogênio a partir da manipueira em RALF, observando-se um pH ótimo de 4,9 com uma produção volumétrica verificada de 0,31 L/h/L e rendimento de 3,5 mol H2/mol glicose, a uma taxa de conversão de manipueira em hidrogênio de 88%. A rota fermentativa do ácido butírico foi a que predominou neste valor de pH. As percentagens dos metabólitos solúveis no pH de 4,9 foram: 4% de ácido acético, 54% de ácido butírico, 4% de ácido propiônico, 22% de ácido capróico e 16% de etanol.

Des études numériques ont montré que la taille de la cellule de maillage peut avoir un effet drastique sur la modélisation du lit fluidisé circulant avec des petites particules. En effet, la taille de la cellule doit être de l’ordre de quelques diamètres de particules pour prédire avec précision le comportement dynamique d’un lit fluidisé. En conséquence, les simulations numériques d’ Euler-Euler des processus industriels sont généralement effectuées avec des grilles trop grossières pour permettre la prédiction des effets de ségrégation locale. La modélisation appropriée, qui prend en compte l’influence des structures non résolues, a déjà été proposée pour les simulations monodispersés. Dans ce travail, l’influence des structures non résolues sur un mélange binaire de particules est analysée et on propose des modèles pour tenir compte de cet effet dans des simulations de lit fluidisé polydispersés. Pour atteindre cet objectif, des simulations Euler-Euler de références sont réalisées avec un raffinement du maillage aboutissant à une solution indépendante de la taille de la cellule. Ce type de simulation numérique est très coûteux et se limite à des configurations très simples. Dans ce travail, la configuration se consiste en un lit circulant périodique 3D, qui représente la région établie d'un lit circulant. Parallèlement, une approche filtrée est développée où les termes inconnus, appelés contributions de sous-maille, doivent être modélisés. Les filtres spatiaux peuvent être appliqués aux résultats de simulation de référence afin de mesurer chaque contribution de sous-maille apparaissant dans l’approche théorique filtrée. Une analyse est réalisée afin de comprendre et de modéliser l’effet de la contribution des termes de sous-maille. L’opération de filtrage fait apparaître de nouveaux termes, les termes de sous-maille. Un terme filtré est la somme d’un terme résolu, obtenus à partir des champs filtrés, et d’ un terme de sous-maille. L’analyse de l’équation filtrée de quantité de mouvement montre que les contributions résolues de la traînée des particules fluides et la collision entre particules surestiment les effets de transferts de quantité de mouvement filtrés. L’analyse de l’équation filtrée de l’énergie cinétique des particules montre que la production résolue par le cisaillement moyen et par le mouvement relatif moyen des particules sous-estime contribution filtrée. Des modèles fonctionnels sont proposés pour les contributions de sous-maille de la traînée et des collisions inter-particule. / Detailed sensitivity numerical studies have shown that the mesh cell-size may have a drastic effect on the modelling of circulating fluidized bed with small particles. Typically, the cell-size must be of the order of few particle diameters to predict accurately the dynamical behaviour of a fluidized bed. Hence, the Euler-Euler numerical simulations of industrial processes are generally performed with grids too coarse to allow the prediction of the local segregation effects. Appropriate modelling, which takes into account the influence of unresolved structures, have been already proposed for monodisperse simulations. In this work, the influence of unresolved structures on a binary mixture of particles is investigated and models are proposed to account for those effect on bidisperse simulations of bidisperse gas-solid fluidized bed. To achieve this goal, Euler-Euler reference simulations are performed with grid refinement up to reach a mesh independent solution. Such kind of numerical simulation is very expensive and is restricted to very simple configurations. In this work, the configuration consists of a 3D periodical circulating fluidized bed, that could represent the established zone of an industrial circulating fluidized bed. In parallel, a filtered approach is developed where the unknown terms, called sub-grid contributions, appear. They correspond to the difference between filtered terms, which are calculated with the reference results then filtered, and resolved contributions, calculated with the filtered fields. Then spatial filters can be applied to reference simulation results to measure each sub-grid contribution appearing in the theoretical filtered approach. A budget analysis is carried out to understand and model the sub-grid term. The analysis of the filtered momentum equation shows that the resolved fluid-particle drag and inter-particle collision are overestimating the momentum transfer effects. The analysis of the budget of the filtered random kinetic energy shows that the resolved production by the mean shear and by the mean particle relative motion are underestimating the filtered ones. Functional models are proposed for the subgrid contributions of the drag and the inter-particle collision.

