Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Para o estudo usou-se uma coluna de vidro, com 2,75 m de altura e 3,7 cm de diâmetro interno, contendo 29 pratos perfurados (diâmetro dos furos, 0,3 cm e área livre de 35 %), com espaçamento de 9,35 cm. O solvente percorria a coluna no sentido ascendente e a fase contínua, no contrário. A pulsação era fornecida ao sistema líquido por uma biela ligada excentricamente a uma polia, de um lado, e a uma junta de expansão, do outro. A frequência variou de 0 a 2,8 s-1 e a amplitude, de 0,6 a 2,3 cm. Uma primeira série de ensaios foi feita com o sistema binário acetato de n-butila-água, pois, para ele, há dados disponíveis para comparação. Dos resultados obtidos, concluiu-se ser conveniente o desempenho do equipamento. Em seguida, usou-se (a) o sistema metil isobutil cetona-água para levantar curvas de inundação e retenção da fase dispersa para várias condições de operação e (b) o sistema metil isobutil cetona-fenol-água para obter dados de transporte de massa, ou seja, altura equivalente a um estágio de equilíbrio e eficiência da remoção do fenol. Os resultados foram comparados, quando possível, com outros da literatura e com correlações existentes; em alguns casos, obtiveram-se correlações próprias. Os resultados alcançados são reprodutíveis e, para propriedades físicas e geométricas semelhantes, comportam-se de modo compatível com os da literatura. O processo é razoavelmente eficiente na remoção do fenol. / The extraction of phenol from aqueous solutions using a pulsed perforated-plate column was studied. The glass column, 2.75 m high and 3.7 cm internal diameter contains 29 perforated plates (0.3 cm holes and 35% of free area). The solvent flows upwards and the continuous phase, downwards. The pulsation was obtained by the expansion and compression of an expansion joint. Frequency varied from 0 to 2.8 s-1 and amplitude, from 0.6 to 2.3 cm. The initial tests were undertaken with the binary system n-butyl acetate-water because, for this system, there are data for comparison. It was shown that the equipment leads to convenient results. Then, the system methylisobutylketone-water was used to obtain flooding curves and dispersed phase hold-up and the system MIBK-phenol-water to study height equivalent to a theoretical stage and the phenol separation efficiency. The results were compared, whenever possible, with data from the literature and with existing correlations; specific correlations were obtained in certain cases. Results are reproducible and, for similar geometries and physical properties they are compatible with those of literature. The equipment is rather efficient in removing the phenol from the solution.

Para o estudo usou-se uma coluna de vidro, com 2,75 m de altura e 3,7 cm de diâmetro interno, contendo 29 pratos perfurados (diâmetro dos furos, 0,3 cm e área livre de 35 %), com espaçamento de 9,35 cm. O solvente percorria a coluna no sentido ascendente e a fase contínua, no contrário. A pulsação era fornecida ao sistema líquido por uma biela ligada excentricamente a uma polia, de um lado, e a uma junta de expansão, do outro. A frequência variou de 0 a 2,8 s-1 e a amplitude, de 0,6 a 2,3 cm. Uma primeira série de ensaios foi feita com o sistema binário acetato de n-butila-água, pois, para ele, há dados disponíveis para comparação. Dos resultados obtidos, concluiu-se ser conveniente o desempenho do equipamento. Em seguida, usou-se (a) o sistema metil isobutil cetona-água para levantar curvas de inundação e retenção da fase dispersa para várias condições de operação e (b) o sistema metil isobutil cetona-fenol-água para obter dados de transporte de massa, ou seja, altura equivalente a um estágio de equilíbrio e eficiência da remoção do fenol. Os resultados foram comparados, quando possível, com outros da literatura e com correlações existentes; em alguns casos, obtiveram-se correlações próprias. Os resultados alcançados são reprodutíveis e, para propriedades físicas e geométricas semelhantes, comportam-se de modo compatível com os da literatura. O processo é razoavelmente eficiente na remoção do fenol. / The extraction of phenol from aqueous solutions using a pulsed perforated-plate column was studied. The glass column, 2.75 m high and 3.7 cm internal diameter contains 29 perforated plates (0.3 cm holes and 35% of free area). The solvent flows upwards and the continuous phase, downwards. The pulsation was obtained by the expansion and compression of an expansion joint. Frequency varied from 0 to 2.8 s-1 and amplitude, from 0.6 to 2.3 cm. The initial tests were undertaken with the binary system n-butyl acetate-water because, for this system, there are data for comparison. It was shown that the equipment leads to convenient results. Then, the system methylisobutylketone-water was used to obtain flooding curves and dispersed phase hold-up and the system MIBK-phenol-water to study height equivalent to a theoretical stage and the phenol separation efficiency. The results were compared, whenever possible, with data from the literature and with existing correlations; specific correlations were obtained in certain cases. Results are reproducible and, for similar geometries and physical properties they are compatible with those of literature. The equipment is rather efficient in removing the phenol from the solution.