Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-07-02T20:02:10Z No. of bitstreams: 1 MaxwellGomesDaSilva_DISSERT.pdf: 2040576 bytes, checksum: 92e600553ab8a34d481e26d00e1282a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-07-04T15:19:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MaxwellGomesDaSilva_DISSERT.pdf: 2040576 bytes, checksum: 92e600553ab8a34d481e26d00e1282a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-04T15:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MaxwellGomesDaSilva_DISSERT.pdf: 2040576 bytes, checksum: 92e600553ab8a34d481e26d00e1282a2 (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Reatores de borbulhamento são amplamente empregados em reações heterogêneas do tipo gás-líquido e gás-sólido-líquido em diferentes condições operacionais. Este tipo de reator vem sendo largamente utilizado na indústria química, bioquímica e petroquímica em diferentes tipos de processos como cloração, oxidação e remoção de CO2. Uma aplicação mais recente dos reatores de borbulhamento é a produção de biodiesel. Neste processo, vapor superaquecido de álcool é borbulhado em um meio líquido contendo o substrato reacional. O álcool, após ser transferido para a fase líquida, reage com o material lipídico para formar ésteres monoalquílicos (biodiesel) a partir da reação de esterificação e transesterificação, de acordo com a quantidade de triglicerídeos e ácidos graxos livres presentes na matéria-prima. Neste trabalho, uma unidade experimental de um reator de borbulhamento foi desenvolvida para a realização de experimentos de esterificação de ácido oleico em meio ácido utilizando vapor superaquecido de etanol. O reator foi operado em regime de semibatelada, onde os efeitos da vazão volumétrica de etanol, temperatura do meio reacional e utilização de um distribuidor gás foram avaliados com base na conversão do ácido oleico. Os resultados obtidos mostraram que todas as variáveis analisadas apresentam efeito significativo na performance do processo, onde conversões de 98% foram alcançadas para temperaturas reacionais de 130°C e vazão de 3,65 mL/min em aproximadamente 50 minutos de reação. A utilização do distribuidor de gás para geração das bolhas de vapor superaquecido de etanol fez com que a taxa média de conversão do processo fosse aumentada em até 38 % em relação aos experimentos realizados sem o distribuidor. Um modelo matemático fenomenológico foi desenvolvido e implementado em MATLAB® para descrever e analisar o processo. Os dados experimentais de conversão obtidos foram utilizados na estimação dos parâmetros cinéticos e de transferência de massa, bem como na validação do modelo proposto. O ajuste do modelo aos dados experimentais apresentou um coeficiente de determinação R² de 0,987, além de exibir grande capacidade preditiva, sendo utilizado para simulação e análise do processo. / Bubble reactors are widely used to carry out gas-liquid and gas-liquid-solid reactions at different operating conditions. This type of reactor is often used in chemical, biochemical and petrochemical industry for conducting processes like chlorination, oxidation and CO2 removal. A more recent application of bubble reactors is biodiesel production. In this process, superheated alcohol vapor is bubbled through a liquid medium containing the reactional substrate. The alcohol, after being transferred to the liquid phase, reacts with the lipid feedstock to form mono alkyl esters (biodiesel) through esterification and transesterification, according to the amount of free fatty acids and triglycerides in the lipid feedstock. A bubble reactor experimental apparatus was developed and used to conduct oleic acid esterification experiments by using superheated ethanol vapor. The reactor was operated in the semi-batch mode, where the effects of ethanol volumetric flow rate, reaction temperature and usage of gas sparger were evaluated based on free fatty acid conversion. The results showed that all variables evaluated presented strong effect on bubble reactor performance, where 98% conversion was achieved at reaction temperature of 130°C and volumetric flowrate of 3.65 mL/min in approximately 50 minutes of reaction. The usage of the gas sparger to generate superheated ethanol bubbles increased the average conversion velocity in about 38% compared to the experiments performed without gas sparger. A phenomenological mathematical model was developed and implemented in MATLAB® to describe and analyze de process. The experimental data ware used to estimate the kinetic and mass transfer parameters, as well as in model validation. The model fitted the experimental data with a coefficient of determination R² of 0,987, besides showing great predictive capability, which was used to simulate and analyze the process.