Orientadores: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:36:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BounousRodriguez_Gaston_M.pdf: 3883781 bytes, checksum: 1b217dd247c73d9b0be9947f109696c4 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O etileno é um dos principais intermediários da indústria petroquímica, sendo que sua principal rota de obtenção industrial é através da pirólise de etano. A reação de pirólise é realizada em um fomo que consiste num longo reator tubular colocado no interior de uma fornalha, sendo que a reação é rápida, altamente endotérmica e a distribuição de produtos é fortemente dependente das condições operacionais. O presente trabalho apresenta a modelagem fenomenológica do fomo de pirólise de etano e uma estratégia para o controle do mesmo, utilizando o simulador desenvolvido. A abordagem empregada consiste na resolução dos balanços transientes de massa, energia e queda de pressão no interior do reator tubular em conjunto com o balanço transiente de energia que descreve a transferência de calor da fornalha para o mesmo. O conjunto de equações diferenciais parciais obtido é resolvido mediante a aplicação do Método das Diferenças Finitas e de Runge-Kutta-Fehlberg em um programa computacional desenvolvido em linguagem Fortran. A simulação do modelo proposto permite obter e analisar a dinâmica do fomo de pirólise de etano para diferentes perturbações, assim como os perfis de temperatura, conversão de etano, pressão e distribuição dos produtos ao longo do reator tubular. A seletividade do processo para o etileno, variável importante para a economia do mesmo, é analisada para diferentes condições operacionais, observando-se a dependência da mesma com a carga térmica fornecida a mistura reacional. A estratégia de controle proposta para o fomo de pirólise de etano, consiste em controlar a temperatura dos produtos efluentes do fomo de pirólise, que na industria é um importante indicador do seu funcionamento, atuando na vazão de combustível na fornalha. Inicialmente é utilizada uma técnica de controle convencional empregando-se um controlador PI digital. Em face aos resultados é proposta a aplicação da técnica de controle preditivo por matriz dinâmica ("Dynamic Matrix Contra/" - DMC). A influência dos parâmetros de sintonia no desempenho de ambos controladores é analisada, sintonizando-se os mesmo pelo método da integral do erro absoluto (IAE). Os comportamentos da variável controlada e da variável manipulada obtidos com os controladores PI e DMC propostos são comparados. Observa-se um melhor desempenho do controlador DMC, especialmente devido ao fato de implementar ações de controle menos severas que o controlador PI / Abstract: Ethylene is one of the main intermidiates of the petrochemical industry, being the ethane pyrolisis the main industrial route for its obtention. The pyrolisis reaction takes place in a furnace that consists of a long tubular reactor enclosed inside a combustion chamber, being fast, highly exothermic and whose products distrubition is strongly dependent of the opperational conditions. In the present work is developed a phenomenological modelling of the pyrolisis furnace and a control strategy for it, using the developed simulator. The approach employed consists in the resolution of the transient mass, energy and pressure drop balances inside the tubular reactor along with the transient energy balance which describes the heat transfer between the combustion chamber and the reactor. The obtained set of partial differential equations is solved by the apllication of the Finite Differences Method and Runge-Kutta-FeWberg using a developed computer program in Fortran. The simulation of the proposed model allows to obtain and analyse the furnace dynamic response to different loads, as well as the temperature, ethane conversion, pressure and products distribution profiles along the tubular reactor. The selectivity of the process to ethylene, which is an important variable for the process economy, is analized for differents operational conditions, observing its dependence with the thermal load supplied to the reactional mixture. The proposed control strategy for the pyrolisis furnace consists in controlling the temperature of the eff1uent stream from the furnace, witch is an important industrial indicator of its performance, manipulating the fuel flow to the combustion chamber. First1y, a conventional control technique is applied using a digital PI controller. Then, it is applied the predictive control technique known as Dynamic Matrix Control (DMC). The influence of the tunning parameters in the performance of both controllers is analyzed, tunning them using the integral of the absolute value of the error method (IAE). The behaviours of the controlled and manipulated variables obtained with the PI and DMC controllers are compared. A better performance of the DMC controller can be observed, especially due to the fact that it applies control actions less severe than the PI controller / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Carlos Alberto Luengo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T19:54:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FonsecaFelfli_FelixEliecer_M.pdf: 22523684 bytes, checksum: 8087d2a79d06957f0a33ea9a3f0436c3 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: No Brasil, a exploração das florestas para:fins energéticos, geralmente, é praticada de forma ineficiente e devastadora, causando sérios danos ambientais e altos custos durante o transporte, manuseio e armazenagem. Neste