Orientador: Waldir Antônio Bizzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T12:36:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Codolo_MileneCosta_D.pdf: 5194998 bytes, checksum: 83f254711e409c3aa28cb436b2164840 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho apresenta uma avaliação experimental da absorção de SO2 e um estudo preliminar da absorção de NO em uma torre de nebulização. O estudo experimental de absorção de SO2 foi realizado com solução de NaOH em diferentes condições de operação, variando a vazão de solução, vazão de gás e bicos pulverizadores de pressão. Assim, foi possível avaliar a influencia do tempo de residência do gás, da relação L/G e dos bicos pulverizadores de pressão. Além disso, analisa a absorção de SO2 ao longo da coluna, retirando amostras do interior da torre. O estudo experimental de absorção de NO na torre de nebulização avalia o desempenho de uma torre projetada para absorção de SO2 na absorção de NO. Os ensaios de absorção de NO foram realizados em meio ácido com soluções de peróxido de hidrogênio (H2O2) e de peróxido de hidrogênio (H2O2) com sulfato ferroso (FeSO4), em diferentes condições de operação, a fim de avaliar a influência do tempo de residência do gás, da relação L/G, da concentração de peróxido de hidrogênio e da presença de sulfato ferroso na solução. Além do estudo experimental, este trabalho apresenta um estudo teórico da absorção de SO2, utilizando dados provenientes do estudo experimental. As simulações realizadas mostraram a importância do diâmetro de gota, a influência da vazão de gás e a evolução da velocidade e desaceleração das gotas ao longo da torre / Abstract: This work presents an experimental evaluation of SO2 absorption and a preliminary study of NO absorption into a spray tower. The experimental study of the absorption of SO2 was carried out with NaOH solution in different operation conditions, varying the liquid flow rate, the gas flow rate and pressure spray nozzles. Therefore, it was possible evaluate the influence of gás residence time, L/G ratio and pressure spray nozzles. Besides, it analyses the SO2 absorption along the column, taking samples from inside of the tower. The experimental study of NO absorption in the spray tower evaluates the performance of a designed tower for SO2 absorption in the NO absorption. The NO absorption tests were carried out in acid environment, with hydrogen peroxide solutions and hydrogen peroxide (H2O2) solutions with ferrous sulfate (FeSO4), in different operation conditions, in order to evaluate the influence of gas residence time, L/G ratio, hydrogen peroxide concentration and the presence of ferrous sulfate in the solution. Besides the experimental study, this work presents a theoretical study of SO2 absorption, using data from experimental study. The performed simulations showed the importance of the diameter of the droplet, the influence of gas flow rate and the evolution of velocity and deceleration of the droplets along the tower / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Global warming is becoming ever increasing concern in our society. As such the likelihood of a carbon tax in the US is becoming increasingly likely. A carbon tax will be expensive enough that coal-based power plants will either have to install carbon capture technology or close. The two front runner technologies for carbon capture are amine scrubbing, and oxyfuel combustion. The downside is that both of these technologies increase power generation cost in a new plant by about 80% and have up to a 30% parasitic load, which reduces the cycle efficiency, that is, the power production per unit fuel consumed, by the same 30%. Retrofitting existing plants by either of these technologies is even more expensive and inefficient since it requires major modifications or replacement of the existing plant in addition to the new capture technology. Sustainable Energy Solutions (SES) has developed a carbon capture technology named cryogenic carbon capture (CCC). CCC is a process by which the flue gas cools to the point that CO2 desublimates. This process is more efficient, cheaper, and has about half of the parasitic load of other technologies, approaching the theoretical minimum in CO2 separation within heat exchanger and compressor efficiencies. This thesis conceptually describes, experimentally characterizes, and theoretically models one desublimating heat exchanger as an integral part of the CCC process. A spray tower conceptually developed by SES and theoretically and experimentally explored in previous work at lab scale is developed at bench scale in this work with accompanying major modifications to the theoretical model. It sprays a cold contact liquid to cool warm gas (relative to the contact liquid) that travels up the tower. Nominal operating temperatures are around -120 to -130 °C for 90% and 99% capture, respectively. Once the flue gas cools enough, CO2 desublimates on the liquid droplet surfaces and forms a slurry with the contact liquid. This spray tower can achieve arbitrarily high CO2 capture efficiency, depending on the temperature of the exiting gas and other operational variables. The experimental data outlined here varied these operational parameters over broad ranges to achieve capture efficiencies of 55% to greater than 95%, providing a robust data set for model comparison. The operational parameters explored include liquid temperature, liquid flow rate, gas flow rate, and droplet size. These data validated a transport and design model that predicts capture for future scale-up and design of the project. The data and model indicate expected behaviors with most of these variables and a dependence on internal droplet temperature profiles that may be higher than expected. This project significantly advanced the experimental database and the model capabilities that describe the spray tower.