Cette étude s’inscrit dans le cadre du développement d’une nouvelle technologie de concentration du CO2 intégrée à la cimenterie. Le principe de cette technologie repose sur une décarbonatation de la matière crue par contact avec un solide caloporteur dans un procédé innovant qui conduit à un dégagement de CO2 pur à haute température. Ce CO2 pourra ensuite être stocké dans le sous-sol ou valorisé chimiquement. L’objectif de ce travail est d’étudier la décarbonation du cru dans les conditions opératoires qui simulent le plus fidèlement possible la nouvelle unité industrielle. D’abord, la cinétique de décarbonation est étudiée en thermobalance sur des échantillons de poudre de CaCO3 pur qui est le composé majoritaire du cru. Les résultats conduisent à une meilleure compréhension des phénomènes qui pilotent la réaction ainsi qu’à l’élaboration des lois cinétiques permettant de prédire l’effet de la température entre 600 °C et 930 °C, et de la pression partielle de CO2 entre 0 atm et 1 atm sur l’avancement de la réaction. Ensuite, les interactions pouvant se produire entre le CaCO3 et les autres solides qui composent un cru industriel, lors de sa calcination sous atmosphère de CO2 pur, sont étudiées sur le plan cinétique (thermobalance), thermodynamique (simulations) et morphologique (DRX et DRX in situ). Enfin, dans le but de simuler la décarbonatation du cru et son élutriation dans le procédé réel, et en particulier dans la partie basse du nouveau calcinateur, un pilote fonctionnant à chaud a été réalisé au cours de ce travail. Il permet d’effectuer la décarbonatation du cru alimenté en discontinu et en continu dans un lit de média fluidisé (clinker ou olivine). Ont été examinées les influences de la température, de la vitesse de gaz, du débit de solide et de la nature du gaz de fluidisation (CO2 pur ou mélange air/CO2) sur les phénomènes hydrodynamiques (élutriation, accumulation, temps de séjour …), les interactions cru-média et le degré d’avancement de la réaction de décarbonatation. / This study concerns a new CO2 concentration technology integrated into the cement plant. This technology consists in the raw mix decarbonation, induced by its contact with a solid medium in charge of the heat transfer, in an innovative process leading to the emission of pure CO2 at high temperature. This pure gas may be stored underground or used as chemical reactant. This work consists in the study of the decarbonation reaction of the raw mix in operating conditions that are similar to the ones of the new industrial unit. First, the decarbonation kinetics is studied by thermogravimetric analysis on pure CaCO3 powder samples. CaCO3 is the main component of the raw mix. The results led to a better comprehension of the phenomena driving the reaction kinetics and to the determination of kinetic laws in good agreement with the data obtained between 600 °C and 930 °C, and for a partial pressure of CO2 between 0 atm and 1 atm. Then, the interactions between the CaCO3 and the other solids in an industrial raw mix, occurring during its calcination in pure CO2 atmosphere, are studied kinetically (TGA), thermodynamically (simulations) and morphologically (XRD and in situ XRD). Eventually, an experimental device working at high temperatures was built for this study in order to simulate the decarbonation reaction of the raw mix and its elutriation in the real process. This device allows calcining the raw mix in a fluidized bed of media (clinker or olivine). The influences of the fluidized bed temperature, the fluidizing gas velocity, the solid feed rate and the fluidizing gas composition (pure CO2 or air/CO2 mixes) on the hydrodynamic phenomena (elutriation, accumulation, residence time …) , the raw mix-media interactions and the conversion degree are studied.

