Dissertação de doutoramento. Engenharia Química. 1995. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Orientador: Paulo César de Jesus. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Exatas e Naturais, Programa de Pós-Graduação em Química.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016.

Reatividade de carvões da mina Butiá-Recreio proveniente do lavador da Aços Finos Piratini, foram determinadas para distintas faixas granulométricas, com o objetivo de verificar a correlação existente entre as mesmas e a reatividade. Estudou-se o efeito de aditivos na reatividade de carvões, verificando-se que todos aditivos utilizados são ativadores. Estudos de derivatografia foram realizadas a fim de observar-se o comportamento da combustão do carvão na presença de Na2CO3. Os resultados mostraram que também a velocidade de combustão aumenta na presença do mesmo. / Coal reactivities from two seams from Butiá-Recreio coal fields seam and processec by Aços Finos Piratini washing plant have been studied using different grain sizes. The aim was to verify any possible correlation between reactivity and grain size. The influence of additives on the coal reactivity was also studied and it was verified that all of them behaved as activators. The combustion behavior of the the coal was studied by means of derivatografhy using Na2CO3 as a cataliser and also in this case the combustion rate increased.

PONTE, F. A. F. Estudo de otimização do processo de obtenção de biodiesel de segunda geração. 99 f. 2012. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-23T12:57:57Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_fafponte.pdf: 1932107 bytes, checksum: 5720a4bf4c7e3f9e7c67d8b881ce1831 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-28T17:51:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_fafponte.pdf: 1932107 bytes, checksum: 5720a4bf4c7e3f9e7c67d8b881ce1831 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-28T17:51:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_fafponte.pdf: 1932107 bytes, checksum: 5720a4bf4c7e3f9e7c67d8b881ce1831 (MD5) Previous issue date: 2012-07-31 / Biodiesel is a renewable fuel and can be used to replace partially or totally, the diesel fuel in compression ignition engines. This biofuel can be obtained from the transesterification of vegetable oils with alcohols. Some of the major challenges in biodiesel production are: cost and availability of raw material. Castor oil is one of the most important possible feedstocks among several options currently available in Brazil for biodiesel production. The castor oil is harmful to human health and therefore cannot be consumed as a food. Pure castor oil biodiesel does not fulfill parameter as gravity or viscosity in the Brazilian biodiesel specifications of ANP (National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels). Other oleaginous seeds are also used for biodiesel production like soybean, canola, and cotton. This study aimed to use blends of castor oil with cotton, canola and soybean oils in order to optimize the production of second generation biodiesel. The use of these blends could reduce the cost of production, and produce second generation biodiesel that fulfill the brasilian’s specifications. Biodiesel was produced from binary mixtures of vegetable oils in different mass ratios by reaction of alkaline transesterification by homogeneous catalyst using methanol and ethanol as alcohol. The mass ratio methanol/catalyst/oil (% w/w) were 20/0,6/100 and ethanol/catalyst/oil (% w/w) were 43/0,6/100. The analysis of the conversion reaction was carried out using the technique of Nuclear Magnetic Resonance of Hydrogen protons (1H-NMR). The physicochemical characterizations were performed according to ABNT, NBR, ASTM and CEN standards. As the analysis of characterization, all specifications biodiesels of pure oils and blends comply with the requirements of the limits allowed by ANP. The best result was obtained for blends of castor and cotton oils (20:80) to the methanolysis reaction parameters: temperature 60 °C and reaction time of 40 minutes and the same proportion to the ethanolysis: 60 °C for 5 minutes. As for castor: soybean and castor; canola was the best optimization in the ratio (30:70) for the route in the methyl reaction parameters: temperature of 25 ° C and reaction time of 40 minutes and the best ethylic route result was in the ratio (20:80) with the parameters: temperature 60 °C for 5 minutes. The results indicated that binary blends of vegetable oils may be an alternative to use less edible raw material for biodiesel production. / O biodiesel é um combustível oriundo de fontes renovável que tem se tornado uma alternativa para substituir, parcial ou totalmente, o óleo diesel em motores de ignição por compressão. A maneira mais utilizada para obtenção do biodiesel é através da reação de transesterificação. Alguns dos principais desafios na produção de biodiesel são: custos e disponibilidade dos recursos da matéria prima. Dentre as matérias primas podemos citar o