Orientador: Meuris Gurgel Carlos da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T04:27:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Medeiros_SandraHelenaWestrupp_D.pdf: 9009596 bytes, checksum: 96004c2e3a92659cdd8d20997922e34c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Dentre os diversos poluentes atmosféricos o dióxido de enxofre, S02, tem recebido atenção especial dos órgãos públicos governamentais mundiais devido à severidade de seus efeitos quer seja sobre as pessoas, os animais ou sobre a vegetação. Essa crescente preocupação tem levados os pesquisadores a buscar métodos mais eficientes de controle e emissão deste gás. Dentre os principais métodos, a separação de S02 de correntes gasosas através da utilização do processo de adsorção tem apresentado bom potencial de aplicação. Neste trabalho, zeólita com alta razão SiO_ Ah03 foi utilizada como adsorvente no processo de remoção do S02 de uma corrente gasosa, tendo o ar como gás de arraste. Trata­se da silicalita, uma zeólita pertencente ao grupo pentasil, com estrutura do tipo MFI. O emprego desta peneira molecular deve-se basicamente a dois aspectos principais: primeiro, a sua característica hidrofóbica, uma vez que a presença de água atua como um forte competidor dos sítios ativos da maioria dos aluminosilicatos, geralmente hidrofilicos, e o segundo, à possibilidade de se trabalhar a baixas temperaturas. O processo de adsorção de S02 foi realizado em um sistema experimental de leito fluidizado, empregando-se para a análise da eficiência de adsorção do S02 o método acidimétrico, ou método do peróxido de hidrogênio.Os experimentos foram conduzidos através da técnica de Planejamento Fatorial Completo de Dois Níveis, através do qual pode-se determinar as condições de operação mais adequadas a serem empregadas, no caso inventário de massa de adsorvente igual a 16g e concentração inicial de S02 na corrente de alimentação igual a 2400ppm. Dos resultados experimentais levantados pode-se construir curvas de ruptura ou de 'breakthrough', as quais forneceram os valores das capacidades de adsorção e de equilíbrio do processo. A isoterma de adsorção obtida foi bem ajustada pela equação de Freundlich e o cálculo das resistências a transferência de massa mostrou que a resistência à difusão no macroporo é dominante / Abstract: Among several atmospheric pollutants sulphur dioxide, SOz, has been receiving special attention by world government public agencies due to the severity of its effects on the people, animaIs and vegetation. That growing concem has been taking the researchers to look for more efficient methods of emission control of this gas. Among those methods, the separation of SOz ITom gaseous currents through the use of the process of adsorption has been presenting good application. In this work, zeolite with high SiOz/ AbO3 ratio was used as adsorbent in the process of SOz removal ITom a gaseous stream, being air the inert carrier. This zeolite is named silicalite, a MFI structure of the pentasil group. The employment of this molecular sieve is due basically to two main aspects: first, its hydrophobic characteristic, once the presence of water acts as a strong competitor of the active sites of most of the aluminosilicates, usually hydrophilics, and second, to the possibility of working at low temperatures. The adsorption process of SOz was done in an experimental system of fluidized bed, and the efficiency of SOz adsorption was detemined by the acidimetric method, or hydrogen peroxide method. The experiments were conducted by the technique of Complete Factorial Planning of Two Levels, that permitted to determine the more appropriate operation conditions to this case, wich were the inventory of adsorbent as 16g and the initial concentration of SOz as 2400ppm. With the experimental results obtained, breakthrough curves were plotted, which supplied the capacities of adsorption process. The isotherm obtained had a good agreement by the Freundlich equation and the values of the mass transfer resistance coefficients showed that the resistance to the diffusion in the macroporo was dominant / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Sandra Cristina dos Santos Rocha, Virginia Aparecida da Silva Moris / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T14:24:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_SuzaraSantos_M.pdf: 3149435 bytes, checksum: 4253d824e6807a4d4dabe9f5337e4982 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O leito vibrofluidizado (LVF) consiste na aplicação de vibração mecânica ao leito fluidizado convencional com o objetivo de reduzir a ocorrência de bolhas, canais preferenciais e evitar o fenômeno da de fluidização em processos como recobrimento, granulação, entre outros. A utilização do LVF é diversificada para materiais coesivos, adesivos, aglomerados e pastosos. A granulação consiste no aumento da partícula mediante a incorporação de materiais ativos e/ou inertes e é um importante processo utilizado com o objetivo de melhorar aspecto, manuseio, compactação e transporte de partículas finas. Esse processo é bastante encontrado na literatura com o uso em leitos fluidizados convencionais, contudo, o processamento de materiais que possuem forças interpartículas intensas quando sujeitos a aspersão de ligantes, torna-se difícil e dispendioso. A celulose microcristalina é originada da hidrólise ácida da celulose e utilizada, entre outros usos