Alguns conceitos de biorrefinarias estão baseados em processos termoquímicos, sendo a pirólise rápida um dos mais promissores desses processos. Os produtos da pirólise rápida são: o bio-óleo, gases combustíveis e carvão, sendo a distribuição típica de 50:30:20 em base mássica. O bio-óleo é o principal produto, e pode ser diretamente usado como combustível, ou pós-processados para a obtenção de químicos de maior valor agregado. O aquecimento com micro-ondas, amplamente empregado na química verde, começa a ser estudado como uma alternativa de aquecimento. Entretanto os rendimentos alcançados em bio-óleo são inferiores aos obtidos pela pirólise rápida convencional, devido essencialmente às suas baixas taxas de aquecimento. Para resolver esse problema esta tese está propondo a utilização de absorvedores de micro-ondas para auxiliar no processo de aquecimento, e também permitir a alimentação semi-contínua e contínua de biomassa ao processo. O uso de leito fluidizado e catalisadores pode ser integrado a esse conceito. As condições de pirólise-rápida são alcançadas devido ao aumento da taxa de aquecimento da biomassa, que passa a ser aquecida de forma híbrida pelo mecanismo de condução de calor através das partículas de absorvedores de micro-ondas aquecidos, e diretamente através do aquecimento dielétrico por micro-ondas. O aumento das taxas de aquecimento resulta em maiores velocidades de reação, possibilitando um aumento de rendimento em bio-óleo. Esse conceito foi testado experimentalmente em uma unidade em escala de bancada para o processamento de biomassas residuais e microalgas, usando carbeto de silício (SiC) como absorvedor de micro-ondas. Foram verificadas elevadas taxas de aquecimento, sendo a biomassa aquecida e os voláteis removidos do reator quase instantaneamente. Foram obtidos 65% e 64% em rendimentos de bio-óleo para a serragem de madeira e farelo de sabugo de milho, respectivamente. O mesmo sistema foi utilizado para testar a pirólise rápida catalítica. Microalgas foram processadas com e sem a presença de HZSM-5. Rendimentos de 57% e 59% em bio-óleo foram alcançados para Chlorella sp. e Nannochloropsis, respectivamente. Verificaram-se maiores rendimentos comparados com a literatura. Esses resultados indicam que o conceito de pirólise rápida com aquecimento por micro-ondas é tecnicamente viável, necessitando de estudos complementares para evidenciar a sua viabilidade econômica. / Some concepts of biorefineries are based on thermochemical processes and fast pyrolysis is one of the most promising of these processes. The fast pyrolysis products are biooil, fuel gas and char, with typical distribution of 50:30:20 in weight basis. The bio-oil is the main product, and it can be directly used as fuel, or post-processed in order to obtain higher value added chemicals. The microwave heating, widely used in green chemistry, begins to be studied as an alternative heating. However the yields achieved in bio-oil are lower than those obtained by the conventional fast pyrolysis, mainly due to its low heating rates. To solve this problem this thesis is proposing the use of microwave absorbers to improve the heating process, and that also allow semi-continuous and continuous feeding of biomass to the process. The use of fluidized bed and catalysts can be integrated into this concept. The fast pyrolysis conditions are achieved due to increased heating rate of biomass, which becomes heated in a hybrid way by heat conduction mechanism from heated microwave absorbers, and directly through the dielectric heating from microwaves. The increase in heating rates results in higher reaction rates, allowing higher yields of bio-oil. This concept has been experimentally tested in a bench scale unit for processing waste biomass and microalgae using silicon carbide (SiC) as a microwave absorber. High heating rates were observed, the heated biomass and the volatiles were removed from the reactor almost instantaneously. A maximum bio-oil yield of 65% and 64% was obtained for wood sawdust and corn stover, respectively. The same system was used to test the catalytic fast pyrolysis. Microalgae were processed with and without the presence of HZSM-5. Yields of 57% and 59% of bio-oil were achieved for Chlorella sp. and Nannochloropsis, respectively. Higher yields of bio-oil were observed compared to the literature. These results suggest that the concept of fast microwave-assisted pyrolysis is technically feasible, requiring further studies to demonstrate its economic viability.

