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.

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. / 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.

Orientador: Luis Augusto Barbosa Cortez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-05T15:58:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MesaPerez_JuanMiguel_D.pdf: 6859619 bytes, checksum: c3322e7576316c3eb38397a94e624ce4 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho são apresentados e discutidos testes experimentais conduzidos na planta de pirólise rápida de biomassa da Unicamp visando à operação estável do reator de leito fluidizado em regime borbulhante. Esses resultados permitiram identificar os principais problemas relativos à operação do reator, assim como analisar as possíveis causas e as soluções postas em prática. O problema de maior influência sobre o trabalho estável do reator foi o vazamento de gases da pirólise pelo sistema de alimentação, mostrando-se como solução mais eficaz, o aumento da porcentagem de preenchimento da rosca alimentadora com biomassa. Após a estabilização da operação do reator, estudou-se a influência da porcentagem de ar em relação ao estequiométrico e da altura do leito fixo de inerte sobre as características de qualidade e rendimento dos finos de carvão. O estudo permitiu concluir que, para 8% de ar em relação ao estequiométrico e 207 mm de altura do leito fixo de areia, a pirólise acontece de forma mais intensa. Essa análise parte do princípio de que a pirólise é um processo de concentração de carbono nos finos de carvão e liberação de oxigênio da biomassa. Tomando-se como base os resultados anteriores, foram conduzidos novos testes visando à coleta e caracterização de amostras de bio-óleo. Os resultados mostraram que tanto a viscosidade quanto o teor de insolúveis das amostras de bio-óleo apresentaram altos valores, quando comparados com dados da literatura. Com base na experiência acumulada dos estudos anteriores é proposta e parcialmente avaliada uma estratégia para a otimização e a mudança de escala do processo de pirólise em leito fluidizado. A estratégia objetiva o uso das informações obtidas a partir dos modelos matemáticos ajustados no reator modelo para o projeto de reatores comerciais. O procedimento anterior mostra-se eficiente quando os fatores independentes e seus níveis durante a otimização do processo no reator modelo são criteriosamente selecionados. Finalmente, são mostradas, por meio de um exemplo, as dificuldades durante a mudança de escala quando os experimentos realizados no reator modelo não são planejados com o objetivo de reduzir as distorções na escalada / Abstract: This research discusses a strategy to optimize and scale up the pyrolysis process in fluidized bed. The strategy uses adjusted mathematical models applied to the model reactor to the project commercial reactors. Several steps of that procedure were appraised based on the adjusted model for the percentage of elutriated fine charcoal in the model reactor. It was verified that, during the scale-up, the mathematical model was not effective; however it predicts problems associated to the change of scale. Exploratory tests were carried out to guarantee the stable operation of the reactor, which made possible the identification of the main problems related to the procedure during the fast pyrolysis in fluidized bed with atmospheric air. The possible causes of the problems, as well their solutions, are also analyzed. The greater difficulty in the operation was the leak of pyrolitic gases through the feeding system. The increase of the percentage of biomass stuffing of the feeding thread was the most effective solution to avoid gas leaking. When the reactor operation was stabilized, the influence of the percentage of air in relation to the stoichiometric and the height of the inert fixed bed on the quality characteristics and yield of the fine charcoal. That study allowed conclude that, for 8% of air in relation to the stoichiometric and 207 mm of the fixed sand bed height, the pyrolysis happens in a more intense way. The analysis was based on the principle that the pyrolysis process is a process to concentrate carbon in charcoal and release oxygen from the biomass. Finally, bio-oil samples were collected using a centrifugal separator and characterized. The viscosity and the insoluble content presented high values, when compared with the literature data. Based on those results, a system to bio-oil recovery was projected and built. It combines the direct contact followed by centrifugal separation / Doutorado / Construções Rurais e Ambiencia / Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:26:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CardenasFonseca_OscarLeonardo_M.pdf: 6620140 bytes, checksum: f3ecfb89fd126bbfe5400a37d419416d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo experimental das flutuações de pressão de um leito fluidizado circulante operando com areia, um sólido tipo B de Geldart, como material particulado. As medidas formam realizadas em diferentes regimes de contato gás-partícula variando desde leito fixo até leito fluidizado rápido através da variação da velocidade superficial do gás. Os sinais de pressão foram medidos em três pontos considerados críticos no leito fluidizado, no plenum, na coluna principal à 1,05 m acima da placa distribuidora e na válvula de recirculação à 0,22 m da base da válvula. Os experimentos foram feitos para duas alturas de leito estático (0,17 e 0,25m) em um leito de 2,5 m de altura e 0,1 m de diâmetro interno, possuindo secções de vidro e acrílico intercaladas e unidas por flanges de aço carbono, o que permitiu acompanhar visualmente o processo. As flutuações de pressão foram analisadas no domínio da freqüência aplicando a Transformada Rápida de Fourier (FFT) o que permitiu diferenciar o comportamento dos regimes de fluidização do leito de partículas. / Abstract: This work shows the experimental study of pressure fluctuations in the riser of a circulating fluidized bed operated with sand, a Geldart B solid like powder. Tests were performed for different regimes of operation from fixed bed to fast fluidized bed for two static height of the material inside the bed (0.17 and 0.25 m). The pressure signals were measured in three critical points in the fluidized bed: plenum, riser and L-valve. The fluidized bed presented 2.5m height and 0.1m internal diameter, made by glass and acrylic sections inserted between carbon-steel flanges in order to allow visual observations. The pressure fluctuations were analyzed on the frequency domain using the fast Fourier transform (FFT) allowing the characterization of different gas-solid contact regimes. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:26:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_FernandodeLima_D.pdf: 7117474 bytes, checksum: 1af76a6da86b0eb0088d549b41f7ed5f (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O conteúdo de energia da biomassa pode ser explorado por combustão direta ou outros processos de conversão: físicos, biológicos e termoquímicos. Entre os processos termoquímicos há a pirólise que é atrativa devido à conversão de biomassa sólida para produtos líquidos apresentando algumas vantagens tais como no transporte, no armazenamento, na manufatura, reprocessamento e flexibilidade na produção. O objetivo deste trabalho foi construir e operar um reator de leito fluidizado em escala de bancada com alimentação contínua de biomassa para converter o bagaço de cana de açúcar em líquidos via pirólise rápida. O reator construído tem 0,095 m de diâmetro interno e foi utilizado areia fina como material inerte. Foi desenvolvido um novo alimentador para controlar a alimentação contínua de biomassa no leito e um sistema isocinético de amostragem com o objetivo de quantificar os produtos gerados no processo. Uma metodologia experimental foi escrita para a realização de testes de pirólise rápida de biomassa. Experimentos foram realizados usando catalisadores de craqueamento de petróleo (FCC) e injeção de água no fluxo para avaliar a influência destes fatores no processo. Temperatura e altura estática do leito também foram consideradas neste estudo. A altura estática do leito e a temperatura foram as variáveis mais relevantes na maioria dos testes realizados e necessitam de atenção especial na conversão para produtos líquidos / Abstract: The energy content of biomass can be exploited by direct combustion or after conversion by physical, biological and thermochemical processes. Among the thermochemical processes there is the pyrolysis that is an attractive process because it provokes the conversion of solid biomass into liquids products. Such conversion presents many advantages in transport, storage, handling, retrofitting, combustion and flexibility in production and marketing. The goal of this work was to build and operate a bench scale fluidized bed reactor to convert sugarcane bagasse into liquid products by fast pyrolysis. The reactor design presents 0,095 m internal diameter and fine sand was used as inert material for the fluidized bed. A new hopper to control the continuous feed of biomass in the reactor and an isokinetic sampling device to quantify the products obtained in the process. An experimental methodology was written for tests with biomass. Experimental essays carried out with fluid catalytic cracking and water injection in the stream in order to verify these effects in the process. Temperature and static height of the bed was also considered in this study. The static height of the bed and the temperature were the variables more important, requiring special attention in the conversion process / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Osvaldir PecoraTaranto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T20:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parise_MariaRegina_D.pdf: 3017112 bytes, checksum: f14db15e7314590127e2a9a2ff621c9c (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A defluidização parcial ou total de partículas sólidas é um fenômeno indesejável em aplicações industriais envolvendo operações com leito fluidizado. Se as mudanças na fluidodinâmica do leito forem detectadas a tempo, pode-se evitar-la com o aumento da velocidade do gás de fluidização e/ou, em alguns casos, mediante a alteração da vazão de sólidos alimentados no sistema. A utilização de uma técnica que permita rapidamente identificar a região onde o leito está tendendo à defluidização é de suma importância, pois dessa maneira pode-se atuar no processo impedindo que haja perda de eficiência ou até mesmo a necessidade de parar a produção. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia capaz de identificar essa região em leito fluidizado gás-sólido, através de medidas de flutuação de pressão analisadas utilizando a transformada de Fourier juntamente com a Distribuição Exponencial Gaussiana. Para a verificação da metodologia proposta foram realizados ensaios experimentais utilizando areia e celulose microcristalina, alterando-se a altura do leito e o diâmetro médio das partículas. Os resultados mostraram que o método identifica claramente a região onde o leito está tendendo à defluidização, e tem grande potencial em aplicações industriais para o controle on line de processos em leito fluidizado gás-sólido. Além disso, a metodologia pode ser importante para detectar mudança de regime para a relação altura do leito e diâmetro da coluna de fluidização (H/D) superiores à unidade. Adicionalmente, foram realizados ensaios de secagem utilizando celulose microcristalina visando à possibilidade da identificação do ponto crítico (teor de umidade existente no final do período de taxa constante) utilizando as seguintes técnicas: metodologia proposta neste trabalho, freqüência dominante e desvio padrão da flutuação de pressão. Observou-se que para o sólido utilizado não foi possível detectar o ponto crítico através desses três tipos de análise. No entanto, a metodologia proposta pode ser utilizada na identificação do momento que a secagem não se encontra na fluidização requerida e está tendendo à defluidização / Abstract: The partial or complete bed defluidization is an undesired phenomenon in industrial application involving fluidized bed operations. If the changes in the hydrodynamic of the fluidized bed are detected early enough, it may be prevented by increasing the gas velocity and/or, in some cases, changing the solid feed in the system. The use of a technique that can quickly identify the region where the bed is tending to the defluidization is very important, because one can act in the process avoiding loss of efficiency or even the necessity of shutting down the process. This work was as objective the development a methodology capable of identifying this region in gas-solid fluidized bed, by pressure fluctuation measurements analyzed using Fourier Transform and exponential Gaussian distribution. In order to verify the methodology proposed, experimental tests were carried out using microcrystalline cellulose and sand, where the fixed bed height and particle mean diameter were varied. Results showed that the method clearly identifies the region where the bed is tending to the defluidization, and it has great potential on industrial applications to on line process control in gas-solid fluidized bed. Also, the methodology can be important to detect regime changes at bed aspect ratios (H/D) higher than unit. Additionally, experimental drying test were carried out using microcrystalline cellulose particles to verify the possibility of identification of the critical drying point (the moisture content related to the end of the constant rate period) by the following techniques: the methodology proposed in the present work, the dominant frequency and standard deviation of pressure fluctuations. It was observed that for the solid material used it was not possible to detect the critical drying point. However, the methodology proposed can be used on identification the moment that the drying is not in the desired fluidization regime and it is tending to defluidization / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química