industriais, como estabilizante e aditivo alimentício. Na indústria farmacêutica, é um dos excipientes mais utilizados em formulações de dosagem oral. Baseado no exposto foi realizado um estudo sobre a granulação da celulose microcristalina em leito vibrofluidizado, utilizando como ligante solução de matodextrina 35%. A solução foi aspergida sobre o leito de partículas através de um sistema de atomização acoplado ao leito vibrofluidizado. Foi desenvolvido um planejamento experimental fatorial fracionário (25-1), cujas variáveis operacionais foram: amplitude (A) e frequência (f) de vibração, pressão de atomização (P), temperatura do ar de entrada (T) e vazão de solução (Q). Os níveis das variáveis de entrada no planejamento foram: 0,01m e 0,02m; 3 Hz e 6 Hz, 5 Psig e 15 Psig, 60ºC e 80ºC e 4 ml/min e 10 ml/min, respectivamente. O planejamento foi desenvolvido com 4 repetições no ponto central. Para avaliar a qualidade do produto foram analisadas três variáveis de resposta, que resultaram nas seguintes faixas: crescimento da partícula - 3,17% a 33,11%, ângulo de repouso - 8,4º a 12º e índice de aglomerados - 0,2% a 5,69%. Com o experimento estatisticamente planejado constatou-se que todas as variáveis independentes influenciaram as variáveis de resposta consideradas e, portanto, não foi possível estabelecer um planejamento completo com um número menor de variáveis. O comportamento fluidodinâmico da celulose microcristalina antes da granulação também foi estudado. As curvas obtidas refletiram um comportamento característico encontrado na literatura de leitos vibrofluidizados. A fluidodinâmica do material permitiu, embora com dificuldade, determinar a velocidade de mínima fluidização (pelo método convencional da interseção das retas em leitos fluidizados) e velocidade de mínima fluidização completa para leitos vibrofluidizados. A velocidade de mínima mistura do material também foi determinada, mas por observação visual durante os experimentos. A velocidade de operação foi estabelecida em 0,30 m/s após os ensaios preliminares de fluidodinâmica e de granulação. O produto final obtido após o processo de granulação apresentou boa escoabilidade e um aumento no seu diâmetro médio de Sauter, confirmando a granulação da celulose microcristalina e revelando o leito vibrofluidizado como equipamento promissor para efetuar o processo de granulação. / Abstract: The vibrofluidized bed (VFB) consists in applying mechanical vibration to the conventional fluidized bed to reduce the occurrence of bubbles, preferential channeling and defluidization phenomena, which are common when fluidizing cohesive, adhesive and paste materials. Granulation is used to increase particle size through incorporation of active materials and/or inert and it is a very important process to improve the appearance, handling and transport of fine particles. Granulation is usually conducted using conventional fluidized beds; however, the processing of powders having high interparticle forces, when subjected to intense spraying of binders, is difficult and expensive. Microcrystalline cellulose is a fine powder that is originated from acid hydrolysis of cellulose and is used, among other industrial uses, as a stabilizer, food additive and carrier in drugs. This work reports the analysis of wet granulation of microcrystalline cellulose in a vibrofluidized bed using an aqueous maltodextrina solution as binder. A factorial experimental design (25-1) was developed with the independent variables: vibration amplitude (A) and frequency (f), atomization pressure (P), inlet air temperature (T) and maltodextrin solution flow rate (Q). The responses analyzed were in the following levels: particle growth - 3.17% to 33.11%, angle of repose - 8.4º to 12º and percentage of lumps - 0.2% to 5.69%. The statistical analysis of the experimental design was able to determine that all the independent variables showed significant influence on the process and so it was not possible to perform an experimental design with a smaller number of variables. The fluid dynamics of the bed of microcrystalline cellulose before granulation was also analyzed and it presented the behavior of fluid dynamic curves of vibrofluidized beds found in the literature. In spite of the difficulty, the fluid dynamic curves allowed to determine the minimum fluidization velocity (conventional method of intersection of straight lines of fixed and fluidized regions) and complete minimum fluidization for vibrofluidized beds. The velocity of minimum mixture was also determined, by visual observation. The operation velocity was set at 0.30 m/s based on the dynamic tests and preliminary tests of granulation. The final product showed excellent flowability and generated an increase in its mean Sauter diameter, thus confirming the granulation of microcrystalline cellulose and showing the vibrofluidized bed as promising equipment for this process. / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Sandra Cristina dos Santos Rocha, Virgínia Aparecida da Silva Moris / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T07:32:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nunes_JanainaFerreira_D.pdf: 1733397 bytes, checksum: cf94e9d446e8a6b5e90066cbd82e3c19 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O equipamento mais apropriado e utilizado no recobrimento de partículas finas é o leito fluidizado. Entretanto, trabalhos de pesquisa e a prática