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8028_1.pdf: 868422 bytes, checksum: 8d1fb91bbf2769e93a1bf117dc7ad461 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Com o atual nível de desenvolvimento industrial a quantidade de poluentes sendo rejeitado dentro de ambientes aquáticos tem aumentado constantemente. A remoção desses produtos através dos processos convencionais como adsorção, filtração, incineração ou tratamento biológico nem sempre é eficiente, visto que esses métodos baseiam-se na transferência do contaminante de uma fase à outra sem degradar. Portanto, tecnologias mais eficientes têm sido desenvolvidas. Uma opção bastante atraente foi baseada na aplicação das tecnologias de oxidação avançada (TOAs). Esta consiste na utilização de espécies químicas promovendo uma completa mineralização dos poluentes com, ou sem, o auxílio de luz UV. Neste trabalho a degradação do ácido dicloroacético (DCA) em meio aquoso utilizando ozonização direta e ozonização fotolítica (UV 253,7 nm) foi estudada. Ozônio, in situ , foi gerado por um gerador da marca Fischer. A cinética do processo foi avaliada empregando-se um fotorreator de 105,3 cm3 do tipo quase isoactínico feito de teflon e janelas de quartzo. Os ensaios de degradação foram realizados com soluções sintéticas do ácido com concentrações iniciais na faixa de 2,14 x 10-4 mol.L-1 a 11,8 x 10-4 mol.L-1, que circularam por aproximadamente 4 horas, através de um sistema contendo uma coluna de absorção, o fotorreator e um trocador de calor, na presença e também na ausência de luz UV. Durante esse tempo, amostras foram coletadas e analisadas por cromatografia de íons, para determinação da concentração de DCA, e para determinação do teor de carbono orgânico total, num analisador da marca Shimadzu. O teor de O3 na solução também foi monitorado usando o método índigo colorimétrico. Os resultados mostraram que para o sistema O3/UV a taxa de degradação obtida foi superior a 80% em 4 horas, para a solução com concentração inicial de 2,14 x 10-4 mol.L-1 de DCA. Para a solução de 9,05 x 10-4 mol.L-1, essa taxa foi de apenas 52%, sugerindo que para concentrações mais elevadas é necessário um maior tempo de retenção. Para o sistema operado sem luz UV, a taxa de degradação foi de apenas 76%. Assim, observa-se que o uso de ozônio associado à radiação UV acelera o processo de degradação de compostos orgânicos, tornando o uso dessa tecnologia bastante promissora. Por fim, os dados experimentais foram ajustados ao modelo mecanicista obtido a partir de mecanismos cinéticos e encontraram-se valores para o KLa e kO3,(aq) de 1,03 x 10-3 s-1 e 7,9 x 10-4 s-1, respectivamente

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Doutor João B.L.M. Campos

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-08-03T20:08:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Vírginia Maria da Silva Melo.pdf: 2695725 bytes, checksum: 6574d154a3c6f0dadc885765ed249b29 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-09T20:37:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Vírginia Maria da Silva Melo.pdf: 2695725 bytes, checksum: 6574d154a3c6f0dadc885765ed249b29 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-09T20:37:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Vírginia Maria da Silva Melo.pdf: 2695725 bytes, checksum: 6574d154a3c6f0dadc885765ed249b29 (MD5) Previous issue date: 2017-02-21 / A pesquisa envolveu o estudo hidrodinâmico e de transferência de massa em uma coluna de borbulhamento/recheada, em escala laboratorial, com 11 x 10⁻² m de diâmetro interno e 43 x 10⁻² m de altura, com a fase líquida fechada e a fase gasosa (ar) aberta ascendente em diferentes velocidades superficiais. Procurou-se identificar as condições