Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15095
metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Contribuições para a pirólise da casca de macadâmia em leito de jorro cônico
metadata.dc.creator: Xavier, Thiago Padovani
metadata.dc.contributor.advisor1: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Lira, Taisa Shimosakai de
metadata.dc.contributor.referee1: Freire, Fábio Bentes
metadata.dc.contributor.referee2: Santos, Kássia Graciele dos
metadata.dc.contributor.referee3: Vieira, Luiz Gustavo Martins
metadata.dc.contributor.referee4: Santana, Ricardo Corrêa de
metadata.dc.description.resumo: A pirólise é uma tecnologia promissora para geração de energia renovável, uma vez que pode gerar produtos (carvão, bio-óleo e gás) com alto poder calorífico a partir de resíduos da agroindústria, como por exemplo a casca de macadâmia. Apesar de já existirem algumas plantas operando em escala industrial, o processo de pirólise de biomassa é relativamente recente, apresentando diversas deficiências que precisam ser superadas. A compreensão do processo de pirólise envolve o estudo da cinética de degradação da biomassa, bem como do tipo, configuração e condições de operação do reator. Assim, o objetivo principal deste trabalho foi contribuir para alguns aspectos fundamentais da pirólise de casca de macadâmia em leito de jorro cônico que são muito importantes para a otimização do processo. A cinética da pirólise da casca de macadâmia foi investigada a partir de dados experimentais de termogravimetria. Os parâmetros de dois dos principais modelos cinéticos disponíveis na literatura foram estimados. Os resultados simulados mostraram que o modelo de Reações Paralelas Independentes foi o que melhor representou a perda de massa da biomassa durante a pirólise. Os valores de energia de ativação estimados para cada componente foram: extrativos (193-202 kJ/mol), hemicelulose (125-140 kJ/mol), celulose (226-262 kJ/mol) e lignina (62-77 kJ/mol). Com relação ao reator, o leito de jorro cônico, uma análise do comportamento fluidodinâmico da mistura de casca de macadâmia e areia foi realizada, avaliando como a altura de leito estático (0,06; 0,08 e 0,10 m) e fração mássica de biomassa (25; 50 e 75%) influenciam na condição de mínimo jorro e segregação das partículas. Verificou-se que os leitos com maiores alturas são mais pesados, resultando em maiores valores de queda de pressão e velocidade do ar para manter o regime de jorro. Além disso, maiores frações mássicas de biomassa conferiram maior porosidade ao leito na região anular, o que reduziu a resistência ao escoamento do fluido, diminuindo também a velocidade do ar e a queda de pressão na condição de jorro mínimo. A segregação da mistura foi maior na base do leito, com predominância da areia nesta região. Por possuir menor densidade e diâmetro, a casca de macadâmia é arrastada com maior facilidade para o topo do leito. Nas outras regiões, para todas as condições estudadas, foram observados níveis de segregação aceitáveis para um processo de pirólise de biomassa. Por fim, a identificação dos componentes dos vapores gerados durante a pirólise rápida (micropirólise analítica) permitiu caracterizar o bio-óleo gerado nas temperaturas de 450, 550 e 650°C. Identificou-se a presença de moléculas altamente apolares e de polaridade intermediária, como hidrocarbonetos alifáticos de cadeia normal e ramificada (parafinas), hidrocarbonetos alicíclicos (cicloparafinas), olefinas (normais, ramificadas e cíclicas) e aromáticos (simples, policíclicos e substituídos), além de outros compostos químicos de interesse industrial.
Abstract: Pyrolysis is a promising technology for renewable energy generation since it can generate products (charcoal, bio-oil and gas) with high calorific value from agro-industry wastes, such as macadamia nuts shell. Although there are some plants operating on an industrial scale, the biomass pyrolysis process is relatively recent, with several weaknesses that need to be overcome. The understanding of the pyrolysis process involves the study of biomass degradation kinetics as well as the type, configuration, and operation conditions of reactor. Thus, the main objective of this work was to contribute to some key aspects of pyrolysis of macadamia shell in conical spouted bed, that are very important for the process optimization. The pyrolysis kinetics of macadamia shell was investigated from experimental thermogravimetric data. The parameters of two of the main kinetic models available in the literature were estimated. The simulated results show that the model of Independent Parallel Reactions is what best represents the mass loss of biomass during pyrolysis. The activation energy values estimated for each component were: extractives (193-202 kJ/mol), hemicellulose (125-140 kJ/mol), cellulose (226-262 kJ/mol) and lignin (62-77 kJ/mol). With respect to the reactor, the conical spouted bed, fluid dynamic analysis of the behavior of mixture of macadamia shell and sand was performed, evaluating how static bed height (0.06, 0.08 and 0.10m) and mass fraction of biomass (25, 50 and 75%) influence on minimum spouting condition and particle segregation. It was found that the beds with largest heights are heavier, resulting in higher pressure drop and air velocity to keep the regime spouted. Furthermore, higher biomass mass fractions give higher porosity to the bed in the annular region, which reduces the flow resistance of the fluid, decreasing the air velocity and pressure drop in the minimum spouting condition. The segregation of the mixture was higher in the base of the bed, with predominance of sand in this region. By having smaller density and diameter, macadamia shell is more easily entrained into the top of the bed. In other regions, for all conditions studied, it was found acceptable levels of segregation for a biomass pyrolysis process. Finally, the identification of components of vapors generated during the fast pyrolysis (analytical micro-pyrolysis) allowed characterizing bio-oil generated at temperatures of 450, 550 and 650°C. It identified the presence of highly non-polar and intermediate polarity molecules, such as aliphatic hydrocarbons, normal and branched chain (paraffins), alicyclic hydrocarbons (cycloparaffins), olefins (normal, branched and cyclic) and aromatic (simple, polycyclic and substituted), and other chemical compounds of industrial interest.
Keywords: Energia renovável
Biomassa
Cinética
Fluidodinâmica
Segregação
Renewable energy
Biomass
Kinetics
Fluid dynamics
Segregation
Biocombustíveis
Pirólise
Biomassa vegetal
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: XAVIER, Thiago Padovani. Contribuições para a pirólise da casca de macadâmia em leito de jorro cônico. 2016. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15095
Issue Date: 24-May-2016
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
contribuicoesPiroliseCasca.pdf6.11 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.