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6651.pdf: 7342156 bytes, checksum: 24286846097025ed263bb2f4e4b6dfb6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-19 / Universidade Federal de Sao Carlos / Distillation is one of the most important industrial separation techniques. It requires high quantity of energy, corresponding to around 40% of the total energy consumption of chemical industries. As such, the optimization of a distillation column is indispensable, and it is only possible from the knowledge of the fluid dynamics phenomena occurring within the column. Some of models used for this, such as the models based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, usually provide useful results, but consider empirically many of the fluid dynamics phenomena by assuming a perfect mixture in each phase. In recent years, the advent of the high-speed computers combined with the development of accurate numerical methods for solving physical problems has revolutionized the way we deal with fluid dynamics phenomena. Computational fluid dynamics (CFD) techniques allow a microscopic description of the physical characteristics of the fluid motion. The main purpose of this study was develop a computational fluid dynamics model for gas-liquid flows that was able to predict the hydrodynamics and mass transfer on a sieve tray. A two-phase, three-dimensional and transient model, in an Eulerian-Eulerian framework was proposed for air/water (25°C) and ethanol/water systems at 1 atm. The continuity, momentum and mass equations were used to describe the gas and liquid phases. The sieve tray geometry simulated was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The variables predicted were the velocity profiles, volume fraction of each phase, clear liquid height, recirculation areas, mass fraction and efficiency. The hydrodynamic and mass transfer model predictions were compared with experimental and numerical data from some authors and presented good agreement. This study shows that CFD can be used as a powerful tool for sieve tray simulation. / Destilação é uma das técnicas industriais de separação mais importante. Este processo requer grande quantidade de energia, correspondendo a aproximadamente 40% do consumo total de energia de indústrias químicas. Dessa forma, a otimização de colunas de destilação é indispensável, e para isso é necessário o conhecimento dos fenômenos fluidodinâmicos que ocorrem dentro da coluna. Alguns modelos utilizados nesses equipamentos, tais como os modelos baseados em conceitos de estágios de equilíbrio e não-equilíbrio, geralmente fornecem resultados úteis, mas consideram empiricamente muitos fenômenos fluidodinâmicos e assumem uma mistura perfeita em cada fase. Nos anos recentes, com o advento de computadores mais potentes combinado ao desenvolvimento de métodos numéricos precisos para a resolução dos problemas físicos, houve uma revolução no modo como lidamos com os fenômenos de fluidodinâmica. As técnicas de fluidodinâmica computacional permitem uma descrição microscópica das características físicas do escoamento dos fluidos. O principal objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo de fluidodinâmica computacional para escoamentos líquido-vapor que fosse capaz de predizer a hidrodinâmica e a transferência de massa em pratos perfurados. Um modelo bifásico, tridimensional e transiente, numa abordagem Euleriana-Eulariana, foi proposto para os sistemas ar/água (25ºC e 1atm) e etanol/água a 1atm. As equações da continuidade, de momento e da transferência de espécies químicas foram utilizadas para descrever as fases líquida e gasosa. A geometria do prato perfurado simulado foi baseada no trabalho experimental de Solari e Bell (1986). As variáveis preditas foram o perfil de velocidades, a fração volumétrica de cada fase, a altura de líquido claro, áreas de recirculação, frações mássicas e eficiência. As predições do modelo para a hidrodinâmica e transferência de massa foram comparadas com dados experimentais e numéricos de alguns autores e apresentaram boa concordância. Este estudo mostra que o CFD pode ser utilizado como uma ferramenta poderosa para a simulação de pratos perfurados.

