Publicação: Análise Experimental e CFD-DEM do Leito de Jorro com Confinador de Fonte na Extração Mecânica de Bixina de Sementes de Urucum
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Olazar, Martin
Resumo
A bixina, um carotenoide presente nas sementes de urucum (Bixa orellana L.), possui ampla aplicação como corante natural nas indústrias alimentícia e cosmética, além de atuar como antioxidante na indústria farmacêutica. A busca por métodos de extração com menor impacto ambiental motivou este estudo, que visa otimizar a obtenção de bixina utilizando um leito de jorro com confinador de fonte, uma alternativa promissora para as economias de regiões produtoras de urucum, como o Brasil. Foram realizados experimentos com diferentes configurações de tubos draft e confinadores de fonte, além de simulações CFD-DEM para analisar a dinâmica das partículas durante a extração. Os resultados mostraram que tubos draft de menor diâmetro e maiores vazões de ar favorecem a produção de pó, alcançando até 39,1 g com teor de bixina de 29,1%, a partir de 2,5 kg de sementes de urucum. Em contraste, maiores diâmetros de tubo e vazões de ar mais baixas resultaram em menores rendimentos. A otimização com Particle Swarm Optimization (PSO) identificou as condições ideais, resultando em 100,8 g de pó com teor de 32,53%, também a partir de 2,5 kg de sementes. As simulações CFD-DEM revelaram que o aumento da altura do confinador e a maior intensidade de colisões promoveram maior abrasão das sementes, facilitando a liberação de bixina. Nas condições otimizadas, a intensidade das colisões contribuiu para a fragmentação das partículas, reduzindo o diâmetro médio de Sauter do pó obtido. Em condições menos favoráveis, as colisões foram insuficientes, resultando em partículas maiores e, consequentemente, em menor rendimento de bixina, com teor inferior a 20%. Este estudo demonstra a viabilidade do uso de leitos de jorro com confinador de fonte na extração de corantes naturais, apresentando uma alternativa sustentável aos métodos convencionais.
Abstract
Bixin, a carotenoid derived from annatto seeds (Bixa orellana L.), is extensively used as a natural colorant in the food and cosmetic industries, as well as an antioxidant in the pharmaceutical industry. This study seeks to develop an eco-friendlier method for bixin extraction through the use of a spouted bed equipped with a draft tube and a fountain confiner, presenting a promising alternative for the economies of annatto-producing regions, such as Brazil. Experiments were performed with various draft tube diameters and confiner positions, complemented by CFD-DEM simulations to gain a deeper understanding of particle dynamics during the extraction process. The results demonstrated that smaller draft tubes combined with higher airflow rates significantly increased powder production, achieving up to 39.1 grams of powder with a bixin content of 29.1% from 2.5 kg of annatto seeds. Conversely, larger draft tubes and lower airflow rates reduced yields. Optimization using Particle Swarm Optimization (PSO) identified ideal conditions, which produced 100.8 g of powder with a bixin content of 32.53% from the same quantity of seeds. CFD-DEM simulations revealed that increasing the confiner height and the intensity of collisions improved seed abrasion, thus facilitating bixin release. Under optimal conditions, the intensified collisions contributed to finer particle fragmentation, reducing the Sauter mean diameter of the resulting powder. In less favorable conditions, collisions were insufficient, resulting in larger particles and lower bixin yield, with content below 20%. This study highlights the potential of using spouted beds with fountain confiners for natural dye extraction, offering a sustainable alternative to conventional methods.
Palavras-chave
Extração Mecânica, Bixina, Confinador de Fonte, Particle Swarm Optimization, CFD-DEM
Citação
ALMEIDA, Natalia Pazin. Análise Experimental e CFD-DEM do Leito de Jorro com Confinador de Fonte na Extração Mecânica de Bixina de Sementes de Urucum. 2024. 175 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. 2024. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2024.782
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