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.

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T06:39:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezSilva_German_D.pdf: 4427269 bytes, checksum: bb45c122c3faad0613f060ad4cbd3b61 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O objetivo principal desta tese é propor uma metodologia para aplicar simulação de grandes escalas (LES) em uma unidade de craqueamento catalítico industrial. Para atingir este objetivo, iniciou-se propondo uma metodologia para a construção da malha, sendo uma malha quase-uniforme. As malhas propostas foram implementadas para minimizar o esforço computacional e procedimento para a refinação uniforme no domínio do sistema. Inicialmente, foi estudada a fluidodinâmica de um leito fluidizado gás-sólido na escala de laboratório sem reação química, utilizando Simulação de Grandes Escalas. Com base nos resultados numéricos obtidos a partir de resultados da escala de laboratório foi aplicado o modelo cinético de 4 lump em uma simulação CFD tridimensional para um reator industrial FCC, utilizando LES para a fase gasosa, e considerando o catalisador como uma fase contínua (Euleriana). Os pacotes de simulação utilizados foram Ansys ICEM versão 13 para a construção da malha e Ansys CFX versão 13 para o pós-processamento dos resultados. No pós-processamento dos resultados foi proposta uma metodologia para determinar as médias azimutais das variáveis em planos perpendiculares ao escoamento e finalmente foram validadas as simulações com dados reportados na literatura. As principais conclusões do trabalho foram que foi possível diminuir o tamanho da malha e o tempo de processamento. Notou-se também que, ao usar malhas com discretização quase-uniforme não foi necessário fazer um refinamento de malha elevado, nem refinar perto da parede para o sistema gás-sólido / Abstract: The main objective of this thesis is to propose a methodology in how to apply Large Eddy Simulation (LES) on a unit of catalytic cracking. In order to achieve this, it was proposed an alternative way of constructing the computational mesh, by using quasi-uniform meshes. The proposed meshes were implemented to minimize the computational effort and procedure for refining them in the entire domain of the system. Initially it was studied the fluid dynamics of a lab scale gas-solid system without chemical reaction, using Large Eddy Simulation. Based on the numerical results obtained from lab scale results it was implemented the 4 lump kinetic model in a three dimensional CFD simulation of an FCC industrial reactor, using LES for the gas phase and considering the catalyst as a continuous phase (Eulerian). The simulation packages used were Ansys ICEM, version 13 for mesh construction and Ansys CFX 13 for computation and post-processing of the results. In the data post-processing it was proposed a methodology for calculating average values of fluctuating variables between two circular sections in the azimuthal direction. The results were compared with data reported in literature. The main conclusions of the results showed that it was possible to decrease the mesh size and the computational time. It was also noticed that by using quasi-uniform discretization it was not necessary to make a high mesh refinement near the wall for a gas-solid system / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

[pt] O dissulfeto de ferro pode ser aplicado em sistemas de elevado grau tecnológico, por exemplo, componentes em coletores de energia solar, anodo despolarizador para a produção de hidrogênio e material catódico em baterias e pilhas de alta densidade de energia. O presente trabalho apresenta um estudo termodinâmico e cinético da reação de síntese de dissulfeto de ferro em um reator de leito fluidizado para temperaturas variando entre 400ºC e 500ºC, em regime de leito borbulhante. O rendimento da reação de síntese depende fortemente dos valores estabelecidos para as variáveis de processo: vazão de gás de arraste, temperatura, pressão parcial de enxofre gasoso, natureza das matérias-primas e tempo de reação. Em condições mais favoráveis de reação - 60 min e 500ºC - obteve-se conversão em FeS2 acima de 95%, partículas agregadas com distribuição de tamanhos na faixa de 100um a 200 um, de morfologia uniforme e esferoidal. A desagregação manual do FeS2 aglomerado conduz as partículas a tamanhos médios de 1,5um, tamanho considerado ideal para aplicações em fontes eletroquímicas. A quantificação do FeS2 foi realizada através do Método de Rietvelt associado à análise de DRX. Os resultados mostraram que é possível através de uma rota pirometalúrgica inovadora, partindo-se de reagentes relativamente baratos - Fe2O3 e S, obter o FeS2 para aplicação em catodos de pilhas e baterias. / [en] Iron disulfide can be used as an alternative material in high technological systems, as an example, solar energy collectors and cathodic component in primary and secondary batteries. The present work studies the kinetics and thermodynamics of the iron disulfide synthesis in a fluidized bed reactor for temperatures varying from 400ºC to 500ºC, operating in the bubble fluidized bed regime. It was observed that the synthesis conversion is much dependent on control variables: inert gas flow, temperature, sulfur gas partial pressure, nature of raw materials and reaction time. In favorable experimental conditions, that is 60 minute time reaction and 500ºC temperature, it was achieved more than 95% iron oxide conversion in iron disulfide, generating particle aggregates with distribution size between 100Âum and 200Âum, uniform morphology with ellipsoidal appearance. Manual desagragation leads to small iron disulfide particles with 1,4 Âum average size, ideal for electrochemical use. The iron disulfide phase quantification was performanced by the Rietvelt method associated with Powder Difraction technique. The results showed that it is possible, within a pyrometallurgy route, to synthesize iron disulfide for electrochemical applications, from cheap and easy obtainable reagents such as iron oxide and elemental sulphur.