contexto, o principal objetivo desta pesquisa foi o estudo da torrefação como tratamento alternativo para o aproveitamento eficiente da lenha e dos resíduos de biomassa, contribuindo-se desta forma à diminuição da exploração das florestas nativas, assim como à competitividade da biomassa como energético. Para tanto, desenvolveu-se uma unidade de torrefação em nível de bancada, onde foram realizados testes de torrefação com briquetes de resíduos de cedrinho. A eficiência energética da instalação comportou-se em tomo de 80 %, com rendimentos de conversão na faixa de 40 a 94 % em função dos parâmetros de operação. Os briquetes apresentaram carateristicas favoráveis para aplicações energéticas, destacando-se os altos rendimentos energéticos (de 50 a 96 %), a baixa umidade de equilíbrio, o caráter hidrófobo, assim com reportou-se um incremento do poder calorífico cerca de 15 %. Estas caraterísticas junto ao alto grau de padronização tomam a torrefação um tratamento eficiente para o aproveitamento energético da biomassa. Foi realizado um estudo onde foram identificados os principais mercados para a biomassa torrada, assim como as potencialidades e viabilidade econômica do processo. Também, como contribuição teórica, foi proposto um modelo matemático que contribuiu à compreensão do fenômeno de torrefação da biomassa, permitindo ter critérios para o projeto e diagnóstico dos parâmetros de torrefação / Abstract: The forest exploitation for energy purposes in Brazil, is frequently practiced in an inefficient and predatory way, causing serious environmental damages and high costs during transportation, handling and storage. ln this context, the main objective of this research was to investigate the torrefaction process as an altemative and efficient treatment to biomass residues and fuewood, contributing to reduce the native forest exploitation, as well as to advance the competitiveness of biomass as an energy resource. To this end, a bench unit for biomass torrefaction was developed. The unit was evaluated using wooden briquettes as raw material reporting energy efficiency around 80 % and weight yields between 40 and 94 % depending on operation parameters. The briquettes showed good characteristics for energy applications, distinguishing themselves for high energy yields (of 50 to 96 %), low moisture contents, hydrophobic character, and also, increasing of around 15 % in high heating value. These characteristics together with high degree of standardization, make torrefaction an efficient treatment of biomass for energy purposes. A study was made in order to identify the main markets for torrefied biomass, and the economic viability of torrefaction was also studied. As a theoretical contribution, a mathematical model was developed, which contributes to the knowledge of the biomass torrefaction phenomenon, and introduces some design and diagnosis criteria / Mestrado / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-25T13:23:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sugaya_MarcosdeFreitas_M.pdf: 5372251 bytes, checksum: 99bb6cc14a12b37f0b79848af01a6f78 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: A partir do processamento dos resíduos da destilação a vácuo de petróleos diferentes em unidades-piloto de craqueamento térmico, foram obtidas correlações para determinar a qualidade e o rendimento dos produtos (gases, nafta, diesel, gasóleos e resíduo) em função das características da carga e da conversão. As serpentinas das unidades piloto foram simuladas usando estas correlações, e constantes cinéticas foram ajustadas aos dados experimentais. A reação na fase vapor foi desprezada, e a integração das equações diferenciais que representam os balanços de massa e momento foi feita com o algoritmo Runge-Kutta de Fehlberg. A cada passo da integração, eram calculadas a distribuição de fases (com uma equação tipo SRK), as propriedades de transporte, o holdup e a perda de carga. O modelo adaptado para estimar a conversão é de primeira ordem, irreversível, e os seus parâmetros, do tipo Arrhenius, também foram correlacionados com as características da carga. Com o modelo cinético definido, foi codificado umsegundo programa que simula internamente os fornos das unidades de Coqueamento Retardado e Viscorredução, e que também pode ser usado quando não há reação para determinar perda de carga, vaporização, carga térmica e outras propriedades. Sua arquitetura foi desenvolvida prevendo umafutura incorporação ao simulador de processos da Petrobrás - PETROX -, como uma operação unitária do mesmo. As bibliotecas de cálculo deste simulador foram aproveitadas, tendo sido acrescentadas outras possibilidades para cálculo de equilíbrio de fases e propriedades físicas. Vários outros métodos estão disponíveis para cálculo de perda de carga, entalpias e calores específicos, temperatura de parede e regime de escoamento. Os resultados obtidos foram considerados bons quando comparados com dados reais, e o programa resultante será usado no dimensionamento de novas unidades, em estudos para eliminação de problemas operacionais e aumento de capacidade, otimização e controle de processos e etc / Abstract: Correlations to simulate the therrnal cracking of petroleum vacuum residues were developed through pilot plant data analysis. Readion was considered to occur only in the liquid phase, and the correlations determined consider charge properties like specific gravity, viscosity, sulfur content and initial boiling point range to give the yield and quality of products as a function of conversion (350°C-NBP products wt.%). Kinetic parameters were also found as a fundion of charge properties and a computer program was developed to simulate Visbreaker and Coker fired heater operation / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