Resumo: Neste trabalho foi construído e desenvolvido um secador de leito pulso-fluidizado que utilizou partículas inertes para a secagem de pastas e polpas de frutas. O sistema permitia o controle da vazão do ar de fluidização e de sua temperatura, da pulsação do ar e da vazão de injeção de pasta. Foram determinadas as curvas de fluidização de partículas de vidro e teflon no leito pulso-fluidizado sob diferentes configurações, bem como suas velocidades de mínima fluidização, as quais demonstraram-se próximas às curvas de um secador fluidizado convencional. Experimentos para a avaliação da agitação das partículas foram realizados para que fossem encontradas as melhores condições, determinando-se a existência ou não de pontos mortos no leito. Foi visto que as partículas pertenciam ao grupo D, segundo a classificação de Geldart (1973). Pasta de gesso foi seca no secador pulso-fluidizado para avaliação da produção de pó e do hold-up das esferas nas diferentes condições de operação, as quais tiveram como variáveis os períodos de injeção (fase ativa e inativa), ângulo da válvula borboleta que dava acesso do ar ao leito, temperatura do ar de secagem, velocidade do ar e vazão de pasta no leito. Foi observado que todas as variáveis testadas apresentaram influência na produção de pó e na quantidade de material aderido às partículas inertes. O secador pulsofluidizado foi testado também na secagem de suco e pastas de limão, maltodextrina e tomate, mostrando problemas de adesividade e, no caso de derivados de limão, aglomeração das partículas e colapso do leito. O secador foi utilizado ainda como vibro-fluidizado, quando o sistema de pulsação foi desligado e um sistema de vibração por eixos excêntricos foi acionado, constatando-se que o mesmo apresentou rendimento inferior ao pulso-fluidizado. Um secador do tipo spray dryer foi usado para a secagem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: For this work, a pulse fluidized bed drier that used inert particles for drying pastes and fruit pulps was constructed and developed. The system allowed for the control of fluidized air flow and its temperature, the air pulses and the paste injection flow. The fluidization curves and minimum velocity of fluidization of glass and Teflon particles were determined in the pulse fluidized bed. Experiments to evaluate the agitation of particles were done to find the best agitation conditions, determining the existence or not of dead spots in the bed. It was seen that the particles belonged to D group, as per Geldart (1973) classification. Plaster paste was dried in the pulse fluidized dryer to evaluate the production of powder and hold-up of the spheres under different operational conditions which were variations of the periods of paste injection (active and inactive phase), angle of the butterfly valve which gave air access to the bed, air drying temperature, air speed and paste flow. All tested variables influenced the powder production and the amount of material adhered to inert particles. The pulse fluidized bed drier was also tested for drying lemon juice and paste, maltodextrina and tomato, showing adhesive problems and, with the lemons, an agglomeration of particles and a collapsed bed. The dryer was also used as a vibro fluidized bed when the pulsation system was turned off and a vibration system with eccentric axles was set in motion, it was seen that the vibro fluidized bed had a lower yield than the pulse fluidized bed. A spray drier was used to dry lemon juice with maltodextrina, and it was found that a minimum of 65% of additional maltodextrina was needed. Physic-chemical testes were done from the powders obtained from the spray drying. These testes were for humidity, flowability, degree of agglomeration, higroscopicity, dispersibility, color determination and water activity... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Javier Telis Romero / Coorientador: João Cláudio Thoméo / Banca: Luis Alexandre Pedro de Freitas / Banca: Maria Aparecida Mauro / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3098.pdf: 1417506 bytes, checksum: d76dc7e35f541c6cd4db9d1dc651dd85 (MD5) Previous issue date: 2010-06-22 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work was studied the process of removal of ions has covered simulated effluent gifts in watery having used electrochemical reactor of fluidized stream bed and of stream bed of I gush out whose porous cathodes were composites for conducting copper particles. Applying an factorial planning Box-Behnken the effect of the electric chain had been studied, electrolyte concentration have supported and expansion of the stream bed for the electrode of fluidized stream bed and the effect of the electric chain, thickness of the reactor, distance of the central canal and the electrolyte concentration has supported for the electrode of stream bed of gushes out on the efficiency of chain (EC), income space-time (YC) and energy consumption (CE) of the process for both the reactors. The results had been analyzed statistical and the effect of each variable on the studied answers was made using reply surfaces. It was verified that for the electrode of fluidized stream bed all the studied variable are influential as much in linear terms, quadratic and interactive. The electrolyte concentration was the variable most significant in all the 0 variable reply, while for