O emprego de sistemas em fluxo com multi-impulsão são destaques quanto ao volume de efluentes gerados e a possibilidade de mecanização, operando em condições dinâmicas. A utilização de microbombas solenoide é potencial em processos de adsorção/dessorção de analitos, pois desempenham o fluxo pulsado, e quando operadas em conjunto com o estabelecimento da condição de leito fluidizado, contribuem para o aumento da eficiência de adsorção/dessorção. O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver e avaliar sistemas de extração sólido-líquido e análises química em fluxo, explorando fluxos pulsados e o estabelecimento da condição de leito fluidizado, visando melhorar a eficiência de interação da amostra e reagente. Para tanto, foram desenvolvidos sistemas em fluxo com multi-impulsão associados ao uso de colunas de leito fluidizado. 1) Sistema para determinação da capacidade de adsorção de fósforo; determinação do fósforo remanescente (P-rem) em solos; 2) Sistema para determinação da capacidade de troca catiônica (CTC) de solos, avaliando a adsorção e a dessorção de analitos. Foi demonstrado que o fósforo e o cálcio contidos em solução são eficientemente adsorvidos/dessorvidos pelo solo, reduzindo significativamente os efeitos de aumento de pressão com o estabelecimento do leito fluidizado (fluidização pulsada) nas colunas contendo 50 mg de amostras de solo. A substituição do fluxo pulsado (microbomba solenoide) pelo fluxo contínuo (bomba peristáltica) limitou a interação sólido-líquido, pois estabeleceu caminhos preferenciais, desfavorecendo as condições de mistura. A utilização das microbombas solenoide em conjunto com a fluidização das amostras de solo, apresentou vantagens quanto à diminuição da quantidade de massa de solo requerida (entre 100 e 200 vezes), redução do consumo de reagentes e resíduos gerados (40 vezes), demonstrando o potencial do sistema em fluxo proposto por ser uma alternativa ambientalmente adequada. Os sistemas propostos são versáteis e facilmente adaptados para outros estudos de extração / Multi-pumping flow systems are highlights on the volume of effluents generated and mechanization, operating in dynamic conditions. Solenoid micro-pumps are potential in the analyte adsorption/desorption processes, because they play the pulsed flow and when operated in conjunction with the establishment of the fluidized bed condition, contribute to the increase of the adsorption/desorption efficiency. The objective of this work was to develop and evaluate solid-liquid extraction and flow analysis systems, exploring pulsed flows and establishing the fluidized bed condition in order to improve the solid-liquid interaction efficiency. It was developed multi-pumping flow systems associated with the establishment of the fluidized bed columns. 1) System for determination of phosphorus adsorption capacity; determination of the remaining phosphorus (P-rem) in soils; 2) System to determine the cation exchange capacity (CEC) of soils, evaluating the adsorption and desorption of analyte. It has been shown that the phosphorus and calcium contained in solution are efficiently adsorbed/desorbed by the soil, significantly reducing the effects of pressure increase with the establishment of the fluidized bed (pulsed fluidization) in the columns containing 50 mg of soil samples. The substitution of the pulsed flow (solenoid micro-pump) by the continuous flow (peristaltic pump) limited the solid-liquid interaction, since it established preferential pathways, undermining the mixing conditions. The use of the solenoid micro-pumps in conjunction with the fluidization of the soil samples presented advantages in terms of decreasing the amount of soil mass required (between 100 and 200-fold time), reducing the consumption of reagents, solutions and waste production (40-fold time), demonstrating the potential of this system to be an environmentally friendly alternative. The proposed systems are versatile and easily adapted to other extraction studies

A integração de diferentes processos de tratamento na degradação de efluente têxtil foi avaliada utilizando-se a técnica de precipitação, processos oxidativos avançados (POA) e tratamento biológico aeróbio. Os POAs (Ozônio/UV e reagente de Fenton/UV) foram avaliados com experimentos em bateladas de acordo com um planejamento fatorial L18 (Método Tagushi) em função da vazão de ozônio, concentração de reagente Fenton, radiação UV, pH e temperatura. No tratamento microbiológico por processo contínuo, foi utilizado um reator de leito fluidizado com células imobilizadas de zeólitas e avaliados parâmetros como pré-tratamento com POAs, vazão de aeração, taxa de diluição. Concluiu-se que com o pré-tratamento físico-químico obteve-se resultados bastante satisfatórios na redução da