operacionais ótimas para o sequestro de CO₂ do biogás com uso de água pura (destilada) e soluções alcalinas de hidróxido de sódio (NaOH 0,50M). A coluna de borbulhamento foi confeccionada em material acrílico transparente, operando à temperatura ambiente (27ºC) e à pressão atmosférica. Foram adicionados ao contactor Gás/Líquido recheios cilíndricos do tipo eletroduto PVC flexível corrugado com diâmetro interno de 16 x 10⁻³ m, 20 x 10⁻³ m de diâmetro externo e altura de 12 x 10⁻³ m, para avaliar os seus efeitos sobre a hidrodinâmica, a transferência de massa Gás/Líquido e as capacidades de sequestro de CO₂ em condições operacionais idênticas ao da coluna de borbulhamento. A retenção gasosa foi estimada por medição da altura dispersão ar/água e da água pura. O coeficiente volumétrico de transferência de massa Gás/Líquido, lado líquido, kʟa, foi determinado empregando-se a técnica de oxigenação dinâmica, com uma sonda tipo WD-35640-50 de tempo de resposta de 50s. As capacidades de absorção do CO₂ na coluna de borbulhamento/recheada foi avaliada mediante o acompanhamento via cromatógrafo à gás Modelo Trace GC Ultra, da concentração do dióxido de carbono na saída da fase gasosa. As velocidades superficiais de ar utilizadas foram 7 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ e 22 x 10⁻⁴ m.s-⁻¹ (27°C e 1,0 atm) correspondendo a vazão de gás de 25 L.h⁻¹ (6,94 x 10⁻⁶ m3.s⁻¹) e 75 L.h⁻¹ (2,08 x 10⁻⁵ m3.s⁻¹), respectivamente. Evidenciou-se que com a velocidade de ar de 22 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ (a maior) e com a coluna completamente recheada, foi obtido o maior valor do kʟa que foi de 70 x 10⁻⁴ s⁻¹. Observou-se que a saturação de líquido pelo CO₂ é mais rápida com o aumento da velocidade superficial do gás e em colunas recheadas do que em colunas de borbulhamento. Isto se deve principalmente aos altos valores de kʟa obtidos conforme a natureza dos contactores Gás/Líquido empregados, sendo sem (água pura destilada) ou com reação química usando soluções alcalinas de NaOH (0,5M). / The present work involves the hydrodynamic and mass transfer study in a bubble column / packed, in laboratory scale, 11 x 10⁻² m internal diameter and 43 x 10⁻² m high, with a closed liquid phase and the phase gas (air) opened upward with different surface speeds. We sought to identify the optimal operating conditions for biogas CO₂ sequestration with the use of pure water (distilled) and alkaline solutions of sodium hydroxide (NaOH 0.5M). The bubble column was made of transparent acrylic material, operating at room temperature (27 °C) and atmospheric pressure. They were added to the contactor Gas / Liquid fillings cylindrical conduit type of flexible PVC corrugated with an internal diameter of 16 x 10⁻³ m, outer diameter of 20 x 10⁻³ m and height of 12 x 10⁻³ m, to evaluate its effects on hydrodynamics, transfer bulk Gas / Liquid and CO₂ sequestration capacities in operating conditions identical to the bubble column. The gas retention was estimated by measuring the time dispersion air / water and pure water. The volumetric mass transfer coefficient of Gas/Liquid, liquid side, kL was determined using the dynamic oxygenation technique with WD-35640-50 type probe, 50s response time. The CO₂ absorption capacity of the bubbling / packed column were assessed by monitoring via two gas chromatographs and model such as Trace GC Ultra, the carbon dioxide concentration in the exit gas phase. The superficial air velocities used were 7 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ and 22 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ (27 °C and 1.0 atm) corresponding to gas flow of 25 L.h⁻¹ (6,94 x 10⁻⁶ m3.s⁻¹) and 75 L.h⁻¹ (2,08 x 10⁻⁵ m3.s⁻¹), respectively. It is evident that with the air speed of 22 x 10⁻⁴ m.s⁻¹ (the highest) and with a fully packed column, there was obtained the greatest value of kʟa, which was 70 x 10⁻⁴ s⁻¹. It is observed that the saturation of the liquid CO₂ is faster with increasing gas superficial velocity, and columns packed than in bubble columns. This is mainly due to the high kʟa values obtained according to the nature of the contactors Gas/Liquid employees, and without (pure distilled water) or chemical reaction using alkaline solutions of NaOH (0.5M).