industrial mostram que, para alguns processos, são necessárias modificações do equipamento convencional para melhorar o regime fluidodinâmico. O emprego de vibração mecânica ao leito fluidizado convencional tem resultado em significativa melhora no desempenho de processos com partículas finas e coesivas, de difícil fluidização. A aplicação de recobrimento em partículas desse tipo (principalmente químicos, fármacos e alimentos) tem adquirido cada vez mais importância industrial, tendo diversas finalidades, como por exemplo, a diminuição da reatividade do material recoberto com o meio externo (luz, oxigênio e água, entre outros agentes). Levando em conta a importância do recobrimento de grânulos finos, a dificuldade de operação dos leitos fluidizados convencionais com esse tipo de partícula e a escassez de estudos deste processo no leito vibrofluidizado, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo da fluidodinâmica e do processo de proteção do bicarbonato de sódio em um leito vibrofluidizado por recobrimento e aglomeração. As seguintes etapas foram executadas: caracterização física do bicarbonato de sódio, estudo da fluidodinâmica em leito fluidizado convencional e vibrofluidizado, análise dos processos de recobrimento e aglomeração por suspensão polimérica em função da amplitude e freqüência de vibração e da temperatura do ar, avaliando o diâmetro médio, índice de Hausner, ângulo de repouso, índice de escoabilidade e liberação de CO2 do produto, além do índice de torrões e massa elutriada no processo. Foram também realizadas análises da eficiência de proteção do produto para diferentes condições de temperatura e umidade relativa do ambiente e do monitoramento do processo utilizando medidas de flutuação de pressão. A fluidodinâmica do material no leito vibrofluidizado resultou em curvas características típicas da literatura e foram determinadas as velocidades de mínima fluidização, vibrofluidização e vibrofluidização completa e de mínima mistura, variando-se a amplitude entre 0 e 2 cm e a freqüência entre 0 e 360 rpm. Foram observadas menores velocidades de fluidização incipiente para o leito vibrofluidizado em relação ao leito fluidizado convencional, além de expressiva melhora na dinâmica em leito vibrofluidizado. O processo de recobrimento foi realizado variando-se a amplitude entre 0 e 2 cm, a freqüência entre 0 e 360 rpm e a temperatura do ar de fluidização entre 60° C e 80° C. Os resultados revelaram a presença de dois mecanismos distintos dependente das condições de operação: recobrimento das partículas individuais por camadas e aglomeração por nucleação, que tiveram como conseqüência uma faixa bastante ampla de crescimento (6,69 % a 44,50 %). O índice de escoabilidade, ângulo de repouso e índice de Hausner foram menores para partículas recobertas comparadas com o bicarbonato de sódio sem recobrimento, indicando melhor fluidez do material após o processo. Foi comprovada a eficiência da proteção do bicarbonato de sódio tanto pelo recobrimento como pela aglomeração, visto que para o bicarbonato processado a perda de CO2 ficou entre 2 % e 9 %, enquanto para o bicarbonato puro essa perda variou entre 5,5 % e 12,5 % nas condições de ambiente estudadas. A análise das isotermas de adsorção confirmou a eficiência de proteção por recobrimento e aglomeração do bicarbonato de sódio, e o modelo de GAB mostrou-se adequado para o ajuste das isotermas de adsorção do bicarbonato de sódio recoberto e aglomerado. Foi também verificada a viabilidade do monitoramento do processo através de medidas de flutuação de pressão em tempo real / Abstract: The most appropriate equipment used in the coating of fine particle is the fluidized bed. However, research studies and industrial practice show that in some cases modifications of the conventional equipment is necessary to maintain its dynamic stability. The use of mechanical vibration in conventional fluidized beds results in significant improvement of the process performance with fine and cohesive particles, which are difficult to fluidize. The coating of fine particles (mainly chemicals, pharmaceuticals and food) is getting more and more industrial importance aiming at different purposes, as for example to decrease reactivity of the material with the environment (light, oxygen and water, among others). Due to the importance of coating of fine particles and the rareness of studies on this process in vibrofluidized beds, this work aims to study the fluid dynamics and coating of sodium bicarbonate in a vibrofluidized bed, passing through the following stages: the sodium bicarbonate physical characterization, fluid dynamic analysis of the material in conventional and vibrofluidized beds, process analysis as a function of amplitude and frequency of vibration, and of the fluidizing air temperature, evaluating the product mean diameter, Hausner index, angle of repose, flowability index and CO2 release, as well as lump index and elutriated mass. Product protection efficiency and analysis of process monitoring using measurements of pressure fluctuation were also carried out. The material fluid dynamics provided characteristic curves typical of the ones found in the literature for vibrofluidized beds. Minimum fluidization, minimum vibrofluidization, minimum complete vibrofluidization and minimum mixture velocities were determined for varying vibration amplitude between 0 and 2 cm and frequency between 0 and 360 rpm. Inferior