Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T11:55:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guerra_CarlosAlexandreLourenco_M.pdf: 3216389 bytes, checksum: 81648cbacc15eda36aa479c3f55c443e (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A utilização de reatores catalíticos de leito fixo nas indústrias químicas, e a necessidade de otimização e controle dos mesmos, motivaram o estudo de modelos dinâmicos e técnicas de controle, como a utilização de controladores "Feedback­Feedforward", funcionando simultaneamente. Na prática, muitos sistemas de controle "feedforward" são implementados usando sistemas de controle "ratio". O controlador "feedforward" controla as grandes e freqüentes perturbações mensuráveis e o controlador "feedback" controla quaisquer desvios que ocorram no processo devido às imprecisões do controlador "feedforward" ou outras perturbações não mensuráveis, como as alterações internas devido à desativação de catalisador. O projeto inicial do controlador "Feedback-Feedforward" foi feito através de um modelo empírico de 23 ordem obtido pelo planejamento fatorial, que apresentou "offsets" na variável controlada, mas boa previsibilidade para a variável manipulada. A construção de um novo controlador Estatístico-PID foi sugerida, de forma a eliminar os problemas anteriores e aproveitar a previsibilidade do modelo empírico através de um modelo dinâmico utilizando a lei de controle do PID em seu algoritmo. Assim, obteve-se um melhor desempenho quando comparado somente ao controlador convencional tipo PID. As variáveis de controle e manipulação foram escolhidas através de uma análise do comportamento dinâmico do reator em malha aberta, as quais permitiram a manutenção ou obtenção de um novo estado estacionário desejado. Para esta análise das variáveis também foram utilizadas técnicas estatísticas, como o planejamento de experimentos fatorial, que mostrou seus efeitos e suas interações. Como caso estudo, será considerada a oxidação do etanol a acetaldeído tendo como catalisador o Fe-Mo, cujos dados operacionais são conhecidos. O comportamento dinâmico do reator catalítico de leito fixo será descrito pelo modelo proposto por Maciel Filho, 1989. O método de resolução consiste na aplicação do método das Linhas, utilizando-se uma combinação da colocação ortogonal (Villadsen & Michelsen, 1978) na direção radial com o método de Runge-Kutta de quarta ordem para a direção axial / Abstract: The use of fixed bed catalytic reactors in the chemical industry, and the necessity of controlling and optimizing these reactors, have motivated the studies of dynamic models and control techniques, such as the use of Feedback-Feedforward controllers, working simultaneously. In practice, several feedforward control systems are implemented using ratio control systems. The feedforward controller controls the big and fi'equent perturbations and the feedback controller controls any deviation that occurs in the process due to the feedforward controller imprecision, or other non-measurable perturbations, such as internal modifications due to catalyst deactivation. The first "Feedback-Feedforward" controIler design was done using a 2nd order empirical model obtained fi'om a factorial design that produced offsets in the controIled variable, but good predictability for the manipulated variable. The development of a new Statistical-PID controIler was suggested, to eliminate the problems of the first and take advantage of the predictability of the empirical model through a dynamic model using the PID controllaw in the algorithm. In this way, a better performance was obtained when compared only to the conventional controIler oftype PID. The control and manipulated variables were chosen through an analysis of the dynamic behavior of the reactor in open loop, which permits the maintenance or a new desired steady state. Statistical techniques, such as factorial planning experiments, were used for the analysis ofthese variables in order to obtain their effects and interactions. As case study, the oxidation of ethanol into acetaldehyde over Fe-Mo catalyst wiIl be considered. The dynamic behavior of the fixed bed catalytic reactor will be described by the model proposed by Maciel Filho, 1989. The solution method consists in the application ofthe Line Method, using the orthogonal collocation (Villadsen & Michelsen, 1978) in the radial direction with the fourth order Runge-Kutta in the axial direction / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255208.pdf: 2089796 bytes, checksum: dd59b911ffb4c24b6cfbd914bab5e8d7 (MD5) / A utilização do hidrogênio como combustível requer desenvolvimento tecnológico nas áreas de produção, transporte e aplicação. Devido às dificuldades na implantação de infraestrutura para a sua distribuição, aliado à baixa densidade energética volumétrica obtida no armazenamento do hidrogênio gasoso, um considerável esforço de pesquisa tem sido direcionado para o desenvolvimento de tecnologia de processamento de combustíveis, convertendo-os em gás rico em hidrogênio, diretamente no ponto de utilização. Esta tecnologia é conhecida como reforma e é uma opção viável para permitir o desenvolvimento e teste em escala comercial da aplicação das células a combustíveis na geração distribuída de energia elétrica. O objetivo deste trabalho é analisar a produção do hidrogênio a partir da reforma de gás natural em um reator compacto. Para isso, desenvolve-se uma concepção de reator de reforma, e analisam-se as condições da reforma a vapor do gás metano. Na reforma a vapor do metano, uma mistura de vapor de água e metano escoa ao longo de um reator catalítico e deseja-se que as reações químicas favoreçam a decomposição do metano e do vapor de água em gás hidrogênio e dióxido de carbono. O monóxido de carbono é um produto indesejável, pois causa envenenamento irreversível de células a combustível tipo membrana de troca de próton (PEM). O reator catalítico apresenta em geral um leito de partículas porosas ou um monolito como suporte do catalisador, o qual é usualmente um metal ou um óxido metálico de elementos do grupo VIII da tabela periódica. Como a reação de reforma a vapor é endotérmica, uma fonte externa de calor distribuída é necessária para obter condições ótimas de distribuição de temperatura e fluxo de calor ao longo do reator. O trabalho inicia-se com uma análise termodinâmica de equilíbrio químico que visa determinar as concentrações em equilíbrio dos produtos da reforma como função das condições de temperatura e pressão no reator. A partir da verificação das condições de operação ótimas, um modelo numérico para a transferência de calor e massa com reação química em um leito catalítico suportado em uma matriz monolítica porosa é desenvolvido. O modelo de reator é acoplado a uma fonte de calor externa que fornece calor de forma distribuída por radiação e convecção superficial. O modelo fornece os valores limites de geometria e parâmetros de operação, como vazões e potências, e as condições necessárias para máxima produção do hidrogênio em relação ao metano e seletividade em relação ao monóxido de carbono.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-23T16:06:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 248835.pdf: 1900128 bytes, checksum: 8de5df7fe9cd3e08e4199b1f49e8ee05 (MD5) / A utilização dos processos convencionais da nitrificação e desnitrificação oferece algumas limitações quando se objetiva o tratamento de efluentes contendo elevadas concentrações de nitrogênio e baixa DQO, dentre estas estão a dificuldade de transferência de altas quantidades de oxigênio necessárias à nitrificação, bem como na necessidade de grande quantidade de matéria orgânica na etapa de desnitrificação. Novos processos de remoção de nitrogênio têm sido desenvolvidos para possibilitar a remoção sustentável de elevadas concentrações de nitrogênio por via biológica. Tais Processos utilizam a nitrificação parcial, ou seja, a oxidação da amônia a nitrito, e a maior parte deles, não utiliza matéria orgânica, utilizando o próprio amônio como doador de elétrons. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi estabelecer um processo de remoção de nitrogênio em altas concentrações utilizando um Reator de Biodiscos Rotativos. O sistema era constituído por três reatores de biodiscos independentes, diferindo entre si apenas nos diferentes materiais suporte utilizados na confecção dos discos, os quais foram: cloreto de polivinila (PVC), poliestireno (PS) e poliuretano (PU). Os reatores foram inoculados com lodo proveniente de uma estação de tratamento de esgotos domésticos e foram alimentados diariamente com meio sintético contendo amônio (NH4+). Durante um período de 913 dias as cargas aplicadas aos reatores PVC e PS variaram de 519 a 6670 mg N-NH4+.m-2.d-1. Para o reator PU, as variações na carga foram de 1206 até 8280 mg N-NH4+.m-2.d-1. Nas cargas mais elevadas, os reatores apresentaram alta capacidade de oxidação do amônio apresentando valores de 4902, 5403, 5336 mg N-NH4+.m-2.d-1 oxidados, para os reatores PVC, PS e PU, respectivamente. Uma remoção de N de 29% sob condições completamente aeróbias foi observada para os três reatores na carga mais baixa aplicada. Nas cargas mais elevadas, condições limitantes