O uso de biomassa assume relevante importância no Brasil devido à intensa atividade agrícola e às grandes quantidades de resíduos agroindustriaisgerados. A solução desse problema é um grande desafio para os pesquisadores e o objetivo dos processos propostos não deve apenas reduzir a quantidade de resíduos, mas também agregar valor a esses materiais. A pirólise é uma técnica já estabelecida para transformação da biomassa em produtos sólidos (biochar), líquidos (bio-óleo) e gasosos por aquecimento em atmosfera inerte. A caracterização dos principais produtos (bio-óleo e biochar) a partir da pirólise, o aprimoramento das propriedades do biochar por ativação da sua superfície e sua utilização como adsorvente para metais em solução aquosa foram objetos de estudo desse trabalho. Foram utilizadas as biomassas de fibra de coco verde (FCV), resíduo da indústria do café (pele de prata - RIC), palha e bagaço de cana-de-açúcar (PC e BC). Os bio-óleos produzidos foram caracterizados por GC×GC/qMS O biochar foi ativado quimicamente, caracterizado e avaliado como adsorvente de cobre (II) em soluções aquosas. Os resultados mostram bio-óleos com grandes quantidades de fenóis, com potencial uso na indústria da química fina. No bio-óleo de pele de prata, também foi encontrada uma quantidade considerável de compostos nitrogenadosos quais têm possibilidade de uso em indústrias farmacêuticas. Os biochars ativados apresentaramelevada área superficial, formados por micro e meso poros e comexcelente capacidade de adsorção, principalmente para os carvões ativadosoriundos da pele de prata (RIC) e da palha de cana-de-açúcar (PC). Estes resultados indicam a possibilidade de uso integrado dos produtos da pirólise dentro de um conceito de biorrefinaria, onde se parte de um resíduo descartável e se chega a produtos de elevado valor agregado, com rejeito mínimo ao final do processo. / The use of biomass is very important in Brazil due to the intense agricultural activity and the large amounts of agroindustrial residues generated. The solution to this problem is a major challenge for researchers and the aim of the proposed processes should not only reduce the amount of waste but also add value to these materials. Pyrolysis is an established technique for transforming biomass into solid (biochar), liquid (bio-oil) and gaseous products by heating in an inert atmosphere. The characterization of the main products (bio-oil and biochar) from pyrolysis, the enhancement of the properties of the biochar by surface activation and its use as an adsorbent for metals in aqueous solution are objects of study of this work. The biomass of green coconut fiber, coffee industry residue (silverskin) and sugar cane residues (bagasse and straw) were used. The biooils produced were characterized by GC×GC/qMS Biochar was chemically activated, characterized and evaluated as a copper (II) adsorbent from aqueous solutions. The results showed bio-oils with high amounts of phenols, which can be used in the fine chemicals industry. On the bio-oil from silverskin, considerabe amounts of nitrogen compounds were also found and these compounds have possibility of use in pharmaceutical industries. The activated biochars showed high surface area, formed by micro and meso pores and with excellent adsorption capacity, mainly for biochars originating from silverskin and sugarcane straw. These results indicate the possibility of integrated use of these materials within a concept of biorefinery, beginning with a disposable waste and ending with products of high added value and minimum waste at the end of the process.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, nickel oxide films were prepared from the Spray Pyrolysis Technique, due to its wide application in the manufacture of various electronic devices and intense study of its semiconducting properties. The films were obtained from a precursor solution containing 0.2 mol / L NiCl2 dissolved in distilled water containing sucrose as a chelating agent, deposited on a glass substrate temperature of 450 ° C. The sucrose concentration in the solution ranged from 0 to 10 × 10-3 mol/L and its effects on structural, morphological and optical properties were studied using the techniques of X-ray diffraction, scanning electron microscopy and UV-vis spectroscopy. It was observed that, before the concentration of sucrose, the films have different optical characteristics (transparent or opaque) for amorphous or crystalline films. / Neste trabalho, foram preparados filmes de óxido de níquel, a partir da Técnica Spray Pirólise, devido à sua grande aplicação na fabricação de diversos dispositivos eletrônicos e intenso estudo de suas propriedades semicondutoras. Os filmes foram obtidos a partir de uma solução precursora contendo 0,2 mol/L de NiCl2 dissolvido em água destilada, contendo a sacarose como agente quelante, depositados sobre um substrato de vidro a temperatura de 450°C. A concentração de sacarose na solução variou de 0 a 10×10-3 mol/L e seus efeitos nas propriedades estruturais, morfológicas e ópticas foram estudadas através das técnicas de Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia UV-vis. Observou-se que, diante da concentração de sacarose, os filmes apresentam diferentes características ópticas (transparentes ou opacos) para filmes amorfos ou cristalinos.

Orientador: Deyse Elisabeth Ortiz Suman Carpenter. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Exatas e Naturais, Programa de Pós-Graduação em Química.

A Terra vem sofrendo alterações pelas ações antropogênicas, com isso surge a necessidade de desenvolver estratégias para reduzir a mudança climática global, através da redução da geração de gases de efeito estufa (GEE), geração de energia renovável climaticamente neutra e sequestro de carbono livre atmosférico. Resíduos resultantes do manejo agrícola e da pecuária são gerados em grande volume. A disposição imprópria destes resíduos contribui com a geração de GEE. Atualmente vários processos, como a compostagem, biodigestão anaeróbica, hidrólise enzimática e combustão podem ser usadas para a destinação adequada destes resíduos. Destina-los adequadamente, além de reduzir a emissão de GEE, sequestrar carbono atmosférico, gerar biocombustíveis são medidas indispensáveis. Neste sentido a pirólise de biomassas agrícolas é uma tecnologia que pode contribuir na busca de solução adequada para a gestão destes resíduos. Avaliou-se, através da aplicação com adaptação do método MAIS, desenvolvido por BORK (2015), a transformação de quatro biomassas resultantes do manejo agropecuário, para geração de biocarvão, usado como corretor de solos degradados. Observou-se que uma determinada biomassa - a cama de frango - segundo a avaliação é a mais sustentável (IS = 4,12), porém o resultado não pode ser considerado apenas sob o ponto de vista do índice de sustentabilidade (resultado final), sendo necessário ter uma visão sistêmica do produto, pois nem todos os índices relativos foram vencedores na avaliação em comparação com a vinhaça de cana (IS = 2,89). É preciso realizar mais pesquisas sobre pirólise de biomassa para se determinar quantos e quais seriam os indicadores ideais a serem usados na avaliação pelo método MAIS e é desejável aplicar este método a outros processos e produtos para verificar a sua eficácia.

Os fornos de pirólise, feitos a partir da liga HP modificada, são equipamentos destinados à produção de hidrocarbonetos leves na indústria petroquímica. A partir da pirólise, é possível obter etileno e outros produtos que são matérias-primas para obtenção de manufaturados formados por polímeros. Nesse processo, grandes moléculas de hidrocarbonetos, na forma gasosa, são craqueadas em condições especiais de temperatura e pressão. Durante o craqueamento, o teor de carbono dos materiais que constituem os fornos é aumentado por meio do ingresso de carbono através da superfície interna dos tubos, sendo oriundo da massa reativa que atravessa as colunas e, como consequência disso, ocorre uma alteração das propriedades mecânicas do material. Aliado a esse fato, existe o depósito nocivo de uma camada de coque a partir da superfície interna das tubulações, que funciona como um isolante térmico, diminuindo a temperatura do gás e exigindo uma maior temperatura de trabalho para o forno, além de causar tensões que podem resultar em trincas ou danos para as colunas dos fornos de pirólise. Durante a carburização, a liga metálica dos fornos de pirólise desenvolve propriedades tipo ferromagnéticas, as quais são resultado do processo de ingresso de carbono. Nesta etapa, a camada magnetizada do material coincide com a região onde houve propagação da carburização. Sendo assim, uma medida da magnetização do material pode resultar em uma medida direta do nível de carburização em que o forno se encontra. Neste trabalho, serão apresentadas técnicas para simulação de ambientes carburizantes em alta temperatura, e as amostras serão testadas tendo o tempo de exposição ao carbono como sua principal variável e as suas propriedades mecânicas serão avaliadas, além da alteração de sua composição química e sua microestrutura. / The pyrolysis heaters, made of HP-modified alloy, are equipments designed to produce lightweight hydrocarbon in the petrochemical industry. Because of the pyrolysis, it is possible to obtain ethylene and other products that are raw material to gain manufactured polymer. In this process, big gaseous hydrocarbon molecules suffer a cracking process under special conditions of temperature and pressure. During the steam cracking process, the amount of carbon from the constituent material of the heaters is increasing as a consequence of the carbon entrance through the inside surface of