values were obtained for the vibrofluidized bed incipient velocity, compared to the conventional fluidized bed, and intense movement of the particles with enhancement of the bed dynamics was verified. The coating process was performed for varying vibration amplitude between 0 and 2 cm, frequency between 0 and 360 rpm and temperature of fluidizing air between 60 °C and 80 °C. The results revealed the presence of two distinct mechanisms depending on the operating conditions: layering of individual particles and agglomeration by nucleation, having as a consequence a broad range of particle growth (6.69 % to 44.50 %). The flowability index, angle of repose and Hausner index of the coated particles were smaller compared with uncoated sodium bicarbonate, indicating greater fluidity of the material after processing. The efficiency of protection of sodium bicarbonate by the polymeric coating/agglomeration was demonstrated as CO2 loss was between 2 % and 9 % for processed bicarbonate, while that for the pure bicarbonate ranged between 5.5 % and 12.5 % for the environment conditions analyzed. The analysis of adsorption isotherms confirmed the sodium bicarbonate protection by polymeric coating and agglomeration, and the GAB model was suitable for adjusting the adsorption isotherms of coated and agglomerated sodium bicarbonate. Also, the viability of monitoring the process through on line measures of pressure fluctuation was verified / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores : Sandra Cristina dos Santos Rocha, Luiz Fernandes Razera / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-02T08:43:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_Celinade_D.pdf: 6450962 bytes, checksum: 5e8a9699ea48bc338a5e00875935b9df (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O presente trabalho objetivou recobrir sementes de brócolos em leito de jorro e leito fluidizado, com a intenção de proporcionar proteção à alta concentração de vapor de água no ambiente, não prejudicando a absorção de água livre. Um delineamento completo de dois níveis foi proposto para cada processo, que permitiu verificar quantitativamente a relação da eficiência do processo, do crescimento das sementes, do poder de germinação, do envelhecimento acelerado e da velocidade de germinação em solo, com as variáveis operacionais: temperatura do ar, pressão de atomização e vazão de suspensão, para o leito de jorro; pressão de atomização e vazão de suspensão, para o leito fluidizado. As sementes de brócolos foram recobertas com uma suspensão aquosa de hidroxi-etil-celulose, em leito cone-cilíndrico, nas seguintes condições operacionais: temperatura do ar de jorro de 50 a 70°C, pressão manométrica de ar de atomização de 15 a 25 psi e vazão de suspensão de recobrimento de 6 a 8 ml/min, para o leito de jorro; pressão manométrica de ar de atomização de 15 a 25 psi e vazão de suspensão de recobrimento de 4,5 a 6,5 ml/min, para o leito fluidizado. Um delineamento inteiramente casualizado foi aplicado para analisar o poder de germinação, o envelhecimento acelerado e a velocidade de germinação em solo entre sementes recobertas e não recobertas. Para relacionar a capacidade de absorção de vapor de água das sementes recobertas e não recobertas, aplicou-se o teste de reabsorção de vapor de água. A atomização da suspensão foi realizada por um bico atomizador instalado na parte superior do leito com o jato direcionado às sementes. A fluidodinâmica para os dois tipos de contato, leito de jorro e fluidizado, foi analisada com diferentes cargas de sementes. Os valores dos parâmetros experimentais foram comparados com valores dos parâmetros obtidos por equações empíricas da literatura. Os resultados permitiram concluir que é possível recobrir sementes de brócolos em leito de jorro e leito fluidizado, utilizando os valores das variáveis independentes propostos e o tempo de duração para cada processo, não alterando a qualidade fisiológica da semente. As melhores eficiências do recobrimento, em leito de jorro, foram obtidas com a menor pressão de atomização (15 psi), juntamente com a maior vazão de suspensão (8 ml/min) e a menor temperatura do ar de jorro (50°C) ou a menor vazão de suspensão (6 ml/min) e a maior temperatura do ar de jorro (70°C). A eficiência do recobrimento em leito fluidizado, utilizando as condições operacionais deste trabalho, não foi viável economicamente. A suspensão de hidroxi-etil-celulose proporcionou discreto comportamento protetor em alta concentração de vapor de água. Através de microscopia óptica observou-se satisfatória distribuição e espalhamento do filme sobre a superfície das sementes, apresentando um recobrimento uniforme, liso, homogêneo e consistente, para as sementes recobertas nos dois processos / Abstract: The objective of this work was the coating of broccoli seeds in spouted bed and fluidized bed, with purpose of protect of the water vapour in the ambient, allowing the cross of free water. An experimental design was utilized to investigate the relationship between operational variables, such as: spout air temperature, air atomizing pressure and coating suspension flow rate, to spouted bed; air atomizing pressure and coating suspension flow rate, to fluidized bed; and efficiency of the process, partic1es grwth, germination of the seeds, fast aging of the seeds and germination velocity of the seeds in the soil. The broccoli seeds of mean diameter 1,6 x 10-3 m, were coated with an aqueous suspension of hidroxi-ethyl-cellulose in a cone cylindrical bed made in plexyglass, at the following values: spout air temperature of 50 and 70°C, atomizing air pressure of 15 and 25 psi and coating suspension mass flowrate of 6 and 8 ml/min, to the spouted bed; atomizing air pressure of 15 and 25 psi and coating suspension mass flowrate of 4,5 and 6,5 ml/min, to the fluidized bed. Completely randomized experiments were also organized to evalute the germination, the fast aging and the germination velocity in the soil, of the coated and uncoated seeds, utilized the Tukey test. The water vapor absorption capacity and relationship between coated and uncoated seeds, utilized the re-absorption water vapour test. The experiments were carried out at an experimental assembly, which consists of a bed in plexyglass to that the fluidynamic movement could be observed, with a slanted base angle of 60° and a diameter of 10 cm. This equipment can be reversible to a fluidized bed, using a proper distributor plate. A double fluid atomizer was installed at the highest part of the bed and the air sprayed board of directors to the seeds. The fluidynamics was established for both gassolid contact nodels, spouted bed and fluidized bed, measuring the values of pressure drop and air flow rate in the bed, for increasing and decreasing flow rates and for different bed heights. The same experiments were repeated with the atomizing air to analyse its influence in the fluidynamics. The characteristic curves were constructed for the spouted and fluidized bed, and the values of maximum and stable spouting pressure drop and minumum spouting velocity were obtained. With these data, it was possible to verify the empirical representative equations for each variable. From the fluidized bed experiments, it was possible to verify the quality of fluidization and to confront the values of the experimental pressure drop and minimum fluidization velocity. The better efficiency to spouted bed, was obtained with less atomizing air pressure (15 psi), together the greater suspension flow rate (8 ml/min) and the less spouted air temperature (50°C) or the less suspension flow rate (6 ml/min) and the greater spouted air temperature (70°C). The efficiency of coating in fluidized besd, to operational conditions this work, don't was economically satisfactory. The germination of coated seeds in spouted bed were influenced negatively by atomizing pressure, because collision of the seeds and the bed wall. The statistical analysis indicated that process of coated seeds in fluidized bed and spouted bed didn't cause damage to germination and vigor. At the end of the water vapor re-absorption test, coated seeds in spouted bed had 2 to 10% less moisture content than the uncoated seeds, evidencing that the hidroxi-ethyl-cellulose provided a discreet protective behaviour in high concentration of water vapour. The optical microscopy showed satisfactory distribution and spreading of the polymer on the surface of the coated seeds, uniform coated and homogeneous aspect / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador : Marcio Luiz de Souza-Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T20:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_AlexandreMarconideSouzada_D.pdf: 1045987 bytes, checksum: 017ef3657be12ae9dedd4df55fd326b1 (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado

Orientador: Sandra Cristina dos Santos Rocha / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T05:32:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cunha_RobertoLuisGomesda_M.pdf: 4555527 bytes, checksum: c05f06e6d6afae91414137377cbe242d (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O recobrimento de materiais granulares é urna operação bastante utilizada pela industria Farmacêutica com diversas finalidades, que vão desde fatores estéticos ao controle da taxa de dissolução de substâncias químicas e incluem: facilitar a administração através da obtenção de uma super:ficie lisa, identificar o medicamento pelo emprego de cores, proteger a droga de agentes atmosféricos como, luz, oxigênio, entre outros. Neste trabalho estudou-se a fluido dinâmica e o recobrimento da celulose microcristalina - MICROCEL, que é o principal excipiente usado na indústria farmacêutica, com uma suspensão aquosa a base de Eudragit'1! / Abstract: The coating of granular materials is an operation widely used by tbe Pharrnaceutical industry with diverse purposes: to improve the product appearance, to obtain a product with controlled release of active components, to facilitate the administration through the artainrnent of a smooth surface, to identii)r the drug by colors, to prateet the drug ITom atmospheric agents as, light, oxygen, among others. ln this work, the fluid dy11aID.ics and the coating of microcrystalline cellulose - MICROCEL, which is the main excipient used in the pharmaceutical industry, was analyzed. An aqueous polymeric suspension of Eudragit@ was used as the coating liquid in a fluidized bed. The suspension was eontinuously sprayed on the granules by a double-fluid nome loeated at the top ofthe bed. The objeetive of this work was to analyze the fluid-dynamics of a fluidized bed during the coating process, using particles of type B according to Geldart classification, aiming at the identillcation of the bed saturation (instability andíor fluidized regime collapse) and relating it to the operating conditions. The independent variables analyzed were the flow rate of eoating suspension (Ws), for the values: 6.4, 11.0 and 18.0 glmin and the atomization pressure (pat) in the following levels: 10, 15 and 20 psig. The inlet aÍ! temperature of the bed was kept constant at 70°C, as well as the sÍZe of the particles, in the range of 0.30 - 0.42 mIn. A 32 factorial desígn was employed to evaluate the influences of the operating condítions on the responses: the process efficíeney, the partíc1es growth, the agglomerate formation and the instantaneous saturation until the bed collapse. The process efficiency varied ITom 51 to 99,7 %, the particles growth was characteristíc of a fi1m coating, the agglomerates índex varied ITom 0.38 to 6.28 % and the bed instantaneous saturation ITom 5.370.10-3 to 16.828.10-3 (min-l). During the experiments, i1 was observed that the fluidized regime collapse is related to the bed saturation, since the bed porosity decreases with the saturation increase, with consequent packing of the particles and collapse ofthe bed regime / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

A fluidização é uma operação unitária presente nas indústrias química, farmacêutica e alimentícia. Durante a fluidização, o leito de partículas sólidas é suspenso por um fluxo ascendente de gás. A velocidade mínima de fluidização indica a menor velocidade do gás em que as partículas iniciam a agitação, enquanto a velocidade terminal é caracterizada pela elutriação, ou arraste de partículas juntamente com o gás. Portanto, um leito fluidizado deve operar em uma velocidade de gás que esteja entre a velocidade mínima de fluidização e a velocidade terminal de arraste. No entanto, os sólidos particulados coesivos, caracterizadas pelo grupo de Geldart C, são difíceis de serem fluidizados, devido à formação de canais preferenciais, e são facilmente elutriados. Neste trabalho estudou-se a fluidização de partículas de amido de milho pela passagem de ar a 27 °C. O amido de milho obteve diâmetro médio mássico e densidade do sólido iguais a 30,3 µm e 1446,7 kg/m3, e pôde ser caracterizado como um sólido particulado coesivo, em que a velocidade efetiva de fluidização e velocidade terminal foram iguais a (0,66 e 0,68) m/s, respectivamente. A qualidade da fluidização foi aprimorada pelo uso da pulsação do gás, que possibilitou reduzir a velocidade mínima de fluidização e ampliar a faixa de velocidade de fluidização, de forma a minimizar o arraste de sólidos por elutriação. As frequências de pulsação estudadas foram (0, 5, 10 e 15) Hz. Em uma primeira etapa, foram obtidos os perfis de velocidade queda de pressão a partir de ensaios experimentais. Posteriormente, os perfis experimentais foram utilizados para validação dos modelos de escoamento bifásico Euler-Euler, em simulações realizadas pelo software COMSOL. Dentre os principais resultados, destaca-se que os modelos numéricos puderem descrever com boa aproximação os perfis fluidodinâmicos do sistema binário amido e ar. A aproximação numérica somente foi obtida ao estabelecer um diâmetro equivalente com tamanho de 100 µm, que foi superior ao diâmetro médio mássico. Este resultado evidenciou que a fluidização ocorreu na forma de agregados de partículas, que é característico de sistemas coesivos. O uso da pulsação do ar também resultou ruptura de canais preferenciais, e permitiu o início da fluidização em menores velocidades do ar. / Fluidization is a unit operation in the chemical, pharmaceutical and food industries. During the fluidization, the solid particles is suspended by a stream air flow. The minimum fluidization velocity indicates the lowest gas velocity in which the particles begin agitation while the terminal velocity is characterized by elutriation, or drag the particles along with gas. Therefore, a fluidized bed must be operated at a gas velocity which is between the minimum fluidization velocity and the terminal velocity. However, cohesive solid particles, characterized by Geldart Group C, are difficult to be fluidized due to the formation of cracks and channeling and areeasily elutriated from chamber. In this work, the fluidization of cornstarch particles occurred by anair flow at 27 °C. Cornstarch showed a mean diameter and solid density equal to 30.3 µm and 1446.7 kg/m3 and could be characterized as a cohesive particulate solid. The effective fluidization velocity and the terminal velocity were equal to (0.66 and 0.68) m/s respectively. The fluidization quality was improved by the use of pulsation air flow. The minimum fluidization velocity was reduced, increasing the fluidization velocity operational range. The air pulsation frequency were studied at (0, 5, 10 and 15) Hz. In a first step, the experimental tests obtained the fluidynamics profiles of pressure drop versus air velocity. Subsequently, the experimental profiles were used to validate the Euler-Euler model in simulations by COMSOL software. The main results emphasized that the numerical models described the fluid dynamic profiles with good approximation. The numerical approach established an equivalent diameter of 100 µm, which was greater than the mass median diameter. This result showed that the fluidization occurred in the form of aggregates of particles, which is a characteristic of cohesive systems. The use of air pulsation also resulted in the rupture of channeling and allowed the fluidization at lower air velocities.

A geração de energia em larga escala a partir da combustão de carvões minerais impõe pesados ônus ao meio ambiente devido às emissões de poluentes. O processo de combustão em leito fluidizado destaca-se neste contexto, permitindo reduções de emissões de gases \'SO IND.X\' e \'NO IND.X\' acima de de 90%. O projeto, otimização e escalonamento de reatores de leito fluidizado são realizados de forma quase completamente empírica, através de desenvolvimentos em plantas de demonstração de escalas reduzidas. Os custos e tempos de implementação envolvidos são elevadíssimos, tornando ferramentas teóricas de apoio altamente desejáveis. Neste trabalho, desenvolve-se a modelagem e simulação da combustão em leito fluidizado atmosférico borbulhante de carvão mineral com altos teores de cinzas e enxofre com dessulfuração por calcário, através de uma abordagem fenomenológica. Comparações das predições do modelo são realizadas com dados experimentais gerados na planta piloto do NETeF, e estudos paramétricos são realizados para avaliação das performances do reator. As comparações mostram concordâncias e discrepâncias qualitativas e quantitativas entre perfis simulados e medidos das concentrações de gases e distribuições granulométricas do particulado. Isso indica a necessidade de aperfeiçoamentos na modelagem fenomenológica, notadamente com relação às correlações e dados empíricos utilizados. Apesar das discrepâncias, o modelo apresenta bons resultados quantitativos de eficiência de absorção de enxofre em comparação com os dados experimentais. / Energy generation through coal combustion imposes heavy environmental impacts due to pollutant emissions. The process of fluidized bed combustion distinguishes in this context allowing for emission reductions of \'SO IND.X\' and \'NO IND.X\' above 90%. The design, scaling-up, and optimization of fluidized bed reactors are mostly empirical, through small-scale demonstration plant developments. The costs and times of implementation involved in those developments are huge, making theoretical tools of analysis highly desirable. In this work modeling and simulation are performed for atmospheric bubbling fluidized bed combustion of high ash high sulfur coals, including desulfurization by limestone. A phenomenological approach to modeling is applied. Comparison of predictions are made against empirical measurements performed in the NETF pilot plant, and parametric studies are developed to evaluate reactor performances. The comparisons show both agreements and disagreements, qualitative as well as quantitative, between predictions and measured gas concentrations and particulate size distributions. This points to the necessity for improvements on the phenomenological modeling procedure that was applied, notably regarding the empirical correlations and data that were considered. Despite the discrepancies, the model produces good quantitative results of sulfur absorption efficiency in comparison to the empirical data.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-02-17T16:06:10Z No. of bitstreams: 1 Guilherme Alfredo Genehr_.pdf: 3248455 bytes, checksum: 2c7c7d772f1c7cc1743b696d11f69d05 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-17T16:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme Alfredo Genehr_.pdf: 3248455 bytes, checksum: 2c7c7d772f1c7cc1743b696d11f69d05 (MD5) Previous issue date: 2015-11-20 / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Este trabalho apresenta a caracterização física de amostras de biomassas e inertes e a caracterização da fluidodinâmica de misturas binárias entre biomassa e areia, através da determinação das curvas de fluidização destas misturas. Como biomassa foram utilizadas casca de eucalipto (Eucalyptus) e casca de pinus (Pinus elliotti). Os experimentos foram realizados em um leito de bancada desenvolvido na Unisinos com diâmetro interno de 9,4 cm e 1,2 m de comprimento. A amostra de pinus possui um tamanho de partícula médio de 579,13 μm e a amostra de eucalipto um tamanho médio de partícula de 537,50 μm com massas específicas de 1,271 g/cm³ e 1,386 g/cm³ respectivamente. As misturas foram feitas com proporções entre 1,43% até 41,89% de massa de biomassa. Para os ensaios fluidodinâmicos foram determinadas as velocidades características inicial (ufi), aparente (ufa) e completa (ufc), além da velocidade de mínima fluidização (umf). Os métodos empregados foram o gráfico de queda de pressão em função da velocidade do gás e observações. As análises foram feitas com base na influência da natureza da biomassa, a fração de massa de biomassa contida na mistura e a comparação dos resultados experimentais em relação a correlação proposta na literatura. Os resultados mostraram que com o aumento da proporção de biomassa as velocidades características tendem a aumentar, com exceção das amostras de areia 01 com pinus. A correlação proposta pelos autores Paudel e Feng (2013) apresentou uma boa estimativa para a previsão da velocidade de mínima fluidização de misturas de biomassa e inerte com erros relativos médios absolutos de 12,70%, 31,90%, 140,33% e 19,10% para as misturas de areia 01 com eucalipto, areia 02 com eucalipto, areia 01 com pinus e areia 02 com pinus, respectivamente. / This paper presents the physical characterization of samples of biomass and inert and the characterization of fluid dynamics of binary mixtures of sand and biomass, by determining the fluidization curves from these mixtures. Eucalyptus bark (Eucalyptus) and pine bark (Pinus elliottii) were used as biomass. The experiments were performed in a bench bed developed at the Unisinos with an internal diameter of 94 cm and 1.2 m in length. The biomass samples have an average particle size of 579.13 μm for pine and 537.50 μm for eucalyptus with specific real mass of 1,271 g/cm³ and 1.386 g/cm³ respectively. The mixtures were prepared with proportions between 1.43% to 41.89% by weight of biomass. The initial (ufi), the apparent (ufa), the complete (ufc), and the minimum fluidization velocity (umf) were determined for fluid dynamic tests. The methods employed were the pressure drop graph as a function of gas velocity and observations. The analyzes have been performed concerning the influence of the nature of the biomass, the mass fraction of biomass contained in the mixture and comparison of the experimental results regarding the correlation proposed in the literature. The results showed that with the increase of the proportion of biomass characteristics speeds tend to increase, with the exception of the sand 01 with pine mixtures. The correlation proposed by the authors Paudel and Feng (2013) presented a good estimate for the prediction of the minimum fluidization velocity of mixtures of biomass and inert with absolute average relative errors of 12.70%, 31.90%, 140.33% and 19.10% for mixtures of sand 01 with eucalyptus, sand 02 with eucalyptus, sand 01 with pine and sand 02 with pine respectively.

Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Maurício Zanardi Araújo / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Banca: Valesca Alves Correa / Resumo: O leito fluidizado é uma importante operação unitária de grande interesse na indústria química, geração de energia, extração e refino do petróleo, entre outros. As muitas aplicações do leito fluidizado na indústria e a demanda constante de melhorias na eficiência do processo de fluidização, tem produzido um aumento no número de trabalhos envolvendo simulações numéricas do escoamento gás-sólido em leito fluidizado através de CFD. Na simulação numérica, ainda não existe consenso na seleção de um modelo de arrasto e na definição de um valor adequado para o coeficiente de restituição. Nesta tese investiga-se a influência de diferentes modelos de arrasto e do coeficiente de restituição; sobre a fluidodinâmica do escoamento gás-sólido em leito fluidizado, através de simulações numéricas. Para isto é usado um modelo baseado na abordagem Euleriana-Euleriana considerando um leito fluidizado bidimensional, o qual será resolvido usando o codigo livre MFIX. Para avaliar os modelos de arrasto, os resultados numéricos são validados por meio da determinação dos dados experimentais de Taghipour et al. (2005), o qual apresenta parâmetros de projeto de leito fluidizado, tais como a queda de pressão, expansão do leito, velocidade mínima de fluidização e distribuição das fases. Estudou-se também o efeito do coeficiente de restituição sobre a fluidodinâmica do escoamento, através do desenvolvimento de uma correlação em função da fração de vazio. Os resultados demonstram que o modelo de arrasto têm uma influência muito grande na determinação das variáveis de projeto de leito fluidizado. No estudo, um grupo de modelos representam adequadamente a fluidodinâmica, sendo que o modelo de arrasto de Gidaspow (1994) foi o que mais se aproximou aos resultados experimentais. Foram desenvolvidas simulações ... ( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Fluidized bed is an important unit operation of great interest in petroleum, chemical, metallurgical and energy industries. The large number of applications of fluidized bed in the industry and constant demand for improvements in the efficiency of the fluidization process, has produced an increase in the number of studies involving numerical simulations of gas-solid flow in fluidized bed through CFD. In numerical simulation, there is not yet an agreement on the selection of a drag model and in defining a suitable value for the coefficient of restitution. The purpose of this work was to study the influence of different drag models and restitution coefficient on the hydrodynamics of gas-solid flow in fluidized-bed, through numerical simulations. It is used a model based on the Eulerian-Eulerian approach considering a two-dimensional fluidized bed, which will be resolved using the open source MFIX code. To evaluate drag models, numerical results will be validated through the determination of the experimental data of Taghipour et al. (2005), which presents fluidized bed design parameters, such as fluidization curve, bed expansion, minimum fluidization velocity and void fraction profiles. It was also studied the effect of restitution coefficient on the hydrodynamics, through the development of a correlation in function of void fraction. The results demonstrated that drag model have an great influence in fluidized bed design parameters determination. In this study, a group of models were able to represent adequately the hydrodynamics, however Gidaspow (1994) drag model was the most accurate to represent the experimental data. Simulations were carried out considering restitution coefficient as a function of void fraction and using Gidaspow (1994) drag model. The simulation results obtained was able to improve the prediction of void fraction profile / Doutor