de OD foram estabelecidas em torno de 0,4 a 0,6 mg O2.L-1 para os reatores PVC e PS, e mais baixas para o reator PU variando entre 0,08 e 0,3 mg O2.L-1, gerando acúmulo de nitrito. Os testes FISH confirmaram a presença de vários tipos de BOA, entre elas: Nitrosomonas sp, Nitrosolobus multiformis, Nitrosospira briensis, Nitrosovibrio tenuis, as quais apareceram nas etapas com cargas mais elevadas, além de Nitrosococcus mobilis. Entretanto, verificou-se a diminuição da população de BON nos reatores. Os testes de eliminação de nitrogênio realizados em batelada com as biomassas retiradas dos reatores, apresentaram velocidades específicas de remoção de 18,4; 16,4 e 28,3 mg N.gSST-1.d-1, respecivamente, para os reatores de PVC, PS e PU, demonstrando que a biomassa removida do reator PU foi a que apresentou a mais alta velocidade específica de remoção de nitrogênio sob condições limitantes de oxigênio, assim como, foi a única que apresentou remoção anaeróbia. Além disto, o reator PU apresentou um camada de biofilme mais homogênea, uma maior adesão dos microrganismos, e também uma maior remoção de nitrogênio, em torno de 50%, correspondendo a 3340 mg N.m-2.d-1. A alta remoção, juntamente com condições limitantes de OD e a detecção de bactérias anammox através do teste FISH, assim como a constatação de atividade anaeróbia, evidenciam o estabelecimento do processo ANAMMOX neste reator.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-03-04T19:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304293.pdf: 2588083 bytes, checksum: b45e1c8dc9dbf7efc99c15e78e02ce13 (MD5) / A queima de combustíveis fósseis tem liberado uma grande quantidade de poluentes na atmosfera. Entre os mais nocivos encontra-se o dióxido de enxofre (SO2), que ao reagir com a umidade do ar se transforma em ácido sulfúrico, sendo, portanto, o causador da chuva ácida. A chuva ácida é extremamente prejudicial para a fauna e flora; acelera os processos de corrosão de prédios e monumentos; e gera graves problemas de saúde para o ser humano. Em vista disso, muitos países têm reformulado sua legislação a fim de exigir a comercialização de combustíveis com teores baixíssimos de enxofre. Os processos de dessulfurização existentes não são capazes de remover o enxofre a níveis tão baixos. Por isso, tem-se desenvolvido um novo processo denominado biodessulfurização. Nesse processo, a degradação do enxofre se dá através da ação de micro-organismos que atuam como catalisadores. A bactéria Rhodococcus erythropolis vem despontando como uma das mais promissoras na biodessulfurização, pois remove o enxofre dos organossulfurados sem quebrar os anéis benzênicos, mantendo assim o potencial energético dos mesmos. Nesse trabalho buscou-se analisar a capacidade da cepa nacional Rhodococcus erythropolis ATCC4277 de dessulfurizar o dibenzotiofeno e o óleo diesel A S1800 em reator descontínuo utilizando concentrações de fase orgânica (n-dodecano ou diesel) de 20, 80 e 100% (v/v). O R. erythropolis ATCC4277 não foi capaz de degradar os compostos de enxofre presentes no óleo diesel A S1800, no entanto, foi capaz de degradar o DBT em 93,3, 98,0 e 95,5% quando na presença de 20, 80 e 100% (v/v) de n-dodecano, respectivamente. Através dos resultados obtidos neste trabalho concluiu-se que as melhores condições para realizar o processo de dessulfurização do DBT em reator descontínuo pelo R. erythropolis ATCC4277 é utilizando 80% (v/v) de n-dodecano como fase orgânica, o pH do meio fermentativo variando entre 6,5 e 7,5 e conduzí-lo sob em uma faixa de temperatura entre 25 e 30°C. / For decades the burning of fossil fuels released a lot of pollutants in the atmosphere. Among the most harmful is sulfur dioxide (SO2), which reacts with the moisture in the air and turns into sulfuric acid,being the main cause of acid rain. Acid rain is very harmful to animal and plant kingdoms; accelerates the corrosion'sprocesses of buildings and monuments, and causes serious health problems for humans. As a result, many countries have reformed their legislation to require the sale of fuels with very low sulfur content. The existing processes of desulfurization are not capable of removing sulfur so low. Therefore, there has developed a new process called biodesulfurization. In this process, the degradation of sulfur occurs through the action of microrganisms that act as catalysts. The bacterium Rhodococcuserythropolis has emerged as one of the most promising for biodesulfurizationbecause it removes the sulfurwithout breaking the benzene rings, thereby maintaining the potential energy of the same. In this study we sought to examine the capacity of national Rhodococcuserythropolis strain ATCC4277 desulfurizing of the dibenzothiophene and diesel A S1800 in the batch reactor using concentrations of organic phase (n-dodecane or diesel) of 20, 80 and 100% (v/v). R. erythropolis ATCC4277 was not able to degrade the sulfur compounds present in diesel A S1800, but was capable of degrading DBT in 93.3, 98.0 and 95.5% in the presence of 20, 80 and 100% (v/v) of n-dodecane, respectively. Based in the results obtained in this study, it was concluded that the best conditions to perform the process of desulfurization of DBT in the batch reactor with R. erythropolis ATCC4277 is using 80% (v/v) of n-dodecane as organic phase, the pH of the fermentation medium ranging between 6.5 and 7.5 and drive it on in a temperature range between 25 and 30 °C.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308800.pdf: 2051320 bytes, checksum: 5c929ddb77ce3de04ee2dc000f178e7b (MD5) / O impacto ambiental devido ao uso de combustíveis fósseis e as questões políticas envolvendo seu uso tem impulsionado a busca por combustíveis derivados da biomassa. Desta forma, o biodiesel tem aparecido nesse contexto com o objetivo de substituir, parcialmente ou totalmente, a utilização de combustíveis derivados de petróleo. O biodiesel é definido como uma mistura de ésteres obtidos principalmente a partir da reação de triglicerídeos e álcool. A reação mais comumente utilizada para sua síntese é a transesterificação. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo multifísico, empregando o método de elementos finitos, para a produção de biodiesel em reator tubular, considerando escala laboratorial e industrial. A reação de transesterificação foi idealizada segundo uma proporção molar de 1:5 (óleo de colza:metanol), considerando catalisador básico, juntamente com um modelo cinético completo, incluindo as reações diretas e reversas. Foram estudados aspectos da transferência de massa, calor e quantidade de movimento ao longo do reator. Foi analisado o efeito da presença do meio poroso e da prática de mistura prévia dos reagentes à injeção no reator, juntamente com o efeito da perda de calor por fluxo convectivo nas paredes do reator. Verificou-se que a reação do óleo de colza e metanol é muito rápida, atingindo altas conversões (99,44%) em poucos minutos de reação. Com relação à cinética reacional da produção de biodiesel, os dados obtidos por meio do modelo desenvolvido foram validados com dados experimentais da literatura, obtendo-se boa concordância entre estes e o modelo. Verificou-se que o reator tubular estudado possui comportamento teórico de um Reator Perfeitamente Misturado, apresentando um grande desvio do ideal Plug Flow. Constatou-se a partir do Planejamento Fatorial 23 que as variáveis temperatura e razão molar (metanol:triglicerídeo) são significativas com relação à conversão em biodiesel, juntamente com a interação entre elas, sendo seus efeitos positivos, ou seja, quanto maiores os valores para tais variáveis, maior será a conversão em biodiesel obtida. O modelo de regressão ajustado apresentou um excelente coeficiente de determinação, podendo ser empregado para fins preditivos. A utilização da plataforma multifísica para a simulação por meio do método de elementos finitos se mostrou uma ferramenta valiosa para o estudo da produção de biodiesel em sistemas contínuos, nos quais se pode colocar em evidência aspectos fenomenológicos do escoamento reativo. Tal estudo é importante por fornecer parâmetros que podem ser empregados para descrever o sistema reacional e auxiliar no projeto e otimização de reatores tubulares, visando condições ótimas de operação. / The environmental impacts due to the use of fossil fuels and the political issues surrounding its use have driven the search for fuels derived from biomass. Thus, biodiesel has appeared in this context in order to replace partially or totally the use of petroleum fuels. Biodiesel is defined as a mixture of esters derived mainly from the reaction of triglycerides and alcohol. The reaction most commonly used for their synthesis is the transesterification. This work aims to develop a multiphysics model using the finite element method for biodiesel production in tubular reactor considering laboratorial and industrial scale. The transesterification reaction was idealized according a molar ratio of 1:5 (rapeseed oil: methanol), considered basic catalyst, together with a complete kinetic model, including direct and reverse reactions. Aspects of mass transfer, heat and momentum along the reactor was studied. The effect of the presence of the porous medium and the mixing process of