ECC and YC, was observed that the expansion did not have a significant effect when was applied a chain of 4,0A, however, case had a great increase of the energy consumption in this. For the current greater the increase of the expansion caused a great increase of the ECC and the YC, which had mainly to the improvement of the mass transport; in the case of the energy consumption, also it had a reduction of its value almost that for the half. The condition of excellent for the process of electroplating in ELF is of bigger electrolyte concentration has supported current greater and bigger expansion. In these conditions a high value of ECC and YC occurs simultaneously, with a low value of CEC still considered. In the case of the ELJ, the independent variable distance of the central canal, did not influence in the behavior of the variable reply, indicating that the tax of solid circulation did not have influence on the process. The thickness of the electrode was very significant, being that an increase of the ECC occurs for lesser thicknesses and current greaters that an increase of the income of the electrochemical reactor in terms of the electroplating promotes. The best conditions of process that simultaneously optimize the ECC, YC and CEC for ELJ, are of current greater, lesser thickness of stream bed and greater electrolyte concentration has supported. / Neste trabalho foi estudado o processo de remoção de íons cobre presentes em efluentes aquosos simulados utilizando reator eletroquímico de leito fluidizado (ELF) e de leito de jorro (ELJ) cujos cátodos porosos eram compostos por partículas condutoras de cobre. Aplicando-se um planejamento fatorial Box-Behnken foram estudados os efeitos da corrente elétrica, concentração de eletrólito suporte e expansão do leito para o eletrodo de leito fluidizado e os efeitos da corrente elétrica, espessura do reator, distância do canal central e a concentração de eletrólito suporte para o eletrodo de leito de jorro sobre a eficiência de corrente (EC), rendimento espaço-tempo (Y) e consumo energético (CE) do processo para ambos os reatores. Os resultados foram analisados estatisticamente e o efeito de cada variável sobre as respostas estudadas foi feito utilizando-se superfícies de resposta. Verificou-se que para o eletrodo de leito fluidizado todas as variáveis estudadas são influentes tantos em termos lineares, quadráticos e interativos. A concentração de eletrólito foi a variável mais significativa em todas as variáveis resposta, enquanto para ECC e YC, observou-se que a expansão não teve um efeito significativo quando foi aplicada uma corrente de 4,0 A, porém, houve um grande aumento do consumo energético neste caso. Para a maior corrente o aumento da expansão causou um grande aumento da ECC e do YC, devido principalmente à melhoria do transporte de massa; no caso do consumo energético, também houve uma redução de seu valor quase que pela metade. A condição de ótimo para o processo de eletrodeposição em ELF é de maior concentração de eletrólito suporte, maior corrente e maior expansão. Nestas condições ocorre simultaneamente um valor elevado de ECC e YC, com um valor de CEC ainda considerado baixo. No caso do ELJ, a variável independente distância do canal central, não influenciou no comportamento das variáveis resposta, indicando que a taxa de circulação de sólidos não teve influência sobre o processo. A espessura do eletrodo foi muito significativa, sendo que um aumento da ECC ocorre para menores espessuras e maiores correntes, que promove um aumento do rendimento do reator eletroquímico em termos da eletrodeposição. As melhores condições de processo que otimizam simultaneamente a ECC, YC e CEC para ELJ, são as de maior corrente, menor espessura de leito e maior concentração de eletrólito suporte.

A necessidade de atendimento à legislação ambiental aumenta a necessidade da implantação de aterros sanitários. Associada à adequada disposição dos resíduos a legislação vigente também exige maiores eficiências no tratamento do lixiviado gerado nos aterros sanitários. A alta concentração de poluentes e a diversidade de compostos existentes no lixiviado apresentam necessidade de melhores sistemas e equipamentos para o adequado tratamento destes resíduos líquidos. Uma das mais promissoras tecnologias é o uso de sistemas anaeróbios de fluxo ascendente com leito fluidizado, devido à característica operacional destes sistemas que aumentam o tempo de contato entre a biomassa e o efluente, com melhora na eficiência global do tratamento, além da redução do tamanho dos reatores necessários. Associado a isto, sistemas de membranas tem sido objeto de pesquisas em sistemas de tratamento de efluentes, pois além da retenção de biomassa, o efluente final de um sistema de membranas tem possibilidade de reuso em função de suas excepcionais características físico-químicas. Para avaliação desta possibilidade foi feito o desenvolvimento de um reator anaeróbio de leito fluidificado associado a um sistema de membranas de microfiltração. O leito do reator anaeróbio foi constituído de areia de rio com granulometria 28/35Mesh. A vazão ascensional de alimentação do leito apresentou resultados de velocidades ascensionais de 0,00629 m.s-1 segundo Leva. Considerando a seção transversal do reator livre o resultado da velocidade ascensional foi 0,0099 m.s-1. A velocidade ascensional calculada através de Leva foi 63% da velocidade ascensional calculada através da seção transversal do reator. O tempo de residência hidráulica no interior do reator foi de 16,5 a 33,0 horas, durante o experimento. As membranas de microfiltração apresentaram resultados operacionais satisfatórios, tendo sido submetido a limpezas químicas e limpezas com água ao longo do processo. A limpeza química se mostrou mais efetiva na recuperação do fluxo de permeado, que apresentou valor de 62,55 L.m-2.h-1 imediatamente após a limpeza, enquanto que o valor após a limpeza com água foi de 14 Lm-2.h-1. Apesar destes valores a resistência da membrana ao fluxo foi reduzida em até 91% com a limpeza com água, o que pode ser considerada como uma estratégia viável para períodos curtos na operação do sistema. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-23T18:56:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Paulo A Boff.pdf: 1607938 bytes, checksum: a915f637c8a81295536201e670cd23f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-23T18:56:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Paulo A Boff.pdf: 1607938 bytes, checksum: a915f637c8a81295536201e670cd23f3 (MD5) / The requirements to achieve what is demanded by the environmental laws make important the use of areas for sanitary landfills. The adequate disposal of waste associated with the current legislation also demands larger efficiencies to the treatment processes of the leachate generated in the sanitary landfills. The high concentrations and the different kind of pollutant compounds in the leachate, require more adequate treatment processes to the wastewater. One of the most promising technologies is the use of anaerobic fluidized bed reactors due to the possibility of increasing the contact between the biomass and the wastewater, with improvement in the global efficiency of the treatment, besides the reduction of the size of the reactors. Associated to this, membrane systems have been object of researchers in wastewaters treatment processes, because besides the biomass retention, the final wastewater of a process using membranes shows a possibility of reuse due to the good physical-chemical characteristics. It was made an experimental unit consisted of an anaerobic fluidized bed reactor associated with a microfiltration membranes unit for evaluation of this process. The bed of the anaerobic reactor was constituted of river sand with granulometry of 28/35 Mesh. The feeding flow rate resulted in the upflow velocities 0.000479 m.s-1 and 0.00118m.s-1, according Leva and of 0.00364 m.s-1, according to Ergun. It was calculated a upflow velocity of 0.0099 m.s-1 when was considered only the cross-sectional area. The upflow velocity calculated by Ergun equation was 63% that calculated using the cross-sectional area, only. The hydraulic detention time laid in the range of 16.5 to 33.0 hours, during the experiment. The system of membranes presented satisfactory operational results, having been submitted to chemical cleanings and cleanings with water along the process. The chemical cleaning was better than water when executed in the recovery of the flow of having permeated. The permeate flux value was 62.55 L.m-2.h-1 immediately after the chemical cleaning, while the value after the cleaning with water reaching 14 L.m-2.h-1. Despite these flux values, the membrane resistances during the operation time were reduced in up to 91% with the cleaning with water only, proving the viability of this strategy cleaning for short periods in the operation of these systems.

Alguns conceitos de biorrefinarias estão baseados em processos termoquímicos, sendo a pirólise rápida um dos mais promissores desses processos. Os produtos da pirólise rápida são: o bio-óleo, gases combustíveis e carvão, sendo a distribuição típica de 50:30:20 em base mássica. O bio-óleo é o principal produto, e pode ser diretamente usado como combustível, ou pós-processados para a obtenção de químicos de maior valor agregado. O aquecimento com micro-ondas, amplamente empregado na química verde, começa a ser estudado como uma alternativa de aquecimento. Entretanto os rendimentos alcançados em bio-óleo são inferiores aos obtidos pela pirólise rápida convencional, devido essencialmente às suas baixas taxas de aquecimento. Para resolver esse problema esta tese está propondo a utilização de absorvedores de micro-ondas para auxiliar no processo de aquecimento, e também permitir a alimentação semi-contínua e contínua de biomassa ao processo. O uso de leito fluidizado e catalisadores pode ser integrado a esse conceito. As condições de pirólise-rápida são alcançadas devido ao aumento da taxa de aquecimento da biomassa, que passa a ser aquecida de forma híbrida pelo mecanismo de condução de calor através das partículas de absorvedores de micro-ondas aquecidos, e diretamente através do aquecimento dielétrico por micro-ondas. O aumento das taxas de aquecimento resulta em maiores velocidades de reação, possibilitando um aumento de rendimento em bio-óleo. Esse conceito foi testado experimentalmente em uma unidade em escala de bancada para o processamento de biomassas residuais e microalgas, usando carbeto de silício (SiC) como absorvedor de micro-ondas. Foram verificadas elevadas taxas de aquecimento, sendo a biomassa aquecida e os voláteis removidos do reator quase instantaneamente. Foram obtidos 65% e 64% em rendimentos de bio-óleo para a serragem de madeira e farelo de sabugo de milho, respectivamente. O mesmo sistema foi utilizado para testar a pirólise rápida catalítica. Microalgas foram processadas com e sem a presença de HZSM-5. Rendimentos de 57% e 59% em bio-óleo foram alcançados para Chlorella sp. e Nannochloropsis, respectivamente. Verificaram-se maiores rendimentos comparados com a literatura. Esses resultados indicam que o conceito de pirólise rápida com aquecimento por micro-ondas é tecnicamente viável, necessitando de estudos complementares para evidenciar a sua viabilidade econômica. / Some concepts of biorefineries are based on thermochemical processes and fast pyrolysis is one of the most promising of these processes. The fast pyrolysis products are biooil, fuel gas and char, with typical distribution of 50:30:20 in weight basis. The bio-oil is the main product, and it can be directly used as fuel, or post-processed in order to obtain higher value added chemicals. The microwave heating, widely used in green chemistry, begins to be studied as an alternative heating. However the yields achieved in bio-oil are lower than those obtained by the conventional fast pyrolysis, mainly due to its low heating rates. To solve this problem this thesis is proposing the use of microwave absorbers to improve the heating process, and that also allow semi-continuous and continuous feeding of biomass to the process. The use of fluidized bed and catalysts can be integrated into this concept. The fast pyrolysis conditions are achieved due to increased heating rate of biomass, which becomes heated in a hybrid way by heat conduction mechanism from heated microwave absorbers, and directly through the dielectric heating from microwaves. The increase in heating rates results in higher reaction rates, allowing higher yields of bio-oil. This concept has been experimentally tested in a bench scale unit for processing waste biomass and microalgae using silicon carbide (SiC) as a microwave absorber. High heating rates were observed, the heated biomass and the volatiles were removed from the reactor almost instantaneously. A maximum bio-oil yield of 65% and 64% was obtained for wood sawdust and corn stover, respectively. The same system was used to test the catalytic fast pyrolysis. Microalgae were processed with and without the presence of HZSM-5. Yields of 57% and 59% of bio-oil were achieved for Chlorella sp. and Nannochloropsis, respectively. Higher yields of bio-oil were observed compared to the literature. These results suggest that the concept of fast microwave-assisted pyrolysis is technically feasible, requiring further studies to demonstrate its economic viability.

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T00:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marini_Fabio_M.pdf: 5333553 bytes, checksum: 72ac631f4271ce7c21408f1eb72ddb1c (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Os leitos fluidizados são amplamente utilizados em muitas operações nas indústrias químicas, agrícolas, bioquímicas, de geração de energia e em especial petroquímicas. Com o aumento na disponibilidade de computadores, a aplicação de modelos matemáticos para predizer o comportamento de um leito fluidizado segue a mesma tendência, e vários modelos têm sido propostos. Neste trabalho foi abordada a modelagem matemática de simulação de um leito fluidizado. O modelo empregado é baseado na descrição euleriana (contínuo) de ambas as fases, e consiste num conjunto de equações de conservação de massa e momento para cada uma destas. Neste modelo estão contempladas a turbulência (modelo k-epsilon) e mistura multifásica. Para descrever o comportamento das muitas partículas em um contínuo foi utilizada a teoria cinética do escoamento granular, que vem se tornando uma aproximação típica para executar simulações eulerianas. A teoria cinética do escoamento granular é baseada na teoria cinética dos gases. Na teoria cinética do escoamento granular, as interações na fase particulada são levadas em conta, pela contribuição das colisões entre as partículas. Nesta teoria, as colisões são o principal mecanismo de transporte nas propriedades da fase particulada. A geometria e a malha numérica foram geradas utilizando o software ANSYS ICEM CFD. O conjunto de equações diferenciais parciais foi discretizado e resolvido utilizando o software ANSYS CFX 10. A KTGF foi implementada em subrotinas Fortran externas ao código comercial. Os resultados obtidos com as simulações foram por fim validados com os dados experimentais encontrados em SAMUELSBERG e HJERTAGER (1996) / Abstract: Fluidized beds are widely used in many operations in chemical, metallurgical, energy generation and specially in petrochemical industries. With the increase in the availability of computers, the application of mathematical models to predict the behavior of a fluidized bed follows the same trend, and several models have been proposed. In this work, it has been studied mathematical modelling for the fluidized bed simulation. The model utilized is based in the Eulerian (continuum) description for both phases, and is composed of a set of mass conservation and momentum equations, for each phase. In this model are contemplated turbulence (k-epsilon model) and multifasic mixture. To describe the behavior of the several particles in a continuum, it has been used the kinetic