Foi desenvolvido modelo matemático para o processo de produção de álcoois etoxilados em um reator batelada com spray da fase líquida na fase gasosa. O modelo considera a cinética da polimerização iônica e a transferência de massa de óxido de eteno entre as fases gasosa e líquida. A cinética foi estudada a partir de dados previamente obtidos em laboratório. Para modelagem da transferência de massa, foram utilizados dados de bateladas industriais. Foram testados vários modelos de transferência de massa encontrados na literatura, sendo que o modelo que se mostrou mais adequado para este reator industrial foi o de gotas com circulação interna. A partir do modelo obtido da cinética e da transferência de massa, foi analisada a influência de parâmetros de projeto, como a vazão de recirculação de líquido, a relação entre a altura e o raio do reator e o tipo de spray na produtividade deste. Observou-se que a maior vazão de recirculação aumenta a produtividade do reator, assim como o aumento da altura do reator. O tipo e o diâmetro da gota do spray também influenciam a produtividade do reator. / A mathematical model for the production of ethoxylated alcohols in a spray tower loop reactor was developed. The model considers the reaction as an ionic polymerization and the ethylene oxide mass transfer from the vapor phase to the liquid phase. The kinetics was obtained from a laboratory scale reactor data. The mass transfer model was obtained from the industrial reactor data. Several models for the mass transfer of ethylene oxide from gas phase to the liquid droplets were tested, and it was found that the most appropriate mass transfer model for this industrial reactor was the internally well-mixed drop model. From the kinetics and the mass transfer model, the influence of the pump recirculation flow rate, the ratio between the reactor height and radius and the spray performance was analyzed. The results show that higher reactor productivity can be obtained using higher recirculation flow and higher reactor height. The spray nozzle performance and the drop diameter also influence the reactor productivity.

Foi desenvolvido modelo matemático para o processo de produção de álcoois etoxilados em um reator batelada com spray da fase líquida na fase gasosa. O modelo considera a cinética da polimerização iônica e a transferência de massa de óxido de eteno entre as fases gasosa e líquida. A cinética foi estudada a partir de dados previamente obtidos em laboratório. Para modelagem da transferência de massa, foram utilizados dados de bateladas industriais. Foram testados vários modelos de transferência de massa encontrados na literatura, sendo que o modelo que se mostrou mais adequado para este reator industrial foi o de gotas com circulação interna. A partir do modelo obtido da cinética e da transferência de massa, foi analisada a influência de parâmetros de projeto, como a vazão de recirculação de líquido, a relação entre a altura e o raio do reator e o tipo de spray na produtividade deste. Observou-se que a maior vazão de recirculação aumenta a produtividade do reator, assim como o aumento da altura do reator. O tipo e o diâmetro da gota do spray também influenciam a produtividade do reator. / A mathematical model for the production of ethoxylated alcohols in a spray tower loop reactor was developed. The model considers the reaction as an ionic polymerization and the ethylene oxide mass transfer from the vapor phase to the liquid phase. The kinetics was obtained from a laboratory scale reactor data. The mass transfer model was obtained from the industrial reactor data. Several models for the mass transfer of ethylene oxide from gas phase to the liquid droplets were tested, and it was found that the most appropriate mass transfer model for this industrial reactor was the internally well-mixed drop model. From the kinetics and the mass transfer model, the influence of the pump recirculation flow rate, the ratio between the reactor height and radius and the spray performance was analyzed. The results show that higher reactor productivity can be obtained using higher recirculation flow and higher reactor height. The spray nozzle performance and the drop diameter also influence the reactor productivity.

Orientador: Waldir Antonio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:51:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Codolo_MileneCosta_M.pdf: 1600775 bytes, checksum: 69ec6ddb7de37e176139ccd08583c483 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho estuda a absorção de SO2 em uma torre de nebulização contra-corrente. Um estudo experimental foi realizado, a fim de determinar a influencia das variáveis do processo de absorção. As variáveis estudadas foram: velocidade do gás, vazão de líquido, concentração de SO2 no gás na entrada e a relação líquido/gás. Também foi analisada a formação do filme de líquido ao longo da torre, proveniente da colisão das gotas com a parede do equipamento. A análise do filme de líquido foi importante para determinar a vazão das gotas ao longo da torre. Além do estudo experimental foi desenvolvido neste trabalho um modelo para simular a transferência de massa em uma torre de nebulização para remoção de SO2. Foi analisada a transferência de massa tanto nas gotas quanto no filme de líquido. O modelo foi desenvolvido para prever a concentração de SO2 no gás na entrada da torre, pois a concentração de SO2 na saída foi imposta. O modelo mostra a principal área de absorção na torre, a influência do diâmetro da torre, a influência da velocidade da gota na absorção de SO2 e dados do modelo foram comparados com dados experimentais / Abstract: This work studies the absorption of sulfur dioxide in a counter-current spray tower. An experimental study was carried out to analyzer the process parameters of the absorption of sulfur dioxide. The parameters studied were: gas velocity, liquid flow, sulfur dioxide concentrations in the gas feed and liquid/gas rate. It was also analyzed the formation of liquid film, from the collision of drops on the wall tower. The analyzed liquid film was used to determined de liquid flow as drops along the spray tower. Besides an experimental study it was developed in this work a model to simulate the mass transfer in a spray tower to removal sulfur dioxide. Both mass transfer in the drops and mass transfer in the liquid film were analyzed. The model has been developed to predict the SO2 concentrations in the gas feed, therefore the SO2 concentrations in the gas exit was determined. The model shows the main area of absorption, the influence drop diameter, the influence of drop velocity in the absorption of SO2 and data from model were compared with experimental data / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica