Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2003 ; 3306. / Bibliogr. p. 106-114.

Abstract: Isobutylene is a high demand chemical that contributes to the production of fuel, plastic, and rubbers. It is produced industrially by different processes, as a byproduct of steam cracking of naphtha or a fluidized catalytic cracking or by isobutane dehydrogenation. Catalytic dehydrogenation of isobutane is in increasing importance because of the growing demand for isobutylene and the better economic advantage compared to other isobutylene production processes. Isobutane dehydrogenation is an endothermic reaction and to achieve good yields; it is preferred to work at higher temperatures. At these temperatures, carbon deposition leads to catalyst deactivation, which requires the catalyst to be regenerated on a frequent basis. Most of the current processes to produce isobutylene use either expensive platinum-based metal or toxic chromium-based catalysis. Hence, there is a demand to search for alternative catalysts that are a relatively cheap and non-toxic. To achieve this goal, Zirconia-supported Iron catalysts were prepared. To study the effect of active phase distribution, different iron loadings were tested for impregnation (3% to 10%) and co-precipitation (10%-20%). The catalysts show promising results that can achieve an isobutylene selectivity and yield of 91% and 31%, respectively, with isobutane conversion of 35%.

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Une thermofrigopompe (TFP) est une machine frigorifique qui produit du froid et de la chaleur utiles. L’objectif de ces travaux est de développer le concept de thermofrigopompe pour la production de froid et le dessalement. Le dessalement est réalisé en utilisant la chaleur rejetée au condenseur de la TFP. La technique de dessalement retenue après étude bibliographique est l’AGMD (air gap membrane distillation) pour ses températures de fonctionnement compatibles avec la température de condensation des machines frigorifiques classiques. Ce procédé de distillation a été caractérisé grâce à une installation pilote pour diverses conditions de températures, de débits, d’épaisseurs d’air gap et de compositions de solutions. Une étude de longue durée associée à une observation au MEB a permis évaluer le niveau colmatage des membranes. Un modèle numérique a ensuite été développé à partir des premiers résultats expérimentaux. Des simulations ont permis de dégager des tendances de comportement d’une machine couplée TFPMD. Enfin, un prototype a été construit à partir d’un petit réfrigérateur et d’une cellule d’AGMD fabriquée par impression 3D. Les mesures expérimentales ont permis de valider le concept de TFPMD et d’obtenir de premiers résultats de performance prometteurs. La valorisation de l’énergie thermique perdue par les équipements frigorifiques pour effectuer du dessalement semble donc une solution intéressante au manque d'eau douce qui peut survenir dans de nombreuses régions de la planète. / A heat pump or a refrigerating device produces simultaneously cooling and heating energies. The objective of this research is to develop the concept of heat pump for simultaneous cooling and desalination. Desalination is carried out by recovering the heat rejected by the condenser of the machine. The desalination technique, chosen thanks to the literature review, is AGMD (air gap membrane distillation) because of the compatibility of operating temperatures with the condensing temperature of standard heat pumps. AGMD was characterized using a pilot for different conditions of temperature, flow rate, air gap thickness and solution compositions. A long term study associated to scanning electron microscope images enabled to evaluate the fouling level of the membrane. A numerical model was then developed using the first experimental results. Simulations have revealed patterns of behaviour for a coupled heat pump and AGMD machine. Finally, a prototype was built with a small refrigerator and an AGMD cell manufactured by 3D printing. Experimental measurements were used to validate the concept of heat pump for simultaneous cooling and desalination and to obtain promising performance results. The valorization of the heat lost by refrigeration equipment for desalination seems therefore an interesting solution to overcome the lack of fresh water that can occur in many regions of the planet.