reactants prior to the injection into the reactor, together with the effect of heat loss by convective flows in the walls of the reactor were analyzed. It was found that the reaction of rapeseed oil and methanol was very fast, reaching high conversions ratio (99.44%) in a few minutes of reaction. About the reactional kinetics for the biodiesel production, the data obtained through the developed model was validated with experimental data from the literature, obtaining good agreement between these and the model. It was found that the studied tubular reactor has the same theoretical behavior of a Perfectly Mixed Reactor with a large deviation from the ideal Plug Flow. It was found from the Factorial Design 23 that the variable of temperature and molar ratio (methanol:triglyceride) are significant in relation to the biodiesel conversion, along with the interaction between them and its positive effects, that is, the higher the values for these variables, the greater the conversion of the biodiesel obtained. The adjusted regression model showed an excellent coefficient determination. It can be used for predictive purposes. The use of the multiphysics platform for the simulation using the finite element method has proved a valuable tool for studying the production of biodiesel in continuous systems, in which bringing to light phenomenological aspects of the reactive flow. This study is important to provide parameters that can be used to describe the reaction system and assist in the design and optimization of tubular reactors, aiming at optimal operating conditions.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:10:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308801.pdf: 1976757 bytes, checksum: b5a2445e9b2a81ddaa151f843a82341d (MD5) / Reatores agitados mecanicamente são amplamente usados na indústria química para promover diversos tipos de processos, tais como dissolução, dispersão, reações homogêneas ou heterogêneas. Apesar de todo avanço obtido nos últimos 50 anos, seu projeto e otimização ainda é baseado somente em correlações empíricas e semi-empíricas, o que demanda um grande número de experimentos. Invariavelmente, os experimentos envolvem altos custos. De forma a tentar reduzir tais custos, ferramentas computacionais vêm sendo usadas. Como o desempenho deste tipo de equipamento é calcado no escoamento gerado no seu interior a escolha por técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) é natural. Através de modelos CFD é possível obter o padrão de escoamento sem incorrer em suposições sobre a geometria como nas correlações empíricas. Neste trabalho, modelos CFD são aplicados em tais sistemas, de forma a alcançar o objetivo principal do estudo que foi investigar a razão que leva à diminuição do diâmetro das partículas com o aumento do espaço entre o fundo do reator e o impelidor. O modelo de turbulência tem papel preponderante, principalmente, em sistemas sem chicanas onde a componente tangencial da velocidade é predominante. Modelos de turbulência recentes foram avaliados em diversas configurações geométricas e operacionais. Após verificação de modelos o sistema utilizado por PINTO (2006) no Laboratório de Controle de Processos do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC foi investigado para avaliar o motivo porque o diâmetro médio de gotas diminui com o aumento do espaço livre entre o agitador e o fundo do tanque (clearance).Os resultados indicam que ao se concentrar na região acima do agitador a fase orgânica experimenta maior concentração da dissipação de energia cinética turbulenta e consequentemente maior quebra. / Stirred tank reactors are widely used in the chemical industry to promote several types of processes such as dissolution, dispersion, homogeneous or heterogeneous reactions. Despite all progress made in the last 50 years, its design and optimization is still based only on empirical and semi-empirical correlations which requires eventually a large number of experiments that involve high costs. aiming to reduce such costs, computational tools have been used. As the performance of such equipment is centered in the flow generated inside reactor the choice of techniques for computational fluid dynamics (CFD) is natural. Through CFD models is possible to obtain the flow pattern without incurring any assumptions about the geometry and the empirical correlations. In this study, CFD models are applied in such systems to reach the main goal of this investigation: why droplet mean diameter decreases with the increase of the clearance? Among several points to be investigated, the turbulence model plays a major role especially in systems without baffles where the tangential component of velocity is predominant. Recent turbulence models have been evaluated in various geometric and operating configurations. After verification of the model with experimental data, the system used by PINTO (2006) in Process Control Laboratory of the Chemical and Food Engineering Department of UFSC have been investigated to assess the reason why the average drop diameter decreases with increasing clearance between the stirrer and the tank bottom. One can conclude from the results that the concentration of the organic phase in the region above the agitator experiences higher concentration of turbulent kinetic energy dissipation and consequently greater breakage.

Orientador: Rubens Maciel Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T17:31:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_Edwin_M.pdf: 1546663 bytes, checksum: 9bcb694a37827f48a2ea613478ebed27 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi estudar experimentalmente a hidrodinâmica de reatores tipo "air-lift" e desenvolver um modelo que pudesse descrever os fenômenos observados em um sistema reacional de uma mistura orgânica em reatores "air-lift", para ser posteriormente incorporado a um modelo geral do reator. O fenômeno abordado foi a taxa de aeração e sua relação com a velocidade de recirculação de líquido e velocidade de gás. Foram realizadas também medidas de diâmetro de bolhas e propostas correlações para a determinação do diâmetro das bolhas em água e água/butanol. As correlações são usadas para a determinação da área interfacial. As experiências foram realizadas em um reator "air-lift" em escala piloto, utilizando-se como sistemas ar/água, ar/água-butanol e um sistema Nz/líquido industrial, bem como três diferentes distribuidores de gás. Foram aplicadas e comparadas diferentes formas de tratamento de sinal de pressão para identificação de mudança no regime hidrodinâmico, definindo-se para cada sistema o ponto de transição com uma precisão maior que a utilizada convencionalmente. Na modelagem hidrodinâmica foram adotados dois grupos bem distintos de equações: um baseado em balanços de quantidade de movimento e energia e um outro grupo formado por correlações ajustadas a partir de experimentos realizados. Esta abordagem permite extrapolar para reatores de diferentes geometria, além de servir de referência para levantamento de parâmetros para sistemas líquidos com características diferentes. Os resultados do modelo foram satisfatórios, sendo condizentes com dados experimentais / Abstract: The pourpose of this work was study the hydrodynamic of air-lift reactors with liquids with non-coalescing behaviour. A lD hydrodynamic model has been developed for gas hold-up and liquid circulation velocity prediction in air-lift reactors. The model is based on momentum balance equations and has been adjusted to experimental data collected on a pilot plant reactor equipped with three different gas distributors and using water, water/butanol and a organic industrial mixture as the liquid phase. In addition, measurements of bubble diameter in the water and water/butanol medium are presented and were propose correlations for determinations ofbubble diameter. Theyare used for interfacial area calculation. Different techniques of signal analysis have also been applied to pressure fluctuations in order to extract information about flow regimes and regime transitions. A good knowledge of the flow partem is essential to establish adequate correlations for the hydrodynamic model. It has been shown that this technique is a good tool to support for hydrodynamic modelling. Comparison between model and pilot experimental data is quite satisfactorily / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Raquel Fernandes Pupo Nogueira / Banca: Clovis Augusto Ribeiro / Banca: Maria Valnice Boldrin / Banca: Emerson Henrique de Faria / Banca: Renato Falcão Dantas / Resumo: Este trabalho descreve um estudo comparativo da atividade catalítica de material obtido com imobilização de ferro em vários suportes argilominerais: Argila natural modificada com amido (AN+A) Vermiculita (V) e Nontronita (N) para processo Fenton heterogêneo. A atividade catalítica foi avaliada pela degradação dos antibióticos sulfatiazol (STZ) e cefalexina (CFX) utilizando dispositivos LED-UV (360 nm) e LED-Vis (460 nm) como fonte de irradiação, bem como solar. Os materiais usados como suportes de ferro passaram previamente por processo de moagem, secagem e peneiragem (≤ 180 μm). Foram realizadas diversas impregnações de Fe em diferentes condições e com posterior