DQO e COT, porém gerou uma quantidade desnecessária de lodo. A integração lodo ativado/Reagente Fenton mostrou-se bastante adequada, principalmente na remoção da cor e turbidez; a variedade e freqüência dos microrganismos observados durante o monitoramento biológico foram condizentes com os sistemas de lodo ativado operando eficientemente e o emprego de zeólitas como suporte mostrou-se significativo, alcançando 63,3 % de imobilização do microrganismo no suporte. / The integration of different treatment processes in the degradation of textile wastewater was evaluated using precipitation technique, advanced oxidation processes (AOP) and aerobic biological treatment. AOPs (Ozone/UV and reagent of Fenton/UV) were evaluated in batch experiments according to a factorial planning L18 (Tagushi Method) in function of the flow of ozone, concentration of reagent Fenton, UV radiation, pH and temperature. In the microbiological treatment for continuous process, a reactor of bed fluidized was used with immobilized cells of zeolites some parameters were evaluated such as pre-treatment with AOPs, aeration flow, diluition rate. Satisfactory results were obtained with the physical-chemistry pre-treatment in the reduction of COD and TOC, however it generated an unnecessary amount of sludge. The integration activated sludge/Reagent Fenton was shown quite appropriate, mainly in the removal of the color and turbidity; the variety and frequency of the microorganisms observed during the biological monitorament were suitable with the systems of activated sludge operating efficiently and the use of zeolites as support was shown significant, reaching 63,3 % of immobilization of the microorganism in the support.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-01T13:55:41Z No. of bitstreams: 1 MARCELLO MAIA DE ALMEIDA - TESE PPGEP 2004..pdf: 16341545 bytes, checksum: 6b12541c4495c47b84602868e8133365 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-01T13:55:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCELLO MAIA DE ALMEIDA - TESE PPGEP 2004..pdf: 16341545 bytes, checksum: 6b12541c4495c47b84602868e8133365 (MD5) Previous issue date: 2004-12-06 / Neste trabalho estudou-se inicialmente a secagem de fatias de goiabas cortadas no sentido polar da fruta, os resultados obtidos mostraram que o produto apresentou alterações desfavoráveis a comercialização, apresentando alteração significativa na cor, escurecimento, como também, na textura das fatias. Numa segunda etapa utilizou-se os processos combinados de leito fixo/leito de jorro e de leito fixo/leito fluidizado para a secagem de pedaços cúbicos de goiaba obtidos do mesocarpo da fruta. Inicialmente, fez-se um estudo fluidodinâmico dos pedaços cúbicos de goiaba em leito de jorro e leito fluidizado o qual mostrou a viabilidade do uso dessas técnicas, embora as propriedades físicas do material após pré-secagem em leito fixo tenham afetado sensivelmente a fluidodinâmica dos leitos, os quais sofreram modificações estruturais. No estudo fluidodinâmico em leito de jorro foram determinadas a velocidade mínima de jorro e a altura máxima capaz de manter o jorro estável. Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com correlações da literatura e mostraram boa concordância. Em leito fluidizado determinou-se a velocidade de mínima fluidização experimental os resultados obtidos apresentaram boa com os determinados através de correlações empíricas. Posteriormente, realizou-se um estudo das propriedades físicas, propriedades térmicas e um estudo do equilíbrio higroscópico dos pedaços cúbicos da fruta. Os resultados encontrados da massa específica e do diâmetro mostraram que estes se enquadram na categoria D, segundo a classificação de Geldart, o que favorece a um jorro e fluidização incipiente. Em relação ao estudo do encolhimento dos cubos observou-se um comportamento linear com o volume par todos os níveis de umidade do produto durante a secagem. Contudo, para umidade de 1,5 em base seca, durante a secagem em leito de jorro, duas regiões bem distintas foram caracterizadas pela mudança na inclinação da curva. Em relação às propriedades térmicas estas apresentaram a mesma tendência, ou seja, aumentando com a elevação da umidade passando por um máximo correspondente ao máximo encontrado na massa específica. No estudo do equilíbrio higroscópico, observou-se que as isotermas, dentro da faixa de temperatura estudada, foram ajustadas ao modelo de Henderson apresentando um ajuste satisfatório, não se observando efeito da temperatura. No estudo da cinética de secagem utilizou-se o modelo difusional para esferas, truncado em quatro termos levando-se em conta o efeito do encolhimento, os resultados obtidos para leito fixo/leito de jorro ajustou bem os dados experimentais. Por outro lado, este