the tubes. This carbon comes from the reactive mass that crows the columns and, eventually, produces a change in the mechanical proprieties of the material. Besides that, there is a harmful deposit of a coke layer that comes from the internal surface of the heater tubes. This layer works as a thermal insulation and is responsible for the decreasing of the gas temperature and as a consequence, the heater demands a higher temperature to work properly. As a result, rupture or damages can occur in the pyrolysis heater columns. During the carburization, the above mentioned alloy presents magnetic properties in consequence of the increase of the carbon amount in the material. The magnetic layer is observed in the region where the carburization process happened. Therefore, a measure of the material magnetization can lead to a direct measure of the carburization level in which the heater is on. In this work, simulation techniques of the carburizing environment under high temperature will be presented, and the samples will be tested regarding the correlation between carbon exposition time and the mechanical properties, microstructural changes and chemical composition that occur as a result.

O presente trabalho buscou avaliar o processo de co-pirólise de resíduos de polipropileno com gasóleo, variando a temperatura e a quantidade de polipropileno no meio reacional. A co-pirólise é uma rota promissora, uma vez que minimiza o impacto ambiental causado pela disposição do plástico de maneira inadequada, evita seu acúmulo em lixões e permite um melhor aproveitamento de um recurso natural não-renovável, o petróleo, matéria-prima importante para a geração de energia e obtenção de produtos químicos. As amostras de polipropileno e gasóleo foram submetidas à co-pirólise térmica em atmosfera inerte, em sistema de leito fixo, sob fluxo constante de nitrogênio, variando a temperatura de 400C a 500C e a quantidade de PP no meio reacional de 0,1 a 1,0 g. A influência do gasóleo no meio foi avaliada pelos testes na ausência de PP. Os líquidos pirolíticos obtidos foram caracterizados por cromatografia gasosa modificada, com o objetivo de avaliar a geração de frações na faixa da destilação do diesel. De uma maneira geral, pôde-se observar que o aumento da quantidade de PP no meio reacional favorece a redução do rendimento de líquido pirolítico e o aumento da quantidade de sólido gerado, efeito inverso ao do aumento da temperatura. Com relação ao rendimento geral de produtos na faixa de destilação do diesel na co-pirólise, a adição de PP ao meio não interfere muito no resultado. Já o aumento de temperatura favorece o aumento do rendimento de produtos nessa faixa de destilação. Os resultados obtidos comprovam o potencial da co-pirólise como método de reciclagem química de artefatos de polipropileno pós-consumo / In this study, the process of co-pyrolysis of polypropylene (PP) residues with gas-oil was evaluated, varying the temperature and the amount of polypropylene fed to the reactor. The co-pyrolysis is a promising route to minimize the environmental impact caused by the inadequate disposal of plastics, preventing its accumulation in landfields and giving a better use of the non renewable raw material (oil). The polypropylene samples and gas-oil were submitted to the thermal co-pyrolysis in an inert atmosphere, varying the temperature from 400C to 500C and the amount of PP from 0,1 to 1,0g. The influence of the gas-oil was evaluated carrying the co-pyrolysis in the absence of PP. The pyrolysed liquids produced by this thermal treatment were characterized by modified gaseous chromatography in order to evaluate the yield in the range of distillation of diesel. As a result, the increase of PP amount lead to a reduction in the yield of the pyrolytic liquid and to an increase of the amount of solid generated. The effect of temperature increase showed an inverse result. The addition of PP in the reactor showed little influence in the yield of diesel in the co-pyrolysis. On the other hand, an increase in temperature favors the increase of products in this range of destillation. The results show that plastic residue co-pyrolysys is a potential method for chemical recycling of plastic products

Orientador: Laércio Ender. / Co-orientador: Henry França Méier. / Co-orientador: Vinicyus Rodolfo Wiggers. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.