óleo de mamona, que é nocivo a saúde humana, portanto não pode ser consumido como alimento. O biodiesel sintetizado a partir deste tipo de óleo possui densidade e viscosidade elevadas, ficando fora das especificações da Agencia Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Assim, o presente trabalho teve por objetivo utilizar “blends” (misturas) do óleo de mamona com os óleos de algodão, canola e soja visando a otimização da produção de biodiesel de segunda geração e, assim, poder diminuir o custo de produção, valorizando oleaginosas não comestíveis e produzir biodiesel de segunda geração que atenda as especificações. As matérias primas utilizadas foram caracterizadas de acordo com normas para óleos e gorduras. O biodiesel foi produzido a partir de misturas de óleos vegetais em diferentes proporções mássicas, através da reação de transesterificação homogênea alcalina usando metanol e etanol como álcool transesterificante com uma relação mássica de metanol/catalisador/óleos (% m/m) de 20/0,6/100 e de etanol/catalisador/óleos (% m/m) de 43/0,6/100. A análise de conversão da reação foi realizada através da técnica de Ressonância Magnética Nuclear de prótons de hidrogênio (RMN-1H) e as caracterizações físico-químicas foram realizadas de acordo com as normas da ABNT NBR, ASTM e CEN. Conforme as análises de caracterização, todas as especificações dos biodieseis de óleos puros e “blends” satisfizeram as exigências dos limites permitidos pela ANP, com exceções de algumas propriedades. Os resultados indicaram que os “blends” de óleos vegetais podem ser uma alternativa para amenizar a falta da matéria prima para a produção do biodiesel de excelente qualidade. O melhor resultado foi obtido para os óleos de (mamona:algodão) na mistura de proporção mássica (20:80) para a rota metílica nos parâmetros reacionais: temperatura de 60 °C e tempo reacional de 40 minutos e na mesma proporção também para a rota etílica: temperatura de 60 °C por 5 minutos. Já para (mamona:soja) e (mamona:canola) a melhor otimização foi na proporção (30:70) para a rota metílica nos parâmetros reacionais: temperatura de 25 °C e tempo de reação de 40 minutos e para rota etílica o melhor resultado foi na proporção (20:80) com os parâmetros: temperatura de 60 °C por 5 minutos.

A busca pela redução das emissões de gases causadores do efeito estufa, em especial, o CO2 é um assunto que vem ganhando cada vez mais importância no setor industrial e nas linhas de pesquisa. A oxicombustão tem se mostrado uma das melhores alternativas para captura de CO2. O objetivo desse trabalho é determinar os parâmetros cinéticos da reação de oxicombustão de char de um carvão mineral betuminoso sul brasileiro com alto teor de cinza. O char, com partícula de diâmetro 715 μm, foi preparado em atmosfera 100 % N2 a 1173 K. Os ensaios de oxicombustão foram realizados em termobalança com diferentes temperaturas (973, 1073, 1173 e 1273 K) usando misturas gasosas O2/CO2 de concentrações variadas (10 %, 20 % e 30 % de O2 em CO2). Para determinação dos parâmetros cinéticos utilizou-se três modelos. Para o modelo do núcleo não reagido (MNR), conclui-se que a reação química controla o processo reacional, tendo uma energia de ativação de 37,8 kJ.mol-¹ e ordem de reação de 0,5 para 973 K e de 0,7 para as demais temperaturas. Usando o modelo de reação contínua (RC), não se obteve um ajuste adequado aos dados experimentais, pois este modelo prevê um consumo uniforme de carbono, desconsiderando a camada de cinzas deixada para trás. Segundo o modelo de Langmuir-Hinshelwood (LH) de duas etapas, a etapa dessortiva é mais favorecida pelo aumento de temperatura, indicando que a ordem da reação esteja entre zero e um. O resultado encontrado, para esse modelo, para a energia de ativação da primeira etapa foi de 19,8 kJ.mol-¹ e para a segunda etapa foi de 37,3 kJ.mol-¹. / The efforts to reduce greenhouse gas emissions, especially CO2, are gaining increasing importance in the industrial sector and in research lines. Oxy-fuel combustion has proven to be one of the best strategies for the capture of CO2. The aim of this study is to determine the kinetic parameters of reaction and oxy-fuel combustion of char of a bituminous coal with high ash content in southern Brazil. The char, with a particle 715μm in diameter, was prepared in 100 % N2 atmosphere, at 1173 K. The oxy-fuel combustion assays were performed using a thermobalance at different temperatures (973 K, 1073 K, 1173 K and 1273 K) with O2/CO2 gas mixtures of different concentrations (10 %, 20 % and 30 % of O2 in CO2). Three models were used for determining the kinetic parameters. According to the unreacted core model (MNR), the process is controlled by chemical reaction, resulting in the activation energy of 37.8 kJ.mol-¹ and reaction order from 0.5 to 973 K and for other temperatures the order of reaction was 0.7. The use of the reaction model (RC) did not provide a good fit to experimental data because the consumption of the particle during the reaction was not constant as predicted by the model. According to Langmuir-Hinshelwood (LH) model, constituted by two steps, the desorption step is more favored by high temperatures, which indicates that it is a zeroth-order reaction. The value obtained for the activation energy for the first step, according to this model, was 19.8 kJ.mol-¹ and for the second step it was 37.3 kJ.mol-¹.