Made available in DSpace on 2016-04-28T14:16:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eli Banks Liberato da Costa.pdf: 3915428 bytes, checksum: b33b577152124adaba06856e2e5a3e03 (MD5) Previous issue date: 2008-04-23 / The computers programming activity has its origins preceding the existence of the machine itself. Taking as a starting point the invention of the french silkweaver Joseph-Marie Jacquard, who built in the beginning of the 19th Century a programmable loom, using punched-cards, this paper intends to show the relations between the loom mechanical programming activity and the actual computers programming. Through the analisis of articles published in important periodicals of the 19th Century, not yet explored in the history of information technology studies, we comment some debates and repercussions that followed Jacquard s invention. We also work with some modifications that occurred in that programmable machine, mainly in the area of punched-cards. Among others, we analyse the works of the british Charles Babbage in the 19th Century and Herman Hollerith at the end of 19th Century, seeking verification of how Jacquard s ideas spread when applied in other activities with no relation with the weaver s work. Therefore this paper intends to contribute for the history of information technology studies by the analisis of the origins of some concepts that still remain basics to this field of science nowadays / A atividade de programação dos computadores tem origens que antecedem a existência dessa máquina. Tomando como ponto de partida o invento do tecelão francês Joseph-Marie Jacquard, que no início do século XIX construiu um tear programável que usava cartões perfurados, este trabalho procura mostrar relações da programação mecânica do tear com a programação dos computadores atuais. A partir da análise de artigos publicados em relevantes periódicos do século XIX, estes ainda pouco explorados nos estudos de história da informática, são comentados alguns debates e repercussões decorrentes da divulgação do invento de Jacquard. Destacam-se também algumas modificações introduzidas nessa máquina programável, especialmente no que se refere aos cartões perfurados. Foram também analisados entre outros, o trabalho do inglês Charles Babbage em meados do século XIX, e posteriormente do norte-americano Herman Hollerith no final desse mesmo século, procurando verificar como as idéias de Jacquard estenderam-se à medida que passaram a ser utilizadas em outras atividades que nada tinham a ver com o processo de tecelagem. Portanto, este trabalho pretende contribuir para o estudo da história da informática por meio da análise das origens de alguns conceitos que continuam a fundamentar esse campo do conhecimento até os dias de hoje

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6010.pdf: 3960363 bytes, checksum: bb924b69a99f6fe80ceb63d34a17b457 (MD5) Previous issue date: 2014-03-17 / Universidade Federal de Sao Carlos / Distillation is one of the most important and used separation techniques of components at industrial level, applied in a wide range of processes. Its great importance is due to the capacity of purify components of a mixture using the volatility difference among them as driving force. However, this technique represents 40% of the total energy consumption of an industrial facility. Nowadays, with the necessity of rethink the energetic use owing to the massive usage of natural resources, new regulations of pollutant emissions, environmental issues and market competition; the enhancement of the distillation process has become essential to the refineries, petrochemicals and a variety of other sectors of the industry. Empirical studies about the flow dynamics in distillation columns are rare due to the large dimensions of this equipment and the high investment, including measurement instrumentation. This lack of experimental data makes difficult the appropriate understanding of the mechanisms that occur in this equipment, as flow patterns and degree of separation, as well as the relation between both. Nevertheless, to improve the distillation process performance is necessary to deeply know the dynamics of the multiphase flow existing on each tray of the column, where the contact between the phases indeed happens. In this study, was proposed the computational simulation of sieve trays of distillation columns using CFD s tools (Computational Fluid Dynamics). The main aim was to conceive a model capable to predict the hydrodynamics and the more volatile component transfer between the liquid and the vapor. Furthermore, the regions that possibly interfere on obtaining higher efficiencies were pointed out. For that, tridimensional, transient and multiphase models with the Euler- Euler framework were used. The main results show liquid velocity profiles, volumetric fraction, clear liquid height, mass fraction and efficiency. The results presented agreement with the literature. In general, the fluid dynamics results obtained here highlight the significance of the application of models that represent the complex behavior existing on sieve trays, since this crucially influence in the separation degree of the process. The CFD evidenced to be and valuable tool to study this sort of flow on columns internals and can be applied in the design and optimization of those equipment. / A destilação é uma das mais importantes técnicas de separação de componentes empregada a nível industrial nos mais diversos processos. Sua suma importância dá-se na capacidade de purificar componentes de uma mistura utilizando a diferença de volatilidade entre eles como força motriz. Entretanto, trata-se de uma técnica que representa cerca de 40% da energia consumida em uma planta industrial. Atualmente, com a necessidade de se repensar o uso energético, com as novas políticas de emissão de poluentes, da preocupação com o ambiente e a concorrência de mercado; o aperfeiçoamento do