Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-11-03T16:38:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-04T17:00:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-04T17:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTACAO_UsoFosfogessoFonte.pdf: 1771393 bytes, checksum: f3287a6abf37d62831b88298c2bf09c6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Um dos principais subprodutos do processamento de rocha fosfática para a produção de ácido fosfórico é o chamado fosfogesso (FG). Este rejeito é constituído principalmente de sulfato de cálcio di-hidratado, podendo conter também metais tóxicos, radioisótopos e acidez residual (pH 2-3). Sendo assim, a disposição deste resíduo é um desafio para a indústria. Os métodos de gerenciamento desse resíduo mais utilizados são a disposição em pilhas próximas às usinas, reaproveitamento em outras indústrias (ex. cimenteiras, agricultura, plásticoetc),o que nem sempre é possível devido à toxicidade de alguns elementos presentes no FG. Além disso, os métodos de disposição em pilhas nem sempre solucionam os problemas ambientais associados ao fosfogesso uma vez que, pode haver lixiviação das pilhas de resíduo pela água da chuva, contaminando o solo, águas superficiais e subterrâneas. O FG pode ser utilizado como fonte de sulfato para a produção de sulfeto em reatores anaeróbios, utilizando Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS). O sulfeto gerado pode ser utilizado posteriormente para a produção de enxofre elementar ou usado na precipitação de metais de transição. No presente trabalho, avaliou-se a viabilidade do uso do FG como fonte de sulfato para as BRS em um reator contínuo de leito fluidizado alimentado com glicerol p.a. como substrato e estudou-se a influência das variáveis: (i) razão mássica DQO/SO4 2-1,3; 1,5; 1,6 e 1,8 (ii) tempo de detenção hidráulica (TDH) real no processo de biorredução do sulfato contido no gesso. Esse último foi determinado em 15±2,6he 9,7±1,2h, respectivamente para os valores teóricos de 10h e 8h, a partir do uso de cloreto de lítio como traçador. Observou-se que, quando o sulfato de cálcio p.a. e o FG são utilizados como fonte de sulfato, se faz necessário adicionar alcalinidade na forma de bicarbonato à alimentação do sistema, devido a precipitação de CaCO3, e por consequência no reator, consumindo a alcalinidade. Quando o sulfato de cálcio p.a. foi a fonte de sulfato, a razão DQO/SO4 2-= 1,8 apresentou os melhores resultados de remoção do íon (72±16%), enquanto que para as DQO/SO4 2- = 1,3 e 1,6, foram obtidos, respectivamente 36% e 64% de remoção do íon. Com o FG e razão DQO/SO4 2- igual a 1,9, obteve-se remoção de sulfato de 73±11%, para os TDH 15±2,6h e 75±12%, para TDH 9,7±1,2h. As taxas de remoção específicas de sulfato obtidas foram de 0,106±0,04 gSO4 2-/gSSV.d e 0,179±0,07 gSO4 2-/gSSV.d, respectivamente, para 15±2,6h e 9,7±1,2h de tempo de residência. ___________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Phosphogypsum (FG) is an acidic (pH 2-3) residue of the wet phosphoric acid process, which contains calcium sulphate di-hydrate as a major phase along with toxic metals and sometimes radionuclides. Therefore it is a major environmental concern in the fertilizer industry. Such a residue is usually either stockpiled or recycled although the latter is restricted depending on the type and content toxic elements. Stockpiling is also a concern due to the slow gypsum dissolution in rainwaters that accounts for surface and underground water contamination as well as soil pollution. A relatively new approach to reduce the amount of stockpiled FG is its utilization in anaerobic sulphate reduction to sulphide applying sulphate reduction bacteria (SRB). The produced sulphide ions can be subsequently converted to elemental sulphur and recycled or utilized for metal precipitation. Thus, the current work investigated biogenic sulphide production in a lab scale fluidized bed reactor fed with a saturated sulphate solution resulting from mixing FG and Postgate medium. The effects of DQO/SO4 2- mass ratio (1.3 to 1.8) and two hydraulic retention times (15.0±2.6 h and 9.7±1.2 h) on continuous sulphate bio-reduction were assessed. Prior to treating FG, analytical grade calcium sulphate di-hydrate was used as sulphate source and the highest removal (72±16%) was observed for the DQO/SO4 2-ratio of 1.8, whereas 36% and 64% sulphate reduction were determined at lower mass ratios (1.3 and 1.6). After steady state conditions were achieved, FG replaced CaSO4.2H2O p.a. as the sulphate source and resulted in sulphate reduction yields similar to that observed with the latter, i.e., 73±11% and 75±12% for the HRT of 15±2.6 h and 9.7±1.2 h, respectively. With both materials sodium carbonate was required to be added to the growth medium because calcium carbonate precipitation reduced the alkalinity in the reactor. The specific sulphate reduction rates attained 0.106±0.04 gSO4 2-/gSSV.d and 0.179±0.07 gSO4 2-/gSSV.d, respectively, for 15±2.6 h and 9.7±1.2 h residence times, using FG and aDQO/SO4 2- ratio of 1.9.

Orientador: Katia Tannous / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-22T22:57:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_EveraldoSilvinodos_M.pdf: 5165311 bytes, checksum: 94d8ad517b04e047990332460cb8259a (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho são considerados os fenômenos de mistura e segregação em leitos fluidizados de partículas polidispersas (quaternárias), pertencentes aos grupos A e B da classificação de Geldart. A coluna de fluidização utilizada possuía um diâmetro interno de 0,92m e uma altura de 2 m. Foi analisada a influência dos fatores operacionais, como a velocidade de excesso (U-U IND. E) e o tempo de fluidização, bem como de projeto, representada pela fração de área livre do distribuidor, e das características dos constituintes da mistura (diâmetro médio da mistura/concentração de imergíves) no grau de mistura axial do leito. Foram utilizadas quatro misturas que possibilitaram o estudo dos fenômenos de mistura e segregação, em leitos de partículas de mesma ou de diferentes massas específicas. Foi efetuado um mapeamento radial do leito. Os resultados para os perfis axiais mostram que o uso de uma velocidade suficiente para fluidizar todas as partículas e de um distribuidor de maior área livre favorece a mistura em um curto intervalo de tempo. O aumento da velocidade de excesso melhora a mistura nos leitos, principalmente pela maior quantidade de bolhas presentes. Uma maior fração de área livre do distribuidor favorece a homogeneização do leito, reduzindo as zonas mortas próximo ao distribuidor. O aumento da concentração das partículas imergíveis desfavorece o processo de mistura. O mapeamento radial confirma que para a velocidade de fluidização completa as partículas estão bem misturadas / Abstract: In this work the mixing and segregation phenomena of polydisperse particles (quaternaries) belonging to the A and B Geldart' s groups are investigated. The fluidization column have been constructed with a internal diameter of 0.92 m and height of 2 m. The influence of operating factors in the degree axial mixing of the bed, like excess velocity (U-'U IND. E¿) and fluidization time, as well as design, like distributor free area, and of the characteristcs of the constituents of mixture (mean diameter of mixture/jetsam concentration) were analised. Four mixtures that allowed the study of the phenomena of mixing and segregation in beds of same or different densities were used. A radial mapping of the bed was performed. The axial profile results show that the use of a velocity high enough for complete fluidization and the use of a distributor with large free area promote the mixing in a small time interval. The increment of excess velocity improves the mixing in the beds, mainly by larger quantity of bubbles. A larger free area improves the bed homogenezation, reducing the dead zones near the distributor. The increment ofjetsam concentration hampers the mixing process. The radial mapping confirm that for the velocity of complete fluidization the particles are well mixed. / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Carlos Raimundo Ferreira Grosso, Alfredo Vitali / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-26T20:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_FlaviodeSouzaNeves_M.pdf: 12805895 bytes, checksum: 5c98cf64983568a621c301491aa67492 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Finas camadas poliméricas quando aplicadas a microcápsulas podem aumentar o grau de proteção e controlar a liberação de seu conteúdo. Microcápsulas de amido, contendo gelatina como material ligante, obtidas por processo de spray dryer foram preenchidas por adsorção com óleo de peixe comercial e posteriormente recobertas com gelatina e pectina e baixo teor de esterificação e cloreto de cálcio visando a formação de um filme de pectato de cálcio ou de gelatina em um sistema de leito fluidizado desenvolvido com a finalidade de controlar as espessuras das coberturas. Os produtos obtidos foram submetidos a um estudo de vida-de-prateleira em estufa a 45oC com retiradas a cada dois dias durante um período de 10dias. Após a extração foi quantificado o índice de peróxido das amostras. A caracterização morfológica das cápsulas formadas foi acompanhada pela determinação de tamanho médio, distribuição do tamanho de partículas e por observação através da microscopia eletrônica de varredura. O rendimento da encapsulação foi determinado após o processo de secagem. Comparando o tamanho médio das partículas, o processo de cobertura mostrou um acréscimo na espessura da parede das partículas recobertas em relação às partículas sem recobrimento qualquer que apresentaram um tamanho médio de 59,30Ilm. O processo de cobertura com gelatina aumentou o tamanho médio para 88,4llm enquanto as coberturas com 0,4% e 0,8% de pectato de cálcio em relação ao peso do produto seco apresentaram tamanho médio de 94,17 e 120,43Ilm, respectivamente. A morfologia das cápsulas recobertas indicou que o recobrimento não foi homogêneo, podendo-se observar um acúmulo de grânulos durante o processo. Entretanto foi observado que os interstícios entre os grânulos foi preenchido com material de cobertura. O rendimento de encapsulação apresentado foi de 88,87% nas partículas recobertas com gelatina e de 83,81% e 85,92% nas partículas recobertas com 0,4% e 0,8% de pectato de cálcio, respectivamente. A quantificação de peróxidos das amostras analisadas indicou uma rápida deterioração do material de recheio de todas as amostras recobertas. A alta sensibilidade a oxidação do óleo de peixe e a exposição a intensa a corrente de ar durante o processo de recobrimento podem ter sido responsáveis pela aceleração do processo de autoxidação / Abstract: Thin polymeric layers, when applied to microcapsules, can increase the degree of protection and control the release of the contents. Starch microcapsules containing gelatin as binding material, obtained by spray drying, were filled with commercial fish oil by adsorption, and subsequently encapsulated, aimed at forming a film either with gelatin or with a mixture of ca1ciurn chloride and pectin with a low degree of esterification, the encapsulation process being conducted in a fluidized bed system, specifically developed to control the thickness of the walI material. The products obtained were submitted to a shelf life study in an incubator at 45°C, removing samples every two days for a period of 10 days. After extraction, the peroxide value of the samples was quantified. The morphological characterization of the capsules was accompanied by a determination of the average size, particle size distribution and by observation under a scanning electron microscope. The encapsulation yield was determined after drying. A comparison of the average size of the encapsulated particles with that of the non encapsulated ones, which presented an average size of 59.30flm, showed an increase in size of the encapsulated particles. Encapsulation with gelatin increased the average size to 88.4flm, whilst encapsulation with 0.4 and 0.8% ca1cium pectate (% in relation to the dry weight of the product), presented an average size of 94.17 and 120.43flm respectively. The morphology of the encapsulated particles indicated that the walI was not homogeneous, an accurnulation of granules during the process being observed. However, the interstices between the granules were shown to be filled with walI material. The encapsulation yield was 88.87% for the particles encapsulated with gelatin, and 83.81 and 85.92% for those encapsulated in 0.4 and 0.8% ca1cium pectate respectively. Quantification of the peroxides in the samples analyzed, indicated a rapid eterioration of the core material for alI the encapsulated samples. The great susceptibility of fish oil to oxidation and the intense exposure to an air current during the encapsulation process, could have been responsible for the acceleration of the auto-oxidation process / Mestrado / Mestre em Alimentos e Nutrição

O resíduo niquelífero, objeto deste estudo, foi gerado pelo processo de extração piro-hidrometalúrgico, constituindo um problema para sua destinação. Este trabalho pretende contribuir com os conhecimentos sobre o processo de recuperação de metais de interesse por redução carbotérmica na forma de pelotas auto-redutoras. O estudo envolveu a caracterização das matérias-primas, mostrando que 75 a 80% de níquel encontra-se na forma de silicatos de magnésio e de ferro, e que a concentração física do resíduo não é possível. O trabalho apresenta os fundamentos da redução carbotérmica e uma revisão dos processos de extração de níquel, com ênfase nos resíduos gerados e sua utilização. Foram fabricados quatro tipos de pelotas auto-redutoras contendo resíduo niquelífero, empregando-se coque de petróleo como seu redutor. As variáveis estudadas foram o tempo e a temperatura de redução, a quantidade de redutor e a adição de cal. As pelotas foram ensaiadas em um equipamento termogravimétrico para a determinação da perda de peso e parâmetros cinéticos, as temperaturas entre 1273 K e 1573 K. As amostras ensaiadas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura, análise de porosidade e análise de imagens. Os resultados mostram que a redução das pelotas auto-redutoras com 8% ou 12% de coque, abaixo de 1473 K, não sofre influência quanto à quantidade de redutor. Nas temperaturas superiores a 1473 K observou-se uma maior redução na pelota com 12% de coque, sob as mesmas condições experimentais. As análises de imagens e as medidas de porosidade indicaram que para os dois tipos de pelota, com 8% ou 12% de coque, a porosidade diminui com o aumento do tempo de redução para uma mesma temperatura. Para um mesmo tempo de redução, com o aumento da temperatura, a diminuição da porosidade é maior.Independentemente do tipo de pelota, da temperatura e do tempo, observou-se que o composto silicatado com alto conteúdo de magnésio dificulta a redução de metais presentes nela. Os resultados obtidos mostram que, nas condições estudadas, não é possível a redução total dos elementos ferro, níquel e cobalto que, permanecem parcialmente na fase não metálica. A fração de reação máxima atingida a 1573 K, durante 45 minutos, pela pelota com 12% de coque, foi de aproximadamente 73%. / The nickeliferous residue, object of this work, was produced by a piro-hydrometallurgical extraction process, constituting a problem for its destination. Such work aims at extending the knowledge of recovery processes of desired metal values by carbothermal reduction in the form of self-reduction pellets. The present study involved the description of raw materials, demonstrating that 75% to 80% of nickel is found in the form of magnesium and iron silicates, besides showing that it is not possible to obtain any physical concentration of such residue. This work introduces the basics of carbothermal reduction and a review of nickel extraction processes, highlighting the residues generated and their use. Four different types of self-reduction pellets were produced, containing nickeliferous residue and employing petroleum coke as its reductant. The variables of this study were time and temperature of reduction, the quantity of reductant and the amount of lime added. The pellets were employed in an experiment using a thermogravimetric instrument for determining the weight loss and kinetics parameters at temperatures between 1273 K and 1573 K. Samples were examined through scanning electronic microscopy, porosity and image analyses. Results show that the reduction of 8% and 12% self-reduction pellets, below 1473 K, is not influenced by the quantity of reductant. A stronger reduction has been observed in 12% of coke at temperatures above 1473 K, under similar experimental conditions. Image analyses and measures of porosity indicated that for both pellets, 8% and 12%, porosity reduced after an increase in reduction\'s time at the same temperature. The decrease in porosity is higher as temperature rises at a similar reduction time.Irrespective of the time, temperature and the pellet\'s nature, it has been noted that the silicate compound with high magnesium content makes it difficult for metals presented in the pellet to suffer reduction. Results demonstrate that under our experimental conditions iron, nickel and cobalt cannot be totally reduced, remaining partly in their non-metallic stage. The fraction of maximum reaction reached by 12% of coke pellet, at 1573 K, during 45 minutes, was of approximately 73%.

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-24T09:11:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HernandezRodriguez_OscarMauricio_M.pdf: 9306255 bytes, checksum: dadc1b869f81d7aa5408b37dfb30f782 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A recuperação de calor de gases ou sólidos particulados aquecidos é uma das aplicações viáveis dos sistemas fluidizados. Neste trabalho foi realizado um estudo da recuperação de calor de sólidos particulados aquecidos através do desenvolvimento de uma metodologia de projeto e de um modelo matemático para um trocador de calor com leito fluidizado raso com tubos imersos e do levantamento da influência dos parâmetros: diâmetro da partícula, fluxo mássico de sólidos e fluxo mássico de gás fluidizante. Foi projetada e construída uma bancada experimental constituída de uma válvula de alimentação pneumática de sólidos, um combustor com leito fluidizado borbulhante, uma válvula de alimentação para sólidos quentes e um trocador de calor com leito fluidizado raso. O sistema de recuperação de calor foi avaliado em termos de sua efetividade através da determinação do coeficiente de transferência de calor mistura-parede e das temperaturas de entrada e saída das três correntes envolvidas no balanço de energia: água, ar e sólidos. Foram realizadas medidas da temperatura da suspensão gás sólido, o que permitiu a obtenção experimental do coeficiente de transferência de calor mistura-parede ao longo do comprimento do trocador, resultado ainda não disponível na literatura. Os resultados experimentais foram posteriormente comparados com os encontrados na literatura e também com os obtidos através do modelo desenvolvido para prever o comportamento do sistema, apresentando bom acordo. Os resultados obtidos são importantes para uma melhor compreensão de sistemas para recuperação de energia de sólidos particulados quentes, além de serem úteis para o projeto de trocadores de calor com leito fluidizado raso / Abstract: The heat recovery from hot gases or hot solid particles is one of the viable applications of fluidized systems. This work presents a study on heat recovery from solid particles through the development of a design methodology and a mathematical model for a shallow fluidized bed heat exchanger with immerged tubes and through the analysis of the influence of three parameters: particle diameter, solids and gas mass flow rate. An experimental device, with a solids pneumatic valve, a bubbling fluidized bed combustor, a hot particles feeding valve and a shallow fluidized bed heat exchanger was designed and built. The effectiveness of the heat recovery system was evaluated through the determination of the average bed-wall heat transfer coefficient and of the inlet/outlet temperatures of the three currents involved in the energy balance: water, air and solids. Gas-solid suspension temperature measurements were taken, what allowed to obtain the bed-wall heat transfer coefficient along the heat exchanger length, that resuIt isn't yet availablein the literature. The experimental results were compared with the literature and with the obtained through the model developed to foresee the behavior of the system. The results contribute for a better understanding of heat recovery systems of hot solid particles, and are useful for the design of shallow fluidized bed heat exchangers / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

[pt] Na indústria do titânio, a ilmenita (FeOTiO2) é hoje a matéria prima com maior potencial para à obtenção de TiCl4 via cloração, como precursor do TiO2 e do Ti metálico. Neste processo, os cloretos de ferro formados podem ser materiais de partida para a formação de sais duplos com possíveis usos na armazenagem de energia térmica em usinas solares. Partindo destas premissas, o presente trabalho aborda o estudo da cloração de um material granulado rico em ilmenita, e a posterior separação dos produtos gasosos formados, através do uso de uma coluna de sal. Com a ajuda das avaliações físico-químicas (termodinâmica e cinética), na etapa de cloração foram estudados os efeitos das principais variáveis operacionais (vazão do cloro, temperatura, percentagem de agente redutor, pressão parcial do cloro) sobre a velocidade e rendimento da reação. No estudo dedicado a separação dos cloretos gasosos formados, foi aferido o comportamento e a eficiência de uma coluna de sal em leito fixo (de fórmula geral MClx), através da adsorção seletiva do cloreto de ferro e a provável formação do sal duplo FeCl3-MClx. Para a neutralização dos gases residuais contendo o excesso de cloro do processo, foram usadas soluções alcalinas com o que conseguiu-se total controle dos gases liberados na atmosfera. A caracterizados sequencial dos materiais envolvidos no processo, foi realizada com o uso de técnicas de Fluorescência de Raios X (FRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Difração de Raios X (DRX), e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Os resultados indicaram a viabilidade de formação do TiO2 rutilo (via cloração direta) e TiO2 anatasio (via carbocloração). / [en] In the titanium industry, ilmenite (FeOTiO2) is to be used as an alternative raw material with potential for obtaining TiCl4 by chlorination, and afterwards to be used as precursor of TiO2 and metal Ti. Moreover, iron chlorides formed this process, can be used as starting material for the formation of double salts with potential applications in thermal energy storage in solar power plants. Starting from these premises, this work describes the study of chlorination of a granulated material rich in ilmenite, and the subsequent separation of gaseous products formed, through the use of a salt column. Physicochemical assessments (thermodynamics and kinetics) in the chlorination stage, was studied the effects of the main operating variables (chlorine flow, temperature, percentage of reducing agent partial pressure of chlorine) on the rate and yield of the reaction. In the study dedicated to separating the formed gaseous chlorides, was determined the behavior and efficiency of a salt column of fixed bed. (bed salt, with generic form MClx), through the selective adsorption of iron chloride and the likely formation of double salt FeCl3-MClx. For the neutralization of the waste gases containing excess chlorine from the process, they were used with alkaline solutions that could be full control of the gases released into the atmosphere. The sequencial characterization of the materials involved was made using techniques of X-Ray Fluorescence (XRF), Scanning Electron Microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-Ray Diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The results indicated the feasibility of formation of TiO2 rutile, when produced by direct chlorination), and TiO2 anatase (when produced by carbochlorination).

Orientador: Ivonete Ávila / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Fernando Eduardo Milioli / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo de equilíbrio químico modificado para determinar a composição do syngas (gás de síntese), obtida a partir da gaseificação da biomassa em gaseificadores de leito fluidizado. Para este estudo, foi aplicado um processo de otimização para determinar os fatores de correção (que modificam as constantes de equilíbrio químico), a eficiência de conversão de carbono e a entalpia da reação. Os agentes de gaseificação considerados foram ar, vapor, ar-vapor e ar-vapor-oxigênio. No método de otimização foram utilizados os multiplicadores de Kuhn-Tucker para obter pequenos erros RMS. Foram selecionadas 76 composições experimentais de syngas. Entre estas composições, 60 foram utilizadas para obter correlações para o fator de correção, a eficiência de conversão do carbono e a entalpia da reação. Em seguida, um modelo de equilíbrio químico modificado foi elaborado selecionando estas correlações. O modelo de equilíbrio químico modificado foi validado mostrando uma boa precisão para a determinação da composição do syngas, obtendo-se erros RMS entre 0,94 e 4,84 / Abstract: This work aims to develop a modified chemical equilibrium model to accurately determine the syngas (synthesis gas) composition, as obtained from fluidized bed gasifiers. In order to do so, an optimization process was applied to determine the correction factors (which modify the chemical equilibrium constants), the carbon conversion efficiency and the enthalpy of the reaction. The gasification agents considered were air, steam, air-steam, and air-steam- oxygen. The optimization method were used the Kuhn-Tucker multipliers in order to obtain small RMS errors. A total of 76 experimental compositions of syngas were selected. Among these data, 60 were used to obtain correlations for the correction factor, the carbon conversion efficiency and the enthalpy of the reaction. Then, a modified chemical equilibrium model was developed by selecting these correlations. The modified chemical equilibrium model was validated showing very good accuracy for the determination of the syngas composition, the RMS error were found to be in the between 0.94 and 4.8 / Mestre

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

Made available in DSpace on 2014-08-13T14:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-11-01Bitstream added on 2014-08-13T18:01:37Z : No. of bitstreams: 1 000741253_20150101.pdf: 141727 bytes, checksum: bf2e02cb75454b0d8c9536e890144bde (MD5) Bitstreams deleted on 2015-01-05T11:00:41Z: 000741253_20150101.pdf,Bitstream added on 2015-01-05T11:01:44Z : No. of bitstreams: 1 000741253.pdf: 2376805 bytes, checksum: d8aaa4bb45713ee7c22ca08294c74e07 (MD5) / 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) / 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

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T02:54:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:23:49Z : No. of bitstreams: 1 142821.pdf: 12828792 bytes, checksum: 662b10d91d040108f057a607155206d9 (MD5)