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-06-05T15:46:41Z No. of bitstreams: 1 2017_RobertoYoshiodeSouzaFilho.pdf: 4675122 bytes, checksum: b11ddcf6caa6e7353aac02e1fd115909 (MD5) / Rejected by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br), reason: Boa tarde, Por favor, padronize o campo autor, orientador e referência às normas do RIUnB. Atenciosamente on 2017-06-23T16:24:48Z (GMT) / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-06-23T17:02:56Z No. of bitstreams: 1 2017_RobertoYoshiodeSouzaFilho.pdf: 4675122 bytes, checksum: b11ddcf6caa6e7353aac02e1fd115909 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-11T23:39:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_RobertoYoshiodeSouzaFilho.pdf: 4675122 bytes, checksum: b11ddcf6caa6e7353aac02e1fd115909 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-11T23:39:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_RobertoYoshiodeSouzaFilho.pdf: 4675122 bytes, checksum: b11ddcf6caa6e7353aac02e1fd115909 (MD5) Previous issue date: 2017-08-11 / Neste trabalho, realizou-se uma abordagem teórico-experimental para investigação do mecanismo reacional da reação multicomponente Petasis Borono-Mannich. Utilizando-se da espectrometria de massas ESI(+)-MS(/MS), associada à técnica de etiquetas de cargas (charged-tag), da análise estrutural por raio-X e do emprego de cálculos de DFT para otimização conformacional e energia das espécies reacionais observadas, a metodologia possibilitou a proposição de um mecanismo reacional mais detalhado, e coerente com os dados disponíveis na literatura, para essa importante reação multicomponente. Notadamente, a participação do solvente para a formação do estado de transição responsável pela formação do produto da reação. Adicionalmente, para investigação dos fatores envolvidos na ação citotóxica apresentada pela diidropirimidinona (DHPM) monastrol no decurso do fuso mitótico celular, utilizou-se a reação multicomponente de Biginelli, para a obtenção de novas DHPM´s fluorescentes planejadas a partir da inserção do fluorofulo benzotiadiazol (BTD) na estrutura base do monastrol, resultando na obtenção de derivados fluorescentes citotóxicos e não citotóxicos para observação direta, via microscopia confocal, dos fatores envolvidos na ação biológica do monastrol sob as proteínas motoras do fuso mitótico (Eg5). / In this work, it have fulfilled as theoretical as experimental approach about mechanism reaction investigation of multicomponent reaction Petasis Borono-Mannich. For a complete investigation, it resorted the electronspray mass spectrometry ESI(+)-MS(/MS), associated with charged-tags shift as well as the structural analysis by X-ray and the use of DFT calculations for conformational and energy optimization for the species observed. The methodology allowed the proposal more detailed mechanism reaction and it is consistent with the available data found in literature about this important multicomponent reaction. Notably, it observed that the solvent participation in the transition form is responsible to afford the product. Additionally, Biginelli multicomponent reaction was used to afford new fluorescent dihidropirimidinones (DHPM´s) derivatives, designed through insertion of benzothiadiazol (BTD) on monastrol base structure, it was purpose to understand the factors involved in citotoxic action presented by DHPM monastrol in cellular mitotic spindle. This provided new citotoxic and non citotoxic fluorescent DHPM´s to direct observation, via confocal microscopy, on the biological action factors involved in monastrol molecule against Eg5 motor proteins.

Reatividade de carvões da mina Butiá-Recreio proveniente do lavador da Aços Finos Piratini, foram determinadas para distintas faixas granulométricas, com o objetivo de verificar a correlação existente entre as mesmas e a reatividade. Estudou-se o efeito de aditivos na reatividade de carvões, verificando-se que todos aditivos utilizados são ativadores. Estudos de derivatografia foram realizadas a fim de observar-se o comportamento da combustão do carvão na presença de Na2CO3. Os resultados mostraram que também a velocidade de combustão aumenta na presença do mesmo. / Coal reactivities from two seams from Butiá-Recreio coal fields seam and processec by Aços Finos Piratini washing plant have been studied using different grain sizes. The aim was to verify any possible correlation between reactivity and grain size. The influence of additives on the coal reactivity was also studied and it was verified that all of them behaved as activators. The combustion behavior of the the coal was studied by means of derivatografhy using Na2CO3 as a cataliser and also in this case the combustion rate increased.