processo de destilação tem se tornado essencial para as refinarias, petroquímicas e diversos setores da indústria. Estudos empíricos sobre o escoamento em colunas de destilação são raros, em parte devido às grandes dimensões destes aparelhos e ao alto investimento em equipamentos e instrumentos de medição. Esta carência de dados experimentais dificulta o entendimento adequado dos mecanismos que ocorrem neste equipamento, como os padrões de escoamento e o grau de separação, assim como a relação entre estes dois. Contudo, para que se possa melhorar o processo destilatório, é necessário conhecer a fundo a dinâmica do escoamento multifásico existente em cada prato da coluna, onde de fato ocorre o contato íntimo entre as fases. Neste estudo, foi proposta a simulação computacional de pratos perfurados de colunas de destilação usando ferramentas de CFD (Computational Fluid Dynamics). O principal objetivo foi conceber um modelo capaz de prever a hidrodinâmica do prato e a transferência do componente mais volátil entre o líquido e o vapor. Além do mais, foram apontadas as regiões no prato que possivelmente interferem na obtenção de maiores eficiências de estágio. Para isso, foram usados modelos 3D, transientes e multifásicos com abordagem Euler-Euler. Os principais resultados mostram os perfis de velocidade, fração volumétrica, altura de líquido claro, fração mássica e eficiência, os quais apresentaram concordância quando comparados com a literatura. Em geral, os resultados fluidodinâmicos obtidos neste estudo ressaltam a importância da aplicação de modelos que representem o complexo comportamento encontrado em pratos perfurados, já que estes influenciam decisivamente no grau de separação do processo. CFD demonstrou ser uma ferramenta valiosa para estudar o fluxo em internos de torres de destilação e pode ser aplicado para projeto e otimização destes equipamentos.

A partição e purificação de ascorbato oxidase de abóbora (Cucurbita maxima) por extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas (SDFA), pelos processos descontínuos e contínuos, utilizando coluna de discos rotativos perfurados (PRDC), foram estudadas. Foram utilizados planejamentos estatísticos para selecionar as variáveis significativas no processo descontínuo de purificação, e as variáveis estudadas foram massa molar e concentração do polietileno glicol (PEG), concentração de citrato, pH, concentração de NaCl, fator de diluição e massa total do sistema. Os melhores resultados (coeficiente de partição 1,72, recuperação 90,8% e aumento de pureza 3,12) foram obtidos nas seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), pH 6,0, concentração de PEG 25% (m/m) e concentração de citrato 10% (m/m). No valor de pH 6,0 e temperatura 35°C a ascorbato oxidase apresentou seus maiores valores de atividade, e manteve a estabilidade na faixa de pH 5,0 a 9,0 durante 36 horas e a temperaturas de até 40°C durante 1 hora. Experimentos também foram realizados para estimar as principais propriedades cinéticas e termodinâmicas da atividade e estabilidade da ascorbato oxidase, e esse estudo revelou que a enzima foi estável nas condições testadas. A PRDC mostrou um bom desempenho para extração da ascorbato oxidase em modo contínuo utilizando SDFA. A melhor condição operacional selecionada neste estudo foi selecionada com o auxílio de planejamentos estatísticos, sendo selecionadas as seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), concentração de PEG 20% (m/m), concentração de citrato 10% (m/m), velocidade de rotação dos discos de 80 rpm e velocidade da fase dispersa de 2 mL/min. Os melhores resultados em valores médios foram: coeficiente de partição 3,36, recuperação 152%, aumento de pureza 2,31, coeficiente de transferência de massa 0,045, eficiência de separação 43,7% e hold up 0,33. Os dados experimentais demonstram o potencial da aplicação do sistema de duas fases aquosas PEG/citrato para purificar a ascorbato oxidase utilizando coluna de discos rotativos perfurados. / The partition and purification of ascorbate oxidase from pumpkin (Cucurbita maxima) by liquid-liquid extraction in aqueous two-phase system (ATPS) by discontinuous and continuous process, using perforated rotating disc contactor (PRDC) was studied. Experimental designs were used to choose the significant variables for discontinuous process, and polyethylene glycol (PEG) molar mass and concentration, citrate concentration, pH, NaCl concentration, dilution factor and total mass of the system, were the variables studied. The better results (partition coefficient 1.72, recovery 90.8% and purification factor 3.12) were obtained with following conditions: PEG molar mass of 20000 g/mol, pH 6.0, PEG concentration of 25% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w). In the pH 6.0 and temperature of 35?C the ascorbate oxidase showed their high activity values and the enzyme was stable in the pH range of 5.0 to 9.0 during 36 hours and temperatures up to 40?C for 1 hour. Experiments were also conducted to estimate the main kinetic and thermodynamic properties of ascorbate oxidase activity and stability, and this study revealed the interesting stability of this enzyme. The PRDC showed a good performance for extracting in continuous mode using aqueous two-phase systems. The best operating condition was selected in this study for the extraction of ascorbate oxidase in the PRDC, and it was obtained with PEG molar mass of 20000 g/mol, PEG concentration of 20% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w), the disc rotational speed of 80 rpm and dispersed phase flowrate of 2 mL/min. The results in mean values were: partition coefficient 3.36, recovery 152%, purification factor 2.31, mass transfer coefficient 0.045, separation efficiency 43.7% and Hold up 0.33. The experimental data showed the potential application of aqueous two-phase systems PEG/citrate to purification ascorbate oxidase using perforated rotating disc contactor.

A partição e purificação de ascorbato oxidase de abóbora (Cucurbita maxima) por extração líquido-líquido em sistema de duas fases aquosas (SDFA), pelos processos descontínuos e contínuos, utilizando coluna de discos rotativos perfurados (PRDC), foram estudadas. Foram utilizados planejamentos estatísticos para selecionar as variáveis significativas no processo descontínuo de purificação, e as variáveis estudadas foram massa molar e concentração do polietileno glicol (PEG), concentração de citrato, pH, concentração de NaCl, fator de diluição e massa total do sistema. Os melhores resultados (coeficiente de partição 1,72, recuperação 90,8% e aumento de pureza 3,12) foram obtidos nas seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), pH 6,0, concentração de PEG 25% (m/m) e concentração de citrato 10% (m/m). No valor de pH 6,0 e temperatura 35°C a ascorbato oxidase apresentou seus maiores valores de atividade, e manteve a estabilidade na faixa de pH 5,0 a 9,0 durante 36 horas e a temperaturas de até 40°C durante 1 hora. Experimentos também foram realizados para estimar as principais propriedades cinéticas e termodinâmicas da atividade e estabilidade da ascorbato oxidase, e esse estudo revelou que a enzima foi estável nas condições testadas. A PRDC mostrou um bom desempenho para extração da ascorbato oxidase em modo contínuo utilizando SDFA. A melhor condição operacional selecionada neste estudo foi selecionada com o auxílio de planejamentos estatísticos, sendo selecionadas as seguintes condições: massa molar do PEG 20000 (g/mol), concentração de PEG 20% (m/m), concentração de citrato 10% (m/m), velocidade de rotação dos discos de 80 rpm e velocidade da fase dispersa de 2 mL/min. Os melhores resultados em valores médios foram: coeficiente de partição 3,36, recuperação 152%, aumento de pureza 2,31, coeficiente de transferência de massa 0,045, eficiência de separação 43,7% e hold up 0,33. Os dados experimentais demonstram o potencial da aplicação do sistema de duas fases aquosas PEG/citrato para purificar a ascorbato oxidase utilizando coluna de discos rotativos perfurados. / The partition and purification of ascorbate oxidase from pumpkin (Cucurbita maxima) by liquid-liquid extraction in aqueous two-phase system (ATPS) by discontinuous and continuous process, using perforated rotating disc contactor (PRDC) was studied. Experimental designs were used to choose the significant variables for discontinuous process, and polyethylene glycol (PEG) molar mass and concentration, citrate concentration, pH, NaCl concentration, dilution factor and total mass of the system, were the variables studied. The better results (partition coefficient 1.72, recovery 90.8% and purification factor 3.12) were obtained with following conditions: PEG molar mass of 20000 g/mol, pH 6.0, PEG concentration of 25% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w). In the pH 6.0 and temperature of 35?C the ascorbate oxidase showed their high activity values and the enzyme was stable in the pH range of 5.0 to 9.0 during 36 hours and temperatures up to 40?C for 1 hour. Experiments were also conducted to estimate the main kinetic and thermodynamic properties of ascorbate oxidase activity and stability, and this study revealed the interesting stability of this enzyme. The PRDC showed a good performance for extracting in continuous mode using aqueous two-phase systems. The best operating condition was selected in this study for the extraction of ascorbate oxidase in the PRDC, and it was obtained with PEG molar mass of 20000 g/mol, PEG concentration of 20% (w/w) and citrate concentration of 10% (w/w), the disc rotational speed of 80 rpm and dispersed phase flowrate of 2 mL/min. The results in mean values were: partition coefficient 3.36, recovery 152%, purification factor 2.31, mass transfer coefficient 0.045, separation efficiency 43.7% and Hold up 0.33. The experimental data showed the potential application of aqueous two-phase systems PEG/citrate to purification ascorbate oxidase using perforated rotating disc contactor.