tratamento térmico (450, 600 e 750 °C). Os materiais foram caracterizados pelas técnicas de Fluorescência de raios X, Difração de Raios- X, Espectroscopia de Reflectância Difusa, Espectrometria de absorção ultravioleta-visível e infravermelho próximo, área superficial específica, Microscopia Eletrônica de Varredura de Alta Resolução e Potencial Zeta. Foi observado que o aumento do pH natural da solução (pH < 1) para 5,0 proporcionou uma maior impregnação de Fe passando de 7,4% (m/m) para 49% Fe no caso AN+ A, e para 45% Fe para a N. Os materiais apresentaram em sua composição química SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2O, TiO2, MgO como óxidos maioritários, e mostraram alta absorção na faixa UVA, UVB e Vis e energias de banda proibida de 1,9 eV. O Potencial Zeta em pH 3,0 mostrou comportamentos opostos para os dois materiais sendo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work describes a comparative study of the catalytic activity of material obtained with iron immobilization in several clay minerals: Natural clay modified with starch (AN + A) Vermiculite (V) and Nontronite (N) for heterogeneous Fenton process. The catalytic activity was evaluated by the degradation of the antibiotics sulfathiazole (STZ) and cefalexin (CFX) using LED-UV (360 nm) and LED-Vis (460 nm) devices as irradiation source as well as solar. The clay minerals used as iron supports were previously crushed, dried and sieved (≤ 180 μm). Several iron impregnations were carried out under different conditions and with subsequent thermal treatment (450, 600 and 750 °C). The materials were characterized by the techniques of X-ray Fluorescence, X-ray Diffraction, Diffuse Reflectance Spectroscopy, Ultraviolet-Visible and Near Infrared Absorption Spectrometry, specific surface area, High Resolution Scanning Electron Microscopy couple to Energy dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the increase inthe natural pH of the solution (pH <1)to 5.0 provided an improved Fe impregnation from 7.4% (m / m) to 49% Fe in the AN + A case, and to 45% Fe in the case of N. The materials presented in the chemical composition SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2O, TiO2, MgO as major oxides, and showed high absorption in the UVA, UVB and Vis range, and bandgap energies of 1.9 eV. The Zeta Potential at pH 3.0 showed opposite behaviors for the two materials with -12.7 mV for AN + A 49% Fe and 7.2 mV ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Resumo: A geração de hidrogênio na indústria de processos tem adquirido cada vez maior destaque no cenário nacional e internacional devido à grande tendência de aumento de seu consumo, para sua utilização em processos nobres, por exemplo, no hidrotratamento de combustíveis, buscando produtos de maior qualidade. Dentro deste contexto, ganha importância o processo de geração de hidrogênio, onde o domínio de sua tecnologia torna-se fundamental para a sua otimização. O reator de shift na unidade de geração de hidrogênio, etapa intermediária e responsável por converter o monóxido de carbono do gás de síntese a dióxido de carbono e hidrogênio, constitui um sistema reacional cuja predição de seu comportamento cinético, utilizando-se um modelo adequado pode ser bastante útil. Foi realizado extenso levantamento de modelo cinético fenomenológico com as devidas correções requeridas em termos de fenômenos de difusão nos poros de um catalisador em formato de pellet, desativação catalítica, pressão e ordem aparente da reação, para a modelagem de um reator de shift industrial de leito fixo de alta temperatura, utilizando catalisadores comerciais do tipo Fe-Cr promovidos por Cu. Previamente à etapa de modelagem, a consistência e qualidade dos dados industriais disponíveis foram avaliadas, onde um modelo estatístico entre as principais variáveis de entrada e a conversão de CO, foi desenvolvido, encontrando-se uma correlação de 0,75. Foi realizado um estudo da termodinâmica de equilíbrio deste conjunto de dados. As equações diferenciais de balanço molar e energético deste sistema foram propostas, e solucionadas por uma ferramenta computacional adequada. O modelo é ajustado e validado utilizando-se dados de operação de um reator industrial, obtendo-se um coeficiente de correlação de 0,77. Finalmente, demonstra-se a utilidade do modelo apresentando-se um estudo de caso de pesquisa de temperatura de alimentação ótima do reator, validada pela realização de um teste em reator industrial. Em um segundo estudo de caso, diferentes simulações são realizadas para se explicar determinados aspectos relevantes do comportamento histórico operacional de um reator de shift industrial. Uma malha de controle é proposta para a otimização da conversão do reator.