O presente trabalho refere-se ao desenvolvimento de grânulos a partir de produto seco de A. satureioides obtido por spray drying, em escala semi-industrial, visando a superar as principais limitações tecnológicas apresentadas tais como a higroscopia excessiva do produto, baixa densidade, pequeno tamanho de partícula e instabilidade dos constituintes flavonoídicos frente à luz. Dois métodos foram empregados para a granulação: granulação em leito fluidizado e granulação via seca por desagregação. Estes métodos apresentaram, respectivamente, 15 e 60 % de rendimento do processo, levando a escolha da granulação seca para a produção dos grânulos do produto seco. A granulação seca resultou em grânulos assimétricos, de faixa granulométrica situada entre 0,3 mm e 1,9 mm e de superfície irregular e rugosa. O revestimento destes grânulos foi realizado em leito fluidizado, utilizando três tipos de polímeros, Eudragit® L 30D, Opadry® II e Opadry® AMB.O rendimento médio com o Opadry® II foi de 72 %. O revestimento com Opadry® AMB foi realizado utilizando-se um baixo e alto fluxo do líquido de revestimento, obtendo-se rendimentos de 75 e 85 %, respectivamente. A higroscopia dos grânulos foi avaliada em ambientes com umidade relativa controlada de 65 ou 99 %, comparando-se o comportamento dos grânulos revestidos com o dos grânulos sem a presença de revestimento. Ambos os filmes com Opadry® não protegeram os grânulos frente à umidade. As fotomicrografias por MEV, destes grânulos, revelaram que, ambos os tipos de revestimento, apresentaram superfícies rugosas e com presença de poros explicando, parcialmente, a falta de proteção contra a umidade. O estudo da fotoproteção indica, em um primeiro momento, que o filme de revestimento promove a proteção dos flavonóides frente a ação da luz. A avaliação preliminar da liberação dos flavonóides, a partir dos grânulos, foi realizada em células de fluxo Desaga® com os grânulos sem revestimento e revestidos com Opadry® AMB. A água não demonstrou ser o meio mais favorável para este ensaio. Em meio com pH 1,2 contendo 1 % de laurilsulfato de sódio, os flavonóides quercetina, luteolina e 3-Ometilquercetina foram liberados, respectivamente, após 90 minutos, em 70, 83 e 70 % a partir dos grânulos não revestidos, e 52, 54 e 45 % a partir dos grânulos revestidos com Opadry® AMB, denotando a influência do filme de revestimento sobre o perfil de liberação dos flavonóides. Em seu conjunto, os resultados obtidos nesta primeira abordagem deste tema abrem diversas perspectivas para oaprofundamento do estudo e desenvolvimento de granulados de A. satureioides, a partir de produto seco por spray drying. / The present work was designed to develop granules from Achyrocline satureioides spray dried powders in order to overcome the main technological limitations presented by this herbal raw material: high hygroscopy, low density, small particle diameter and flavonoid sensibility against light. Two methods were employed for granulation, fluidized bed and dry granulation. These methods presented, respectively, 15 and 60 % of process yield, leading to the selection of dry granulation for preparing the granules. By this method, the granules showed 0,3 to 1,9 mm particle mean diameter, rough surface and irregular morphology. For coating the granules, three types of polymers were employed, Eudragit® L30D, Opadry® II and Opadry® AMB, in fluidized bed. The first one resulted in atomizer obstruction becoming non viable its employment. The mean yield coating obtained with Opadry® II was 72 %. The Opadry® AMB was sprayed in low and high rates yielding, respectively, 75 % and 85 %. The hygroscopicity of the granules was evaluated in controlled conditions of 65 % or 99 % RH, comparing the behavior of the coated granules which that presented by non-coated particles. Both Opadry® coatings did not protect the granules against the humidity. The SEM photomicrographis of these granules revealed that both types of coating presented rough and porous surface explaining partially, at least, the lack of protection against the humidity. The preliminary photostability assay indicated, in a first view, that the coating promotes the flavonoid protection. The flavonoid release from the granules was performed in Desaga® flow cell from the non-coated granules and from Opadry® AMB coated granules. Water demonstrated not to be an appropriate media for both tested granules. In pH 1.2 media containing 1 % of sodium lauryl sulfate, the flavonoids quercetin, luteolin and 3-O-methylquercetin were, respectively, released, after 90 minutes, in 70 %, 83 % and 70 % from non coated granules and in 52 %, 54 % and 45 % from Opadry® AMB coated granules, denoting the influence of the coating on the flavonoid release profile. Taken together, the results of this first approach openmay perspectives for more detailed studies on Achyrocline satureioides granules from the corresponding spray dried powders.

O presente trabalho refere-se ao desenvolvimento de grânulos a partir de produto seco de A. satureioides obtido por spray drying, em escala semi-industrial, visando a superar as principais limitações tecnológicas apresentadas tais como a higroscopia excessiva do produto, baixa densidade, pequeno tamanho de partícula e instabilidade dos constituintes flavonoídicos frente à luz. Dois métodos foram empregados para a granulação: granulação em leito fluidizado e granulação via seca por desagregação. Estes métodos apresentaram, respectivamente, 15 e 60 % de rendimento do processo, levando a escolha da granulação seca para a produção dos grânulos do produto seco. A granulação seca resultou em grânulos assimétricos, de faixa granulométrica situada entre 0,3 mm e 1,9 mm e de superfície irregular e rugosa. O revestimento destes grânulos foi realizado em leito fluidizado, utilizando três tipos de polímeros, Eudragit® L 30D, Opadry® II e Opadry® AMB.O rendimento médio com o Opadry® II foi de 72 %. O revestimento com Opadry® AMB foi realizado utilizando-se um baixo e alto fluxo do líquido de revestimento, obtendo-se rendimentos de 75 e 85 %, respectivamente. A higroscopia dos grânulos foi avaliada em ambientes com umidade relativa controlada de 65 ou 99 %, comparando-se o comportamento dos grânulos revestidos com o dos grânulos sem a presença de revestimento. Ambos os filmes com Opadry® não protegeram os grânulos frente à umidade. As fotomicrografias por MEV, destes grânulos, revelaram que, ambos os tipos de revestimento, apresentaram superfícies rugosas e com presença de poros explicando, parcialmente, a falta de proteção contra a umidade. O estudo da fotoproteção indica, em um primeiro momento, que o filme de revestimento promove a proteção dos flavonóides frente a ação da luz. A avaliação preliminar da liberação dos flavonóides, a partir dos grânulos, foi realizada em células de fluxo Desaga® com os grânulos sem revestimento e revestidos com Opadry® AMB. A água não demonstrou ser o meio mais favorável para este ensaio. Em meio com pH 1,2 contendo 1 % de laurilsulfato de sódio, os flavonóides quercetina, luteolina e 3-Ometilquercetina foram liberados, respectivamente, após 90 minutos, em 70, 83 e 70 % a partir dos grânulos não revestidos, e 52, 54 e 45 % a partir dos grânulos revestidos com Opadry® AMB, denotando a influência do filme de revestimento sobre o perfil de liberação dos flavonóides. Em seu conjunto, os resultados obtidos nesta primeira abordagem deste tema abrem diversas perspectivas para oaprofundamento do estudo e desenvolvimento de granulados de A. satureioides, a partir de produto seco por spray drying. / The present work was designed to develop granules from Achyrocline satureioides spray dried powders in order to overcome the main technological limitations presented by this herbal raw material: high hygroscopy, low density, small particle diameter and flavonoid sensibility against light. Two methods were employed for granulation, fluidized bed and dry granulation. These methods presented, respectively, 15 and 60 % of process yield, leading to the selection of dry granulation for preparing the granules. By this method, the granules showed 0,3 to 1,9 mm particle mean diameter, rough surface and irregular morphology. For coating the granules, three types of polymers were employed, Eudragit® L30D, Opadry® II and Opadry® AMB, in fluidized bed. The first one resulted in atomizer obstruction becoming non viable its employment. The mean yield coating obtained with Opadry® II was 72 %. The Opadry® AMB was sprayed in low and high rates yielding, respectively, 75 % and 85 %. The hygroscopicity of the granules was evaluated in controlled conditions of 65 % or 99 % RH, comparing the behavior of the coated granules which that presented by non-coated particles. Both Opadry® coatings did not protect the granules against the humidity. The SEM photomicrographis of these granules revealed that both types of coating presented rough and porous surface explaining partially, at least, the lack of protection against the humidity. The preliminary photostability assay indicated, in a first view, that the coating promotes the flavonoid protection. The flavonoid release from the granules was performed in Desaga® flow cell from the non-coated granules and from Opadry® AMB coated granules. Water demonstrated not to be an appropriate media for both tested granules. In pH 1.2 media containing 1 % of sodium lauryl sulfate, the flavonoids quercetin, luteolin and 3-O-methylquercetin were, respectively, released, after 90 minutes, in 70 %, 83 % and 70 % from non coated granules and in 52 %, 54 % and 45 % from Opadry® AMB coated granules, denoting the influence of the coating on the flavonoid release profile. Taken together, the results of this first approach openmay perspectives for more detailed studies on Achyrocline satureioides granules from the corresponding spray dried powders.

Orientador: Antonio Carlos Luz Lisboa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:43:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Porto_PauloSergiodaSilva_D.pdf: 16531970 bytes, checksum: 29f4837be6b441e6118e76a89e91a0ab (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Xisto pirobetuminoso é uma rocha sedimentar que contém querogênio, um material orgânico que se encontra disseminado em sua estrutura mineral. O querogênio é extraído por aquecimento a altas temperaturas, em reatores conhecidos como retortas, 1iberando óleo e gás. Este óleo quando refinado produz destilados com as mesmas características encontradas nos de petróleo, sendo considerado uma fonte de energia alternativa. A existência de umidade no xisto na entrada do reator gera uma zona de secagem influenciando na redução da temperatura dos gases e diminuição da eficiência da retorta. O objetivo deste trabalho é investigar a perda de umidade durante a secagem de partículas de xisto, visando conhecer os mecanismos envolvidos. Para obter o perfil de umidade ao longo do tempo foram utilizadas partículas classificadas em três diferentes lotes quanto ao diâmetro médio de partícula (dp): partículas individuais do Lote A (dp = 80 mm e dp = 60 mm); partículas do Lote B que subdivide-se em quatro sublotes (~ = 5,3 mm, dp = 3 mm, dp = 1,5 mm e dp = 0,85 mm) e partículas do Lote C (dp < 0,074 mm). Os experimentos de secagem foram realizados em diversos secadores: partículas do Lote A secas em estufa com circulação de ar a 60°C e 90°C; partículas do Lote B secas em bandeja termogravimétrica a 40°C, 60 °c, 80°C e 100°C e em leito de jorro e leito fluidizado a 50°C e 70°C; partículas do Lote C secas em um analisador termogravimétrico, cujas temperaturas iniciais de 20°C variaram ao longo do tempo até atingir valores máximos de 40 °C, 70°C e 100°C. Exceto os experimentos realizados no ana1isador termogravimétrico, em todos os demais a temperatura foi mantida constante. Utilizou-se o modelo matemático de difusão de Fick, considerando geometrias uni e tri-dimensionais. Na solução destes modelos foram desenvolvidos programas em linguagem Fortran para descrever a variação de umidade das partículas de xisto ao longo do tempo e da posição, levando-se em conta a geometria da partícula e a temperatura do ar de secagem (constante ou variável). Os resultados preditos pelos modelos foram comparados com os experimentais apresentando boa concordância. Estes modelos podem contribuir na estimativa de parâmetros desconhecidos do processo. Quanto ao leito em jorro e leito fiuidizado, verificou-se que são técnicas adeqüadas para a secagem de xisto / Abstract: Oil shale is a sedimentary rock which contains kerogen, an organic matter scattered througout a mineral matrix. Kerogen is extracted by pyrolysis at high temperatures in reactors known as retorts producing oil and gas. The oil, when refined, produces distillates with the same characteristics as petroleum. Oil shale is considered an alternative energy source to petroleum. At the top of a moving bed retort oil shale moisture vaporization consumes energy, thereby reducing the retort efficiency. Oil shale drying has been investigated to optimize pyrolysis. The objective of this work was to investigate the moisture loss during oil shale particles drying to know the mechanisms involved. In order to obtain the moisture profile with time particles classified in three different categories / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: João Alexandre F. da Rocha Pereira, Cesar Augusto M. de Abreu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T21:49:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sales_FernandoGazelli_D.pdf: 3615056 bytes, checksum: 37a35bf7a6015215ae5ab7c8f1aa4bb5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Os materiais lignocelulósicos, representando a maior reserva natural renovável da natureza, encontram-se armazenados nas plantas sob a forma de celulose, hemicelulose, lignina e extrativos, com a lignina correspondendo cerca de 30% deste total. As rotas de beneficiamento da lignina, com destaque para os processos oxidativos, visando a produção de vanilina, principalmente, utilizam na grande maioria processos bifásicos, alguns utilizando catalisadores solúveis na fase líquida, operando no entanto, com baixos rendimentos. No presente trabalho desenvolveu-se um processo de oxidação úmida catalítica (CWAO) da lignina para a produção seletiva de aldeídos aromáticos, com ênfase na vanilina, siringaldeído e p-hidroxibenzaldeído, aplicando um catalisador de paládio suportado em y-alumina. Prevendo-se a avaliação do processo catalítico foram conduzidas experiências em reator auto clave mecanicamente agitado, operando em batelada alimentada com relação à fase gasosa. Operou-se entre 373K e 413K, a uma pressão total de 20bar, representando uma pressão parcial de oxigênio entre 2bar e 10bar. A lignina com concentração de 60gIL foi solubilizada em meio alcalino de NaOH 2N. Utilizou-se um catalisador de Pd (2,85%pp.), em y-alumina, com granulometria entre 90_m e 200_m, aplicando-se concentrações de 3%pp. a 5%pp. em relação ao volume reacional. As reações de degradação da lignina e de formação de aldeídos aromáticos foram descritas por um modelo cinético quantificado por um sistema de reações complexas do tipo série-paralelo, com etapas de pseudo-primeira ordem. A presença do catalisador resultou em níveis de rendimento e seletividade em aldeídos, muito superiores quando comparados com o processo não catalítico, representando uma redução de cerca de 50% na energia de ativação para a degradação da lignina. Os níveis de conversão da lignina em aldeídos foram de 6% a 393K, 12% a 393K e 18% a 423K, para uma pressão parcial de oxigênio de 5bar e carga de catalisador de 4%pp. Com a finalidade de produzir aldeídos aromáticos em regime contínuo, um reator de leito fluidizado trifásico contínuo foi projetado e construído, em escala mini-piloto. O sistema foi avaliado hidrodinamicamente, em testes pré-operacionais, através de análise experimental utilizada aplicou a distribuição dos tempos de residência (DTR) na fase gasosa, utilizando o gás metano como traçador. A estimação dos dois parâmetros recorreu à confrontação das previsões obtidas via função de transferência do sistema, com os resultados provenientes dos experimentos dinâmicos, adotando-se como critério a minimização de uma função objetivo através de uma subrotina de busca seqüencial. Os resultados obtidos, de 2,2% a 9,3% para a retenção gasosa, e 38,0 a 54,4 para o número de Peclet da fase gasosa, estão compatíveis com os valores publicados na literatura para reatores de dimensões semelhantes operando nas mesmas condições. A produção de aldeídos aromáticos em regime contínuo, no reator de leito fluidizado trifásico, utilizou como agente oxidante o ar atmosférico a uma pressão de 4 bar. As influências dos parâmetros operacionais foram avaliadas dentro das ITonteiras práticas de operação, isto é, vazões da fase líquida de 5,OL/h e 10LIh, temperaturas de 393K e 413K. A vazão da fase gasosa foi fixada em 1000 NL/h com uma carga de catalisador de 4%pp e granulometria de 400llm - 5001lID. A lignina foi dissolvida em uma solução alcalina de hidróxido de sódio 2N a uma concentração de 30g/L. O melhor rendimento em aldeídos aromáticos foi de 12% em relação a concentração inicial de lignina, com o reator operando a 393K e vazão da fase líquida de 5L/h / Abstract: The lignocellulosic material, representing the largest natural renewable resource, occurring in the plants under the cellulose form, hemicellulose, lignin and extractive, with the lignina corresponding about 30% of this total one. The routes of lignin chemical processing, with prominence for the oxidations processes, with the objective of vanilin production, use in the great majority two-phase processes, some using soluble catalysts in the liquid phase, operating however, with low efficiency. In the present work a process of catalytic wet air oxidation (CW AO) was developed with the objective of selective production of aromatic aldehydes, with emphasis in the vanilina, siringaldeído and p-hidroxibenzaldeído, ITom lignin, applying a palladium catalyst supported in y-alumina. Intending the evaluation of the catalytic process, experiences were carried out in a mechanically stirred high pressure autoclave reactor, in semi-batch way, in relation to the gaseous phase. It was operated in temperatures ITom 373K to 413K, at a total pressure of 20bar, representing a partia! pressure of oxygen ITom 2bar to 10bar. The lignin concentration of60gIL was in an aIkaline medium ofNaOH 2N. A palladium catalyst was used (2,85%pp.), in y-alumina, with granulometry ITom 90mm to 200mm, being applied concentrations ITom 3%pp. to 5%pp. in relation to the reactional volume. The reactions of lignin degradation and aromatic aldehydes production were described by a kinetics model quantified by a system of complex reactions of the series-parallel type, with stages of pseudo-first order. The presence of the catalyst resulted in high levels of seletivities in aldehydes, further than as compared with the non-catalytic process, representing a reduction about 50% in the activation energy for the lignin degradation. The levels of conversion ofthe lignin in aldehydes were of6% at 393K, 12% at 393K and 18% at 423K, for a partial pressure of oxygen of 5bar and catalyst loading of 4%pp. With the purpose of producing aromatic aldehydes in continuous regime way, a three-phase fluidized bed reactor was designed and built, in mini-pilot scale. The system was evaluated hydrodynamically, in pre-operational tests, through applying dynamic analysis for the gaseous phase. The hydrodynamic analysis of the system was accomplished through the values of the gaseous retention (8G) and of the ofaxial Peclet number (PeG). The experimental technique applied the residence time distribution (RTD) in the gaseous phase, using the methane gas as tracer. The estimation ofthe two parameters felI back upon the conftontation ofthe prevision obtained through transfer function ofthe system, with the results uom the dynamic experiments, being adopted as approach the minimization of a objective function through a subroutine of sequencial search. The obtained results, uom 2,2% to 9,3% for the gaseous retention, and 38,0 to 54,4 for the number of Peclet of the gaseous phase, are compatible with the values published in the literature for reactors operating in the same conditions. The aromatic aldehydes production in a continuous three-phase fluidized bed reactor, used as oxidizing agent the atmospheric air in apressure of 4 bar. The influences of the operational parameters were evaluated in the practical ranges of operation, that is, liquid phase flow rate of 5,OL/h and lOL_ temperatures of 393K and 413K. The gaseous phase flow rate was 1000 NL/h with a catalyst loading of 3%pp and granulometry of 400 j.1m 500j.1m The lignin was in an aIkaline medium of NaOH 2N, in a concentration of 30g/L. The best yield in aromatic aldehydes reached 12% in relation to lignin initial concentration, as the reactor was operating at 393K and liquid flow rate of5LIh / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T23:51:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morita_EugeniodeSouza_M.pdf: 4021816 bytes, checksum: da9670c797e58d9f79ea109135e7df7d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho é avaliar as emissões de óxidos de nitrogênio (NO + NO2) durante a combustão de carvão mineral com adição de calcário dolomítico como adsorvente em leito fluidizado circulante (LFC). As variáveis de influência estudadas foram o excesso de ar, que variou entre 18 e 32 %, e a relação molar cálcio enxofre (Ca/S) que variou entre 0 e 2. A quantificação das emissões de NOx foi realizada em condições de regime estacionário através da técnica de detecção por infravermelho não dispersivo (NDIR). Perfis de temperatura e pressão foram medidos durante a realização dos experimentos. A combustão foi mantida a uma temperatura média do riser de 840 ºC e velocidade superficial do gás próxima de 9 m.s-1. Utilizou-se um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para o planejamento dos experimentos mediante determinação das variáveis de influência e seus limites de operação. Um total de treze experimentos foram realizados, sendo onze deles relativos ao planejamento experimental. A influência do parâmetro relação molar Ca/S foi mais significativa quando comparada à influência do excesso de ar. O aumento da razão Ca/S provocou acréscimo nas emissões de NOx, enquanto a redução do excesso de ar provocou a diminuição das emissões. Os resultados obtidos nesta pesquisa apontam para uma região de otimização, buscando-se a minimização das emissões de NOx que pode ser alcançada pela utilização de valores baixos de excesso de ar (18 %) e relação Ca/S de 0,6, uma vez que para relações maiores, a emissão de SO2 foi praticamente nula, destacando o elevado poder de remoção do enxofre por este calcário. / Abstract: This work reports an experimental study concerning NOx emissions from brazilian coal combustion with limestone addition in circulating fluidized bed as a function of operational parameters excess air (18 to 32 %) and Ca/S molar ratio (0 to 2). The NOx concentration was achieved at steady state operation through a non-dispersive infrared (NDIR) detection technique. Profiles of temperature and pressure were measured. Bed temperature around 840 ºC and superficial gas velocity around 9 m.s-1 were conditions maintained at the experiments. Central Composite Rotational Design has been used for planning the experiments according to the knowledge of influence variables on combustion process and its operational limits. A total of thirteen experiments were carried out. The influence of Ca/S molar ratio on NOx emissions was greater than air excess influence. Increasing Ca/S molar ratio it was observed tha NOx emissions also rise, meanwhile decreasing air excess factor leds a reduction on NOx emissions. Results pointed to a optimizing area, seeking to minimize NOx concentrations that can be achieved with low air excess (18 %) and Ca/S molar ratio of 0.6, since for larger ratios, the SOx emissions was insignificant, highlighting the limestone's high efficiency to sulfur capture. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T23:15:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_LeonardoMachadoda_D.pdf: 1367270 bytes, checksum: 1819e68c66a949c1c8fae024725df552 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A aplicação de Fluidodinâmica Computacional (CFD) em operações industriais vem aumentando sensivelmente, em razão desta auxiliar no projeto de novos equipamentos, bem como a otimização dos já existentes. O presente trabalho apresenta uma série de simulações tridimensionais, bifásicas e adiabáticas, utilizando-se o modelo de dois-fluidos para o cálculo do escoamento gás-sólido em risers de diferentes tamanhos ¿ um com as dimensões de 10m de altura e 76mm de diâmetro interno, e outro com 18m de altura e 50mm de diâmetro interno. Utilizou-se o modelo k-epsilon para tratar a fase gasosa como