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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Estudo da produção de óxido de cálcio por calcinação do calcário : caracterização dos sólidos, decomposição térmica e otimização paramétrica
metadata.dc.creator: Soares, Bruno Daniel
metadata.dc.contributor.advisor1: Henrique, Humberto Molinar
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Hori, Carla Eponina
metadata.dc.contributor.referee1: Assis, Adilson José de
metadata.dc.contributor.referee2: Soletti, João Inácio
metadata.dc.contributor.referee3: Noronha, Fabio Bellot
metadata.dc.description.resumo: O presente trabalho apresenta um estudo referente ao processo produtivo da cal virgem (óxido de cálcio) a partir da decomposição térmica do calcário calcítico (carbonato de cálcio). Neste contexto, o estudo tem por objetivo o emprego de técnicas analíticas e instrumentais que permitam avaliar a reação de calcinação do calcário, bem como efeitos cinéticos e termodinâmicos, de transferência de calor e massa associados às variáveis de operação. Por outro lado, com o intuito de se verificar a qualidade da cal produzida, além das características microestruturais dos sólidos, foram realizados experimentos de caracterização morfológica, estrutural e textural das amostras. A partir deles foi possível se correlacionar características microestruturais, tais como a área superficial específica, com a qualidade final da cal. Finalmente, com o auxílio de técnicas de otimização paramétrica e por meio de planejamento de experimentos, foi possível se identificar as variáveis mais significativas na qualidade do óxido, além de se determinar regiões ótimas de produção. Os ensaios termodinâmicos revelaram que a presença de dióxido de carbono (CO2) apresenta efeito inibidor na taxa da reação de decomposição térmica do calcário, e que a água (H2O) catalisa a reação. Pequenos acréscimos nas concentrações de CO2 provocaram aumentos significativos no tempo de calcinação para uma conversão mínima desejável. Por outro lado, a presença de CO2 e de H2O favorecem a sinterização do óxido, resultando em uma cal menos reativa. Nas condições experimentais assumidas, a reação de decomposição térmica é limitada por questões de transferência de massa, como foi observado nos ensaios com diferentes massas e faixas granulométricas das amostras de calcário. Neste caso, uma redução no diâmetro médio das partículas de calcário reduz enormemente o tempo de calcinação ou na temperatura para a decomposição. Foi observado que com o aumento da concentração de CO2 os efeitos termodinâmicos sobrepõem aos de transferência de massa. No que se diz respeito à caracterização do calcário, observou-se grande variabilidade em termos de composição e cristalinidade, em contrapartida as amostras apresentaram características de sólidos duros e compactos. Foi verificado que a decomposição térmica do calcário promove um aumento de porosidade nos sólidos. Finalmente, pôde-se estabelecer uma correlação entre a reatividade da cal com sua área específica, de modo que cales reativas apresentaram áreas maiores. A otimização paramétrica revelou que a elevação de tempo e temperatura de calcinação oferecem um aumento de qualidade da cal em termos de óxido de cálcio disponível, contudo essa operação torna-se inviabilizada devido ao processo de sinterização, revelado pelos resultados de área BET. Deste modo, as melhores regiões de operação foram em temperaturas em torno de 900oC e 45 minutos de operação.
Abstract: The present work shows a study concerning to the productive process of the quicklime (calcium oxide) from the thermal decomposition of the calcite limestone (calcium carbonate). In this context, the aim of this study is utilize analytical and instrumental techniques to evaluate the reaction of calcinations of limestone, as well as kinetic and thermodynamic effects, heat and mass transfer associates to the operation variables. On the other hand, planning to check the quality of the quicklime produced, beyond the microstructural characteristics of solids, it had been carried through experiments of morphologic, structural and textural characterization of the samples. With them it was possible correlate microstructural characteristics, such as the specific surface area, with the final quality of the quicklime. Finally, using parametric optimization techniques and design of experiments, it was possible identify variables most significant in the quality of oxide, beyond determine best conditions of production. The thermodynamic analysis presented that the presence of carbon dioxide (CO2) inhibit the reaction rate of the thermal decomposition of limestone, and that the water (H2O) catalyzes the reaction. Small additions in the CO2 concentration produce significant increases in the time of calcination for a desirable minimum conversion. On the other hand, the presence H2O and CO2 support the sintering phenomena in the oxide structure, resulting in a less reactive quicklime. In the experimental conditions assumed, the reaction of thermal decomposition is limited by mass transfer, as it was observed in the tests with different masses and grain sized distributions of the limestone samples. In this case, a reduction in the average diameter of the limestone particles reduces enormously the time of calcination or the temperature for the decomposition. It was observed that with the increase of the CO2 concentration the thermodynamic effect overlap to the ones of mass transfer. In relation of the limestone characterization, was observed a big variability in terms of composition and crystallinity, in general the samples were hard and compact. It was verified that the thermal decomposition of the limestone generate an increase of porosity in solids. Finally, a correlation could be established between quicklime reactivity and specific surface area, in way that reactives quicklimes had presented bigger areas. The parametric optimization shows that the rise of time and temperature of calcinations produces an increase of quality of the quicklime in calcium oxide terms, however this operation becomes impracticable due to sintering process, observed in the BET surface area results. In this manner, the best regions of operation had been in temperatures around 900oC and 45 minutes of operation.
Keywords: Decomposição térmica
Calcário
Cal virgem
Técnicas de caracterização
Planejamento de experimentos
Otimização paramétrica
Thermal decomposition
Limestone
Quicklime
Characterization techniques
Design of experiments
Parametric optimization
Cal - Indústria
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: SOARES, Bruno Daniel. Estudo da produção de óxido de cálcio por calcinação do calcário : caracterização dos sólidos, decomposição térmica e otimização paramétrica. 2007. 422 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15127
Issue Date: 28-Feb-2007
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