modelo não prediz satisfatoriamente o comportamento da secagem em leito fixo/leito fluidizado haja vista o fator encolhimento não ter sido utilizado no modelo. O coeficiente de difusão efetivo para níveis de umidades mais elevados apresentaram a mesma ordem de grandeza para ambos os processos independente da altura do leito. A hipótese de controle difusional externo desprezível foi confirmada a partir do número de Biot de massa que foi muito elevado. O desempenho dos secadores foi realizado a partir da determinação das perdas de vitamina C e da eficiência de energética do processo. Verificou-se que a degradação do ácido ascórbico é mais acentuada em leito de fluidizado. Com relação a eficiência energética valores mais elevados foram encontrados em níveis de umidade mais acentuadas. De maneira geral, podemos afirmar que o sistema combinado de secagem de pedaços cúbicos de goiaba aponta de forma promissora para a produção de um novo produto obtido a partir de uma tecnologia simples, obtendo-se produtos com características adequadas à comercialização. / Initially, the objective of this work was to study the drying of whole guava slices cut in the fruit polar direction. The results pointed out that this process introduced adverse aspects for commercialization, such as significant alteration in color, darkness, and slices texture. Looking for a better product quality, studies on combined process fixed bed/spouted bed and fixed bed/fluidized bed for guava cubic pieces drying were performed in a second step. The guava slices were obtained by cutting the fruit pith in approximately 1cm cubic form. A fluid-dynamic study in spouted bed and fluidized bed showed the feasibility of this technique, although the physical properties of guava cubic pieces after pre-drying in fixed bed affected the fluid-dynamics behavior causing structural alteration. The minimum spouting velocity, the maximum spoutable height and the minimum fluidization velocity as well, were determined and the obtained results showed good agreement with literature correlations. In order to characterize the fruit cubic pieces, the physical properties, thermal properties and hygroscopic equilibrium were determined as a function of the moisture content. The results of density and diameter pointed out that the particles were classified as type D according Geldart. In such situation, one may expect a stable spouting with incipient fluidization. In relation to the study of the shrinking and deformation it was observed a linear volume contraction with the moisture reduction at all levels of product moisture content during drying, together with a rapid rounding of the cube vertices. Spite the linear behavior, two distinct regions, limited by 1,5 (db) moisture content, had been observed during the spouted bed drying, characterized by the change in the curve slope. The thermal properties, thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat, were measured as a function of moisture content. All three presented the same trend: it was observed a region of increasing value of the property with the moisture content with a maximum in the region of maximum density. The Henderson model was adjusted to the hygroscopic equilibrium isotherms; the results showed a good fitting and little effect of temperature was observed within the studied temperature range. A diffusional model for spheres was proposed to describe the drying kinetics. The Fick's solution, truncated in four terms of the series and including the shrinking effect, was used in the modeling. The fixed bed/spouted bed experimental data showed a good fitting whereas this model does not satisfactorily predict the drying behavior in the fixed bed/fluidized bed system. The failure in this case is probably due to the shrinking factor was not considered in the model for fixed/fluidized bed. The effective diffusion coefficient for high levels of moisture presented the same order of magnitude for both processes, independent of the bed height. The internal diffusional control hypothesis for the mass transfer was then confirmed by the high mass Biot number, calculated for both processes. The driers performance was evaluated by means of analysis of the vitamin C loss and process energetic efficiency. It was verified that the acid ascorbic degradation is more significant in the fluidized bed, probably due to the instable behavior of this configuration. With regard to the energy efficiency higher values were found for the highest moisture content levels. In general, it is concluded that the combined system fixed/spouted or fixed/fluidized bed drying of guava pieces is an expecting suitable process to obtain a new product by a simple technology, getting products with adequate characteristics to the commercialization.