turbulenta. Foram considerados os modelos cinéticos de 4 lumps e 10 lumps para o cálculo das taxas de craqueamento catalítico presentes no reator. Dados experimentais para comparação do escoamento foram obtidos em literatura, e os resultados obtidos mostram que, para a correta predição dos fenômenos presentes no interior de um riser, deve-se levar em consideração também as reações de craqueamento, visto que a alteração da composição química da fase gasosa interfere diretamente no comportamento dinâmico do escoamento / Abstract: The application of Computational Fluid Dynamics (CFD) in industrial operations has been increased not only in the project of new equipments but also in the optimization of the existing ones. The present work shows a set of tridimensional two-phase and adiabatic conditions, using the two-fluids model for the calculation of gas-solids flow in a high-flux risers of two different geometries, one with 10m of height and 76mm of internal diameter, and the second with 18m of height and 50mm of internal diameter. The k-epsilon model was applied to consider the influence of turbulence over the gas phase. The four-lump and ten-lump schemes kinetic models were used to predict the catalytic cracking reactions in the two different reactors. The riser with 10m of height and 76 mm of internal diameter had two entrances, one for particles inlet and one for the organic materials. The size of mesh for this case was 584.000 control volumes. The second riser studied with geometry of 18m of height and 50mm of internal iameter had one entrance for vapor, one for organic materials, and a third for particles inlet. The mesh generated over this geometry was considered 650.000 control volumes. The numerical results of gas-solids dispersion flow in a high-flux were compared with the xperimental data from the work of P¨arssinen and Zhu (2001), the four lump scheme for he mass concentration of chemical species was compared with the work of (ALI et al., 997), and the ten lump scheme was compares with the work of NAYAK et al. (2005). The catalytic cracking reactions models show an important role in the prediction of all henomena present in the reactor. The simulated results show that the kinetics models are important not only because of the variation of the gas phase and the temperature profiles inside the reactor but also because these parameters interfere directly in the dynamic behavior of the gas-solid flows / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Dada a complexidade hidrodinâmica de escoamentos gás-sólidos em leitos fluidizados muitas pesquisas têm sido realizadas abordando questões relativas a natureza altamente instável desse processo de fluidização. O conhecimento dessa hidrodinâmica permite estabelecer os parâmetros corretos para reação e transporte de massa em um reator de leito fluidizado, permitindo tomada de decisões à respeito do desempenho do reator. Modelos Eulerianos do contínuo, onde as fases coexistentes são tratadas como meios contínuos interpenetrantes, representam a aproximação mais prática para simular a hidrodinâmica de escoamentos gás-sólido em reatores de leito fluidizado. Aplicando-se procedimentos de médias de Euler obtêm-se os modelos hidrodinâmicos A e B desenvolvidos por GIDASPOW [27] do IIT/ANL, representando as equações conservativas e constitutivas de modelos de duas fases separadas para escoamentos gás-sólido. Neste trabalho, aplica-se um modelo Euleriano de duas fases separadas, desenvolvendo simulações numéricas para diferentes dimensões de colunas ascendentes de leito fluidizado circulante. Para resolução das equações discretas no domínio bidimensional, aplicam-se malhas refinadas. Analisam-se os efeitos nos resultados de simulação causados por essas malhas. Apresenta-se uma discussão geral sobre o modelo aplicado em torno dos resultados obtidos. / Due to the hydrodynamic complexity of gas-solid flows in fluidized beds, several researches have been conducted addressing issues concerning the highly unstable nature of this fluidization process. The knownledge of its hydrodynamics allows establishing the correct parameters for the reaction and mass transport in a fluidized bed reactor, improving its performance. Continuous Eulerian models, where the phases are treated as a continuum, represent the most practical approach to simulate the hydrodynamics of gas-solid flows in fluidized bed reactors. By applying Euler average procedures, it is possible to obtain the hydrodynamic models A and B, developed by GIDASPOW [27] at IIT/ANL. These models represent the conservative and constitutive equations for the models of two separate phases for gas-solid flows. In this work, an Eulerian two-fluids model is applied, developing numerical simulations for different risers of circulating fluidized bed. For the resolution of the discrete equations in the two-dimensional domain, refined meshes are used. An analysis of their effects on the results of the simulation is performed. A general discussion about the results obtained by the model applied is also presented.

Reatores de leito fluidizado circulante são caracterizados por escoamentos altamente heterogêneos e instáveis. Devido a isso, operam em regimes pseudo-estacionários ou estatisticamente permanentes, onde os parâmetros do escoamento oscilam em torno de valores médios bem definidos. Neste trabalho estuda-se o comportamento de uma solução numérica para um escoamento típico de reatores de leito fluidizado circulante na região estatisticamente permanente. A simulação numérica foi realizada com o modelo de dois fluidos. A partir dos dados de simulação são estabelecidas médias e auto-correlações para as várias variáveis de interesse, considerando-se diferentes tempos de simulação ou diferentes tempos de observação. A partir destes resultados discute-se a questão do tempo mínimo de simulação necessário para que os resultados temporais médios sejam representativos do processo. Embora os resultados sugiram que 10 segundos de fluidização sejam suficientes para a geração de resultados médios temporais representativos, uma demonstração mais rigorosa permanece por ser executada. / Circulating fluidized bed reactors are characterized by highly heterogenic and instable flow. Due to this flow, the reactors operate under either pseudo-stationary or statistically permanent patterns, where the flowing parameters vary among well defined average values. This paper aims to study the behavior of a numeric solution for a typical flow of circulating fluidized bed reactors in the statistically permanent region. The numeric simulation was performed with the two-fluid model. From the simulation data both average and self-correlations are established for several variables of interest, considering either different simulation time or different observation time. From these results, the minimum simulation time necessary is discussed, so that the average temporal results can be considered representative in the process. Although the results suggest 10 seconds of fluidization are enough to generate the average temporal results, a more rigorous demonstration is supposed to be executed.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jonas Laurentino de Souza.pdf: 1900199 bytes, checksum: 3994bd57ce92b5d78685371435d4291e (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / The oral administration of drugs for systemic effects is the most common way used in medical treatment. Among these, drugs as tablets are the most used. The granulation is a process that seeks to improve the transportation of powder in the compacting machine by the agglomeration of particles. The fluidized bed drying added to "spray dryer" technique is commonly used to form granules that reaches the required characteristics of a uniform grain, with strict control of final humidity of the granules and relatively short process when compared to other techniques for drugs production. Metformin is a drug displayed as hydrochloride and orally administered as coated tablets. It is indicated for the treatment of type 2 Diabetes mellitus. In order to improve productivity in an industrial fluidized bed used in the granulation and drying of Metformin, it is necessary to evaluate the effects of operation conditions used in the process, as particulate material and in the production process. For that purpose, it was performed the study of fluiddynamic granulation and drying of Metformin in fluidized bed in order to investigate the minimum fluidization velocity for the process of this drug. The influence of temperature and speed of drying air in processing time of the formula, and the average particle size were also evaluated. The experiments were elaborated based on the Evolutionary Operation Theory, proposed by Box (1957). It performed the shaping at drying stage. With these experiments was possible to reduce to zero the reworks of batches caused by the formation of preferential channels, which could occur deposition polymer solution on the particulate material. It was also possible to reduce the average processing time in 8 minutes, adding greater productivity and savings for the company where the work was developed. The results achieved, besides the gain in productivity, guide to where efforts should be directed to continue improving productivity, providing a practical methodology for applying the technique that can be applied in the production of other drugs that use the granulation process in fluidized bed. / A administração de fármacos para efeitos sistêmicos por via oral é a forma mais comum dentre os medicamentos. Dentre estes, os medicamentos na forma de comprimidos são os mais empregados. A granulação é um processo que visa melhorar o transporte do pó na máquina compressora por meio da aglomeração de partículas. A secagem em leito fluidizado acoplado à técnica de spray dryer é a técnica comumente empregada para a formação de grânulos que atendam as características necessárias de granulometria uniforme, com controle rigoroso da umidade final do granulado e tempo relativamente curto de processo quando comparado a outras técnicas para produção de medicamentos. A metformina é um fármaco, apresentado na forma de cloridrato, e administrado como comprimidos revestidos por via oral. É indicado no tratamento de diabetes, mais especificamente diabetes mellitus tipo 2. Com o objetivo de aprimorar a produtividade em um leito fluidizado industrial utilizado na granulação e secagem de metformina, faz-se necessário avaliar os efeitos das condições operacionais utilizadas no processo referentes a qualidade material particulado e o processo de produção propriamente dito. Para tanto, realizou-se o estudo fluidodinâmico da granulação e secagem de metformina em leito fluidizado investigando assim a velocidade mínima de fluidização para o processamento deste fármaco. A influência da temperatura e da velocidade do ar de secagem no tempo de processamento da fórmula e no tamanho médio da partícula também foram avaliados. Os experimentos foram elaborados a partir da teoria da Operação Evolutiva, proposta por Box (1957). A modelagem da etapa de secagem também foi realizada. Por meio dos experimentos realizados conseguiu-se reduzir a zero os reprocessos de bateladas por formação de canais preferenciais, onde poderia ocorrer deposição de solução polimérica sobre o material particulado. Foi possível também reduzir o tempo médio de processamento em 8 minutos, agregando maior produtividade e economia para a empresa na qual este trabalho foi desenvolvido. Os resultados obtidos mostram que houve ganhos em relação a produtividade, e norteiam para onde os esforços devem ser direcionados para continuidade do melhoramento de produtividade, fornecendo uma metodologia prática para aplicação da técnica que poderá ser aplicada na produção de outros fármacos que utilizam o processo de granulação por via úmida em leito fluidizado.

No revestimento por solidificação de material fundido o agente de revestimento é aplicado em seu estado liquefeito e se solidifica na superfície do substrato, formando a cobertura desejada, eliminando o uso de solventes. O presente trabalho teve como objetivo estudar dois tipos de processo: revestimento de partículas grandes em leito de jorro e revestimento de partículas finas em leito fluidizado, e avaliar a influência de parâmetros do processo sobre propriedades físicas e farmacotécnicas das partículas revestidas, assim como usá-las no preparo de comprimidos. As partículas grandes foram revestidas com PEG 4000, sendo o estudo do processo feito através de um planejamento fatorial completo 23 com triplicatas no ponto central. As variáveis estudadas foram pressão do ar de atomização, vazão de atomização e altura do bico de atomização. Para as partículas revestidas foram determinados a distribuição granulométrica, o fator de Hausner e o índice de Carr. Os comprimidos destas partículas foram submetidos a ensaios de dissolução in vitro, para avaliação dos perfis de liberação de paracetamol. As partículas finas foram revestidas com uma dispersão sólida de PEG 4000 e curcumina, sendo o estudo do processo feito através de um planejamento fatorial completo 23, seguido de um planejamento Box-Behnken. As variáveis estudadas foram pressão do ar de atomização, vazão de atomização e quantidade de dispersão sólida. Para as partículas revestidas foram determinados a distribuição granulométrica, densidades aparente e compactada, fator de Hausner, capacidade de compactação, porosidade total, além de serem submetidas a microscopia eletrônica de varredura e a análise por DSC. A dispersão sólida também foi caracterizada através de análise por DSC, espectroscopia no infravermelho, difração de raios X, sendo também feita a determinação da solubilidade da curcumina em água. Os comprimidos destas partículas foram caracterizados através da obtenção do diagrama de Heckel, curvas de dureza em função da pressão de compressão aplicada e ensaio de dissolução in vitro. Para as partículas grandes, o estudo do processo sugeriu que a vazão de atomização foi o fator de maior influência sobre o tamanho das partículas, influenciando o grau de aglomeração durante o processo. Uma menor vazão de atomização resultou em um menor grau de aglomeração das partículas. A caracterização da dispersão sólida mostrou que houve um aumento da solubilidade da curcumina e que ela interage com PEG 4000. Para as partículas finas, o estudo do processo sugeriu que a pressão do ar de atomização foi fator de maior influência sobre o tamanho das partículas, sendo o seu revestimento favorecido quando se operou com o altos valores de pressão. Ambos os tipos de partículas revestidas resultaram em comprimidos com características adequadas. / The hot-melting coating is a solvent-free technique used to coat pharmaceutical solid dosage forms. The coating agent is applied in its melted state, and after its solidification, the coating is formed. The objective of this present work was to study two types of processes: coarse particle coating in spouted bed and fine particle coating in fluidized bed, evaluate the influence of process parameters on particle size and flow properties, as well as their tableting. Coarse particles were coated with PEG 4000, and the process study followed a full factorial design 23 with triplicates in the central point. The factors studied were atomization air pressure, atomization rate, and vertical position of the spray nozzle. Particle size distribution, Hausner factor and Carr index were determined for coated particles. Tablets of these particles were submitted to dissolution tests to obtain their release profile of paracetamol. Fine particles were coated with a solid dispersion of PEG 4000 and curcumin, in a study of the process that followed a full factorial design 23, and a Box-Behnken design. The factors studied were air atomization pressure, atomization rate, and the PEG 4000 content. Coated particles were characterized by their bulk and tapped densities, particle size distribution, Hausner factor, ability to settle, total porosity, scanning electron microscopy and DSC analysis. Solid dispersion was also characterized by DSC analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, being also made the determination of the curcumin solubility in water. Heckel´s plot, hardness as function of the applied pressure and in vitro dissolution tests were used to characterize the tablets. The study of the coating process of coarse particles suggested that the atomization rate was the most significant factor, influencing the particle agglomeration degree during the process. The lower the atomization rate, the lower the degree of particles agglomeration. Curcumin in the solid dispersion showed an increase in water solubility and also showed an interaction with PEG 4000 by hydrogen bounding. The study of the fine particles coating process showed that the atomization air pressure was the most significant factor on particle size. All tablets prepared from both types of coated particles showed adequate characteristics.