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:08:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303785.pdf: 2616777 bytes, checksum: 34b27ce96a99fda10ff1567df7c4e89b (MD5) / A busca de alternativas energéticas é foco constante na ciência. A transesterificação de óleos vegetais via micro-ondas é uma alternativa para a produção de biodiesel. Atualmente, a metodologia utilizada envolve a catálise básica com aquecimento convencional do sistema reacional, onde o principal gargalo para a produção de biodiesel etílico é o tempo reacional maior, quando comparado à transesterificação metílica, além de uma perda de ésteres pela emulsificação do sistema. Neste contexto, foi abordada a produção de biodiesel etílico em meio ácido induzido por micro-ondas (2,45 GHz) em reator de escala piloto. Para tanto, a abordagem tratou de duas propostas de reatores do tipo batelada, com capacidade de 100 L, denominados de reator de micro-ondas piloto (RMP) e reator de micro-ondas piloto modificado (RMPM). Em ambos os casos procurou-se obter uma solução a gargalos apresentados pela tecnologia convencional, visando o trabalho com matéria graxa residual, possibilitando com isso agregar valor a este tipo de matéria prima e minimizar o impacto ambiental que o descarte inadequado desse tipo de matéria prima tem causado. Também foi foco do trabalho o avanço da tecnologia de micro-ondas para a produção de biodiesel etílico, buscando, desta forma, colaborar para a diversidade do parque tecnológico e da matriz energética nacional. Nos reatores foram estudados parâmetros como: eficiência da adaptação das micro-ondas via testes calorimétricos, estudo processo produtivo de biodiesel etílico via transesterificação em meio ácido e o monitoramento do processo produtivo via medidas de composição por ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN de 1H). O RMP apresentou uma eficiência de adaptação da cavidade de 74,5% e um percentual de conversão de 98% para uma estequiometria de 1:8 (matéria prima:álcool) sob um percentual de catalisador de 3,77% V/V e com um tempo de emissão de 60 minutos. O RMPM apresentou uma eficiência de adaptação da cavidade de 74% e um percentual de conversão maior que 99% para uma estequiometria de 1:8 (matéria prima:álcool) sob um percentual de catalisador de 3,77% V/V e com um tempo de emissão de 70 minutos. / The search for energy alternatives is a constant focus in science. The transesterification of vegetable oils with microwave radiation is an alternative for the biodiesel of production. Currently, the methodology used involves basic catalysis with conventional heating of the reactional system, where the main bottleneck for the production of ethylic biodiesel is the larger reaction time when compared to the methylic transesterification route, in addition to a loss of esters by emulsification of the system. In this context, the control and optimization of ehtylic biodiesel production process with homogeneous acid catalysis induced by microwave (2.45 GHz) was addressed. By doing so, was developed and discussed two proposals for batch-type reactors, with a capacity of 100 L, called microwave pilot reactor pilot (MPR) and microwave modified pilot reactor (MMPR). Furthermore, our work attempt to find a viable alternative to work with residual grease matter, enabling it to add value to this type of raw material and to minimize the environmental impacts that improper disposition of such material has caused. The advancement of microwave technology for biodiesel ethylic production, contributing to the diversity of the national technology park and energetic matrix was also a proposal of this work. In the reactors were studied parameters such as efficiency of the adaptation of microwave via calorimetric tests, study the production process of biodiesel via transesterification of ethyl acid and monitoring the production process through composition measurements by nuclear magnetic resonance of hydrogen (NMR of 1H). The MPR has presented as best result an average efficiency of adaptation of the cavity around 74.50% and a conversion percentage of 98% for a stoichiometry of 1: 8 (raw material: alcohol) under a catalytic percentage of 3.77% V/V and with a reaction time of 60 minutes. The MMPR performed as best result an average efficiency of adaptation of the cavity around 74% and a conversion percentage larger than 99% for a stoichiometry of 1: 8 (raw material: alcohol) under a catalytic percentage of 3.77% V/V and with a reaction time of 70 minutes.