O aproveitamento de pó de borracha oriundo de pneus por meio da sua conversão térmica, agregandolhe valor econômico através de seus produtos de pirólise, pode representar uma solução para o problema ambiental de descarte deste resíduo. Na indústria de fundição são gerados dois tipos de areia: areia impregnada com resina (AIR) e areia verde (AV), sendo a primeira classificada como resíduo perigoso, dependendo da concentração de fenol nela contida. No presente trabalho são abordados dois resíduos industriais (pneu e AIR), de maneira a propor uma solução através do processo de co-pirólise em um reator de leito fluidizado. As amostras foram submetidas a vários ensaios de caracterização. A AIR foi caracterizada a partir da determinação da concentração de fenol e por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A resina polimérica foi submetida a ensaios de Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e as amostras de pneu (pó de borracha) foram caracterizadas através das análises elementar (CHNS) e imediata, além do poder calorífico superior. Os parâmetros cinéticos da reação de pirólise da resina polimérica incorporada a AIR foram determinados através de análise térmica (TGA / DTG) sob condições isotérmicas e nãoisotérmicas. O triplete cinético (Energia de Ativação, Fator pré- exponencial e mecanismo de reação) foi avaliado pelos métodos de Coats-Redfern, MacCallum-Tanner e van Krevelen. A análise térmica indicou que a degradação da resina polimérica ocorre em três fases distintas. Sob condições isotérmicas a energia de ativação (Ea) e o fator pré-exponencial (A) foram determinados como sendo 61,98 kJ.mol-1 e 3,13.102 s-1, respectivamente. Sob condições não-isotérmicas a cinética da pirólise da resina polimérica na região de maior perda de massa pode ser descrita pelo mecanismo Fn, para conversões abaixo de 0,8 e por um processo de difusão (D3) para as conversões acima de 0,8. A copirólise das amostras de pneu (PLABOR 100/420 e PLABOR 600) e da resina polimérica presente na AIR foi realizada em um reator de leito fluidizado sob atmosfera de nitrogênio (N2). Para realização dos experimentos foi utilizada uma vazão de nitrogênio de 0,70 Nm3/h. Seis borbulhadores foram utilizados para a condensação do óleo produzido no processo. O óleo e o char obtidos a partir da pirólise foram caracterizados. Os principais componentes presentes no óleo pirolítico foram determinados através de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FITR), enquanto a morfologia do char foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). No estudo da co-pirólise, observou-se que o processo é eficiente para a remoção da resina polimérica contida na areia de fundição, pois houve redução do teor de fenol após a reação. Observou-se um rendimento de 0,46 L/kg de pneu (base úmida) para o ensaio de co-pirólise com a borracha PLABOR 100/420 e de 0,78 L/kg de pneu (base úmida) para o ensaio com a borracha PLABOR 600, além de 10,16 g de char no ensaio com a borracha PLABOR 100/420 e 12,83 g no ensaio com a borracha PLABOR 600 para cada 50 kg de borracha alimentada. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-07-10T16:00:15Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniele Perondi.pdf: 2626759 bytes, checksum: 2917d52a170d4916ad4630ce6b6d975f (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-10T16:00:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniele Perondi.pdf: 2626759 bytes, checksum: 2917d52a170d4916ad4630ce6b6d975f (MD5) / The use of rubber powder coming from tires through its thermal conversion, adding economic value to it through their pyrolysis products may represent a solution to the environmental problem of disposal of this waste. Two types of sand are generated in the foundry industry: sand impregnated with resin (AIR) and green sand (AV), the first being classified as hazardous waste, depending on the concentration of phenol therein. In this paper we addressed two industrial waste (tire and AIR), in order to propose a solution through co-pyrolysis in a fluidized bed reactor. The samples were subjected to several characterization tests. The AIR was characterized by determining the concentration of phenol and by Scanning Electron Microscopy (SEM). The polymeric resin was subjected to tests Spectroscopy Fourier transform infrared (FTIR) and rubbers were characterized by elemental analysis (CHNS) and immediately beyond the lower heating value. The kinetic parameters of the reaction pyrolysis of polymeric resin embedded in sand were determined by thermal analysis (TGA / DTG) under isothermal and non-isothermal. The kinetic triplet (activation energy, preexponential factor and reaction mechanism) was assessed