Neste trabalho são apresentados os valores do primeiro coeficiente de Townsend de ionização, α, para o isobutano puro, obtidos com uma câmara de placas paralelas de anodo resistivo no intervalo de campo elétrico reduzido de 140 Td a 230 Td. O método empregado baseia-se em uma nova versão da técnica de Townsend pulsada, onde a ionização primária é produzida pela incidência de um feixe de laser pulsado de nitrogênio em um eletrodo (catodo) de alumínio. O anodo de vidro de alta resistividade (ρ = 2 x 1012Ω.cm) protege o detector contra descargas disruptivas. Para validação inicial do método, a comparação entre as correntes elétricas medidas nos regimes de ionização e de avalanche foi usada na determinação dos valores de α no nitrogênio, gás amplamente estudado com dados bem estabelecidos na literatura. Esta técnica foi estendida com sucesso para obtenção do parâmetro α para o isobutano puro. A presença de efeitos relativos à carga espacial, recombinação e à queda ôhmica através do anodo resistivo foi investigada mediante variação da taxa de repetição do feixe de laser, de sua intensidade e do campo elétrico aplicado. Destes processos secundários, somente a queda ôhmica mostrou-se relevante e os valores de campo elétrico reduzido foram corrigidos para este efeito. Os primeiros coeficientes de Townsend obtidos são compatíveis, dentro do erro experimental, com os determinados com o programa Magboltz 2 versões 7.1 e 8.6. / In this work are presented data of Townsend first ionization coefficient, α, in pure isobutane, obtained with a parallel plate chamber of resistive anode, for the reduced electric field range of 140 Td up to 230 Td. The adopted method is based on a new version of the Pulsed Townsend Technique, where the primary ionization is produced by the incidence of nitrogen pulsed laser beam in an aluminum electrode (cathode). The glass anode of high resistivity (ρ = 2 x 1012 Ω.cm) protects the detector against sparks. To validate the method, the α values were determined by comparing the ionization and avalanche electric currents in nitrogen, gas widely studied with well-established data in literature. This technique was successfully extended to obtain α parameters in pure isobutane. The presence of effects related to spatial charge, recombination and ohmic drop across the resistive anode was investigated by varying laser pulse repetition rate, its intensity and applied electric field. Of these secondary processes, only the ohmic drop was relevant and the reduced electric field values were corrected for it. The first Townsend coefficients obtained are compatible, within the experimental errors, with those determined with Magboltz 2 program versions 7.1 e 8.6.

O deslocamento de elétrons em gases pode ser caracterizado por grandezas macroscópicas tais como a velocidade de arrastamento, taxa de ionização, primeiro coeficiente de Townsend e os coeficientes de difusão longitudinal e transversal, que são denominados de parâmetros de transporte. Esses parâmetros são importantes já que permitem a validação das secções de choque de colisões de elétrons com as moléculas do gás, contribuem com informações para modelos de descargas automantidas e são importantes para o desenvolvimento de novos detectores gasosos. Neste trabalho são apresentados os resultados de velocidade de arrastamento (W), taxa de ionização (Ri) e do primeiro coeficiente Townsend de ionização (α), para o isobutano e n-butano em função do campo elétrico reduzido efetivo no intervalo de 130 a 180 Td, obtidos utilizando a técnica de Townsend pulsada. Em nosso aparato, os elétrons primários são gerados a partir da incidência no catodo de um curto pulso de laser e são acelerados em direção ao anodo por meio de um campo elétrico uniforme. O sinal elétrico proveniente do deslocamento desses elétrons é digitalizado por um osciloscópio e a partir do ajuste de uma função modelo à forma do sinal elétrico, determinam-se os parâmetros de transporte. Os resultados obtidos para o isobutano e n-butano foram comparados com os valores da simulação Magboltz 2-versão 8.6 em razão da escassez de dados na literatura para esses gases na região de campo elétrico reduzido estudada. / The electron swarm can be characterized by macroscopic quantities such as the drift velocity, ionization rate, first Townsend ionization coefficient and the longitudinal and transverse diffusion coefficients, so called transport parameters. These parameters are important since they allow the validation of electron collisional cross section with gas molecules, contribute for self-sustained discharge models and are important for gaseous detectors development. In the present work the results of electron drift velocity (W), ionization rate (Ri) and first Townsend coefficient (α) as a function of the reduced electric field for isobutane and n-butane by the means of pulsed Townsend technique are presented. In our experimental setup, the primary electrons are liberated by the irradiation of a short laser pulse at the cathode and are accelerated towards the anode through a uniform electric field. The electron movements induce signals that are digitalized and the fitting of a model function to their waveforms provides the transport parameters. The results obtained for isobutane and n-butane were compared with Magboltz 2-version 8.6 values, since there are few data in the literature for these gases for effective reduced electric field ranging from 130 to 180 Td.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-03-30T19:21:01Z No. of bitstreams: 1 Jéferson Diehl de Oliveira.pdf: 1682128 bytes, checksum: 754d96de0ab9ab919137513dac6fe705 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-30T19:21:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jéferson Diehl de Oliveira.pdf: 1682128 bytes, checksum: 754d96de0ab9ab919137513dac6fe705 (MD5) Previous issue date: 2013-01-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo experimental da transferência de calor e queda de pressão na ebulição convectiva do hidrocarboneto isobutano (R-600a) em um mini-tubo horizontal e circular de 2,6 mm de diâmetro interno. Também é analisada a influência do diâmetro sobre a queda de pressão em escoamento adiabático. No caso dos experimentos envolvendo a ebulição convectiva, os testes foram realizados com uma temperatura de saturação de 22 ºC, com uma pressão média de saturação de 323,5 kPa, com velocidade mássica variando entre 188 e 370 kg/(m²s) e fluxo de calor constante na seção de teste entre 28 e 134 kW/m². Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com resultados de correlações para a queda de pressão por atrito e o coeficiente de transferência de calor propostas por diferentes autores para ebulição em canais de pequeno diâmetro. Também foram observados os padrões de escoamento ao longo dos testes com o auxílio de uma câmera com alta velocidade de captura e relacionados com o fluxo de calor, título de vapor e o coeficiente de transferência de calor. / This work presents an experimental study of heat transfer and pressure drop in flow boiling of hydrocarbon isobutane (R-600a) in a horizontal and circular mini-tube with 2.6 mm of inner diameter. It is also analyzed the influence of diameter on the pressure drop in adiabatic flow. In the case of experiments involving flow boiling, the tests were performed at a saturation temperature of 22°C with a mean saturation pressure of 323.5 kPa, with mass velocity ranging between 188 and 370 kg/(m²s) and constant heat flux in the test section between 28 and 134 kW/m². The results obtained experimentally were compared with results of correlations for pressure drop due to friction and heat transfer coefficients proposed by different authors for boiling in channels of small diameter. It was also observed flow patterns along the tests with the aid of a camera with high speed capture and related with heat flux, vapor quality and heat transfer coefficient.

O deslocamento de elétrons em gases pode ser caracterizado por grandezas macroscópicas tais como a velocidade de arrastamento, taxa de ionização, primeiro coeficiente de Townsend e os coeficientes de difusão longitudinal e transversal, que são denominados de parâmetros de transporte. Esses parâmetros são importantes já que permitem a validação das secções de choque de colisões de elétrons com as moléculas do gás, contribuem com informações para modelos de descargas automantidas e são importantes para o desenvolvimento de novos detectores gasosos. Neste trabalho são apresentados os resultados de velocidade de arrastamento (W), taxa de ionização (Ri) e do primeiro coeficiente Townsend de ionização (α), para o isobutano e n-butano em função do campo elétrico reduzido efetivo no intervalo de 130 a 180 Td, obtidos utilizando a técnica de Townsend pulsada. Em nosso aparato, os elétrons primários são gerados a partir da incidência no catodo de um curto pulso de laser e são acelerados em direção ao anodo por meio de um campo elétrico uniforme. O sinal elétrico proveniente do deslocamento desses elétrons é digitalizado por um osciloscópio e a partir do ajuste de uma função modelo à forma do sinal elétrico, determinam-se os parâmetros de transporte. Os resultados obtidos para o isobutano e n-butano foram comparados com os valores da simulação Magboltz 2-versão 8.6 em razão da escassez de dados na literatura para esses gases na região de campo elétrico reduzido estudada. / The electron swarm can be characterized by macroscopic quantities such as the drift velocity, ionization rate, first Townsend ionization coefficient and the longitudinal and transverse diffusion coefficients, so called transport parameters. These parameters are important since they allow the validation of electron collisional cross section with gas molecules, contribute for self-sustained discharge models and are important for gaseous detectors development. In the present work the results of electron drift velocity (W), ionization rate (Ri) and first Townsend coefficient (α) as a function of the reduced electric field for isobutane and n-butane by the means of pulsed Townsend technique are presented. In our experimental setup, the primary electrons are liberated by the irradiation of a short laser pulse at the cathode and are accelerated towards the anode through a uniform electric field. The electron movements induce signals that are digitalized and the fitting of a model function to their waveforms provides the transport parameters. The results obtained for isobutane and n-butane were compared with Magboltz 2-version 8.6 values, since there are few data in the literature for these gases for effective reduced electric field ranging from 130 to 180 Td.

Neste trabalho são apresentados os valores do primeiro coeficiente de Townsend de ionização, α, para o isobutano puro, obtidos com uma câmara de placas paralelas de anodo resistivo no intervalo de campo elétrico reduzido de 140 Td a 230 Td. O método empregado baseia-se em uma nova versão da técnica de Townsend pulsada, onde a ionização primária é produzida pela incidência de um feixe de laser pulsado de nitrogênio em um eletrodo (catodo) de alumínio. O anodo de vidro de alta resistividade (ρ = 2 x 1012Ω.cm) protege o detector contra descargas disruptivas. Para validação inicial do método, a comparação entre as correntes elétricas medidas nos regimes de ionização e de avalanche foi usada na determinação dos valores de α no nitrogênio, gás amplamente estudado com dados bem estabelecidos na literatura. Esta técnica foi estendida com sucesso para obtenção do parâmetro α para o isobutano puro. A presença de efeitos relativos à carga espacial, recombinação e à queda ôhmica através do anodo resistivo foi investigada mediante variação da taxa de repetição do feixe de laser, de sua intensidade e do campo elétrico aplicado. Destes processos secundários, somente a queda ôhmica mostrou-se relevante e os valores de campo elétrico reduzido foram corrigidos para este efeito. Os primeiros coeficientes de Townsend obtidos são compatíveis, dentro do erro experimental, com os determinados com o programa Magboltz 2 versões 7.1 e 8.6. / In this work are presented data of Townsend first ionization coefficient, α, in pure isobutane, obtained with a parallel plate chamber of resistive anode, for the reduced electric field range of 140 Td up to 230 Td. The adopted method is based on a new version of the Pulsed Townsend Technique, where the primary ionization is produced by the incidence of nitrogen pulsed laser beam in an aluminum electrode (cathode). The glass anode of high resistivity (ρ = 2 x 1012 Ω.cm) protects the detector against sparks. To validate the method, the α values were determined by comparing the ionization and avalanche electric currents in nitrogen, gas widely studied with well-established data in literature. This technique was successfully extended to obtain α parameters in pure isobutane. The presence of effects related to spatial charge, recombination and ohmic drop across the resistive anode was investigated by varying laser pulse repetition rate, its intensity and applied electric field. Of these secondary processes, only the ohmic drop was relevant and the reduced electric field values were corrected for it. The first Townsend coefficients obtained are compatible, within the experimental errors, with those determined with Magboltz 2 program versions 7.1 e 8.6.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3617. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.