theory of granular flow, that is becoming a typical approach to perform eulerian simulations. The kinetic theory of granular flow is based in the kinetic theory of gases. In the kinetic theory of granular flow, the interactions in the particulate phase are taking in account, by the contribution of the colisions between the particles. In this theory, collisions are the main mecanism of transport in the properties of the particulate phase. The geometry and numerical mesh were generated usins ANSYS ICEM CFD software. The set of partial differential equations was discretized and solved using ANSYS CFX 10 software. The KTGF was implemented by Fortran subroutines apart from the commercial code. The results achieved with simulations were validated with experimental data found in SAMUELSBERG and HJERTAGER (1996) / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Alguns conceitos de biorrefinarias estão baseados em processos termoquímicos, sendo a pirólise rápida um dos mais promissores desses processos. Os produtos da pirólise rápida são: o bio-óleo, gases combustíveis e carvão, sendo a distribuição típica de 50:30:20 em base mássica. O bio-óleo é o principal produto, e pode ser diretamente usado como combustível, ou pós-processados para a obtenção de químicos de maior valor agregado. O aquecimento com micro-ondas, amplamente empregado na química verde, começa a ser estudado como uma alternativa de aquecimento. Entretanto os rendimentos alcançados em bio-óleo são inferiores aos obtidos pela pirólise rápida convencional, devido essencialmente às suas baixas taxas de aquecimento. Para resolver esse problema esta tese está propondo a utilização de absorvedores de micro-ondas para auxiliar no processo de aquecimento, e também permitir a alimentação semi-contínua e contínua de biomassa ao processo. O uso de leito fluidizado e catalisadores pode ser integrado a esse conceito. As condições de pirólise-rápida são alcançadas devido ao aumento da taxa de aquecimento da biomassa, que passa a ser aquecida de forma híbrida pelo mecanismo de condução de calor através das partículas de absorvedores de micro-ondas aquecidos, e diretamente através do aquecimento dielétrico por micro-ondas. O aumento das taxas de aquecimento resulta em maiores velocidades de reação, possibilitando um aumento de rendimento em bio-óleo. Esse conceito foi testado experimentalmente em uma unidade em escala de bancada para o processamento de biomassas residuais e microalgas, usando carbeto de silício (SiC) como absorvedor de micro-ondas. Foram verificadas elevadas taxas de aquecimento, sendo a biomassa aquecida e os voláteis removidos do reator quase instantaneamente. Foram obtidos 65% e 64% em rendimentos de bio-óleo para a serragem de madeira e farelo de sabugo de milho, respectivamente. O mesmo sistema foi utilizado para testar a pirólise rápida catalítica. Microalgas foram processadas com e sem a presença de HZSM-5. Rendimentos de 57% e 59% em bio-óleo foram alcançados para Chlorella sp. e Nannochloropsis, respectivamente. Verificaram-se maiores rendimentos comparados com a literatura. Esses resultados indicam que o conceito de pirólise rápida com aquecimento por micro-ondas é tecnicamente viável, necessitando de estudos complementares para evidenciar a sua viabilidade econômica. / Some concepts of biorefineries are based on thermochemical processes and fast pyrolysis is one of the most promising of these processes. The fast pyrolysis products are biooil, fuel gas and char, with typical distribution of 50:30:20 in weight basis. The bio-oil is the main product, and it can be directly used as fuel, or post-processed in order to obtain higher value added chemicals. The microwave heating, widely used in green chemistry, begins to be studied as an alternative heating. However the yields achieved in bio-oil are lower than those obtained by the conventional fast pyrolysis, mainly due to its low heating rates. To solve this problem this thesis is proposing the use of microwave absorbers to improve the heating process, and that also allow semi-continuous and continuous feeding of biomass to the process. The use of fluidized bed and catalysts can be integrated into this concept. The fast pyrolysis conditions are achieved due to increased heating rate of biomass, which becomes heated in a hybrid way by heat conduction mechanism from heated microwave absorbers, and directly through the dielectric heating from microwaves. The increase in heating rates results in higher reaction rates, allowing higher yields of bio-oil. This concept has been experimentally tested in a bench scale unit for processing waste biomass and microalgae using silicon carbide (SiC) as a microwave absorber. High heating rates were observed, the heated biomass and the volatiles were removed from the reactor almost instantaneously. A maximum bio-oil yield of 65% and 64% was obtained for wood sawdust and corn stover, respectively. The same system was used to test the catalytic fast pyrolysis. Microalgae were processed with and without the presence of HZSM-5. Yields of 57% and 59% of bio-oil were achieved for Chlorella sp. and Nannochloropsis, respectively. Higher yields of bio-oil were observed compared to the literature. These results suggest that the concept of fast microwave-assisted pyrolysis is technically feasible, requiring further studies to demonstrate its economic viability.