by mathematical models of Coats-Redfern, MacCallum-Tanner and van Krevelen. Thermal analysis indicated that degradation of the polymeric resin occurs in three distinct phases. Under isothermal conditions the activation energy (Ea) and preexponential factor (A) were determined to be 61.98 kJ.mol-1 and 3.13.102 s-1, respectively. Under nonisothermal kinetics of pyrolysis of polymeric resin can be described by the mechanism Fn, for conversions below 0.8 and a diffusion process (D3) for conversions above 0.8. The co-pyrolysis of rubber (PLABOR 100/420 and PLABOR 600) and polymer resin present in AIR was performed in a fluidized bed reactor under an atmosphere of nitrogen (N2). For these experiments was used a nitrogen flow rate of 0.70 Nm3/h. Six bubblers were used for the condensation of oil produced in the process. The obtained oil and char from the pyrolysis were characterized. The main components present in the pyrolytic oil were determined by infrared spectroscopy by Fourier transform (FITR), while the char morphology was evaluated by scanning electron microscopy (SEM). In the study of co-pyrolysis, it was observed that the process is effective for removing polymeric resin contained in foundry sand as a reduction in the content of phenol after reaction. It was observed a yield of 0.46 L / kg tire (wet basis) for testing co-pyrolysis with rubber PLABOR 100/420 and 0.78 L / kg tire (wet basis) for test PLABOR rubber 600, and 10.16 g of char in the test with the rubber PLABOR 100/420 and 12.83 g in the test with the rubber PLABOR 600 for each 50 kg of rubber fed.

A busca pela redução das emissões de gases causadores do efeito estufa, em especial, o CO2 é um assunto que vem ganhando cada vez mais importância no setor industrial e nas linhas de pesquisa. A oxicombustão tem se mostrado uma das melhores alternativas para captura de CO2. O objetivo desse trabalho é determinar os parâmetros cinéticos da reação de oxicombustão de char de um carvão mineral betuminoso sul brasileiro com alto teor de cinza. O char, com partícula de diâmetro 715 μm, foi preparado em atmosfera 100 % N2 a 1173 K. Os ensaios de oxicombustão foram realizados em termobalança com diferentes temperaturas (973, 1073, 1173 e 1273 K) usando misturas gasosas O2/CO2 de concentrações variadas (10 %, 20 % e 30 % de O2 em CO2). Para determinação dos parâmetros cinéticos utilizou-se três modelos. Para o modelo do núcleo não reagido (MNR), conclui-se que a reação química controla o processo reacional, tendo uma energia de ativação de 37,8 kJ.mol-¹ e ordem de reação de 0,5 para 973 K e de 0,7 para as demais temperaturas. Usando o modelo de reação contínua (RC), não se obteve um ajuste adequado aos dados experimentais, pois este modelo prevê um consumo uniforme de carbono, desconsiderando a camada de cinzas deixada para trás. Segundo o modelo de Langmuir-Hinshelwood (LH) de duas etapas, a etapa dessortiva é mais favorecida pelo aumento de temperatura, indicando que a ordem da reação esteja entre zero e um. O resultado encontrado, para esse modelo, para a energia de ativação da primeira etapa foi de 19,8 kJ.mol-¹ e para a segunda etapa foi de 37,3 kJ.mol-¹. / The efforts to reduce greenhouse gas emissions, especially CO2, are gaining increasing importance in the industrial sector and in research lines. Oxy-fuel combustion has proven to be one of the best strategies for the capture of CO2. The aim of this study is to determine the kinetic parameters of reaction and oxy-fuel combustion of char of a bituminous coal with high ash content in southern Brazil. The char, with a particle 715μm in diameter, was prepared in 100 % N2 atmosphere, at 1173 K. The oxy-fuel combustion assays were performed using a thermobalance at different temperatures (973 K, 1073 K, 1173 K and 1273 K) with O2/CO2 gas mixtures of different concentrations (10 %, 20 % and 30 % of O2 in CO2). Three models were used for determining the kinetic parameters. According to the unreacted core model (MNR), the process is controlled by chemical reaction, resulting in the activation energy of 37.8 kJ.mol-¹ and reaction order from 0.5 to 973 K and for other temperatures the order of reaction was 0.7. The use of the reaction model (RC) did not provide a good fit to experimental data because the consumption of the particle during the reaction was not constant as predicted by the model. According to Langmuir-Hinshelwood (LH) model, constituted by two steps, the desorption step is more favored by high temperatures, which indicates that it is a zeroth-order reaction. The value obtained for the activation energy for the first step, according to this model, was 19.8 kJ.mol-¹ and for the second step it was 37.3 kJ.mol-¹.