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T18:52:40Z No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T18:52:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T18:53:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T18:53:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLRR.pdf: 1872815 bytes, checksum: ae95127410e9ecb90c079771a265f706 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The present evaluated the influence of hydraulic retention time (HRT), cheese whey substrate concentration, temperature in thermophilic range (55 a 75oC) and cofermentation of sugar cane stillage and cheese whey in continuous hydrogen production in anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) and expanded granular sludge bed reactor (EGSB). Seven reactors were used, being three of them in EGSB configuration in mesophilic temperature (30oC) feed in different cheese whey concentrations were inoculated with mesophilic sludge from the poultry slaughterhouse wastewater (RM5, RM15 e RM25). Other four reactors in AFBR configuration, inoculated with thermophilic sludge from the treatment of sugarcane stillage, were operated in thermophilic range. In these it was evaluated the effect of temperature in thermophilic range using as substrate cheese whey (RTS) and sugar cane stillage (RTV). Also, it was evaluated the cofermentation of stillage with cheese whey (RTCV e RTCVS). In the reactors RM5, RM15, RM25, RTS and RTV, it was observed the volumetric H2 production (HPR) and H2 content increase behavior from the HRT decrease. However, there was a decrease in H2 yield (HY) in lower HRT for all reactors, reaching a maximum of 5.51 ± 0.37 mmol.g DQO-1 (RTS). The increase in cheese whey substrate concentration favored the hydrogen production in EGSB reactors, with maximum HPR of 0.312 ± 0.026L H2.h-1.L-1 in the concentration of 25,000mg lactose.L-1 (RM25). The increase in temperature from 55oC to 75oC, the hydrogen production was reduced because of the difficult adaptation of the microbial community originally from a thermophilic sludge. The cofermentation strategy enabled the increase of HY in the HRT of 8h, with a maximum of 0.82 ± 0.07 mmol.g DQO-1 (RTCVS). The main soluble metabolites related to hydrogen production were acetic and butyric acids. On the other hand, higher lactate concentrations were observed in conditions with low hydrogen production. / Este estudo avaliou as influência do tempo de detenção hidráulica (TDH), da concentração de soro de queijo no afluente, da temperatura em faixa termofílica (55 a 75oC) e da cofermentação de vinhaça e soro de queijo na produção contínua de hidrogênio em reator anaeróbio de leito fluidizado (RALF) e em reator anaeróbio de leito granular expandido, do inglês expanded granular sludge bed (EGSB). Foram utilizados sete reatores, sendo que em três reatores foi utilizada a configuração EGSB em temperatura mesofílica (30oC) alimentados em diferentes concentrações de soro de queijo inoculados com lodo mesofílico proveniente do tratamento de águas residuárias do abatedouro de aves (RM5, RM15 e RM25). Outros quatro reatores na configuração RALF foram operados na faixa termofílica foram inoculados com lodo termofílico proveniente do tratamento de vinhaça de cana de açúcar. Nestes foi avaliado o efeito da temperatura em faixa termofílica alimentado com soro de queijo (RTS) e vinhaça (RTV). Também foi avaliada cofermentação de vinhaça com soro de queijo (RTCV e RTCVS). Nos reatores RM5, RM15, RM25, RTS e RTV, foi observado o comportamento de elevação da produtividade volumétrica de H2 (PVH) e na composição de H2 no biogás partir da redução do TDH. No entanto, verificou-se redução do rendimento de H2 (HY) em todos os reatores em valores reduzidos de TDH, alcançando valor máximo de 5,51 ± 0,37 mmol.g DQO-1 (RTS). O aumento da concentração de soro de queijo no afluente favoreceu a produção de hidrogênio em reatores EGSB, com PVH máxima de 0,312 ± 0,026L H2.h-1.L-1 na concentração de 25.000mg lactose.L-1 (RM25). Com a elevação da temperatura de 55oC para 75oC, a produção de hidrogênio foi reduzida devido dificuldade de adaptação da comunidade microbiana proveniente de inóculo originalmente termofílico. A estratégia de cofermentação possibilitou o aumento do HY no TDH de 8h, com valor máximo de 0,82 ± 0,07 mmol.g DQO-1 (RTCVS). Os principais metabólitos relacionados com a elevada produção de hidrogênio foram os ácidos acético e butírico. Por outro lado, foram observadas elevadas concentrações de lactato em condições com baixa produção de hidrogênio. Palavras-chave: Água residuária agroindustrial, co-substrato, vinhaça de cana de açúcar, soro de queijo, reator anaeróbio de leito fluidizado e reator anaeróbio de leito granular expandido.