Conical spouted bed segregation composed of sand and Polyethylene/Aluminum composite mixture

Authors

  • Victor Rocon Covre Departamento de Engenharias e Tecnologia (DET), Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). https://orcid.org/0009-0002-2281-9685
  • Renata Falqueto Louvem Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) https://orcid.org/0009-0009-9292-7586
  • Jardel Leno Zancanella Melo Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
  • Daniel da Cunha Ribeiro Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) https://orcid.org/0000-0003-3690-1938
  • Marcelo Silveira Bacelos Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) https://orcid.org/0000-0002-0838-6839

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i1.43078

Keywords:

Pyrolysis, binary mixture, Computational fluid dynamics, specularity coefficient

Abstract

The conical spouted bed is an important gas-solid reactor alternative for the pyrolysis process of LDPE/Al composite, as it provides lower pressure drop and higher turbulence compared to the equivalent fluidized bed. Inert material is added to promote flow regime stability and increase the heat transfer rate. However, this practice can lead to unwanted segregation. Therefore, this research deepens the experimental and computational knowledge of fluid dynamics by predicting the impact of the specularity coefficient on the particle concentration prediction along the spouted bed's conical column. CFD analysis was developed in FLUENT 13 software, applying the Eulerian Granular Multiphase Model (EGMM), Gidaspow drag model, and dispersed k-ε turbulence model. Experiments indicate low segregation, reaffirming the conical spouted bed as an alternative for the process. Initially, an increase in air velocity tends to increase segregation. Even higher levels cause collisions between particles and the wall, altering the regular trajectory and thus reducing segregation. Lower specularity coefficient values yielded better results in CFD simulations, indicating that the system has a low friction value with the wall.

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Author Biographies

Victor Rocon Covre, Departamento de Engenharias e Tecnologia (DET), Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).

Departamento de Engenharias e Tecnologia (DET), Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Graduado em Engenharia Química pela Universidade Federal do Espírito Santo - 2019. Desenvolveu estudos experimentais em leito de jorro e de secagem convectiva de pimenta-do-reino. Tem experiência em simulação CFD aplicada a leito de jorro com misturas de partículas.

Renata Falqueto Louvem, Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)

Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Graduada em Engenharia Química pela Universidade Federal do Espírito Santo (2021). Mestrado em andamento em Energia pela Universidade Federal do Espírito Santo – UFES. Atua na linha de pesquisa de eficiência energética, desenvolvendo pesquisa voltada ao aproveitamento de resíduos sólidos e à produção de combustíveis, usando o leito de jorro. Tem experiência em simulação de escoamento multifásico gás-sólido em leito de jorro. Participou da Projeta Jr. (Empresa Júnior de Engenharia Química), de Iniciação Científica e realizou trabalho voluntário em escola preparatória para o ENEM. Foi monitora no Programa Integrado de Bolsas para Graduação/ Projetos Especiais de Apoio ao Ensino.

Jardel Leno Zancanella Melo, Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)

Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Graduado em Engenharia Mecânica pela Faculdade de Aracruz - FAACZ em 2011. Mestre em Energia pela Universidade Federal do Espírito Santo - UFES em 2014. Linha de pesquisa eficiência energética, atuando principalmente nos seguintes temas: 1) análise energética de turbinas a vapor e motores elétricos (em equipamentos utilizados em usinas sucroalcooleiras), 2) pirólise de resíduos e 3) investigação sobre escoamento ar-sólido em leito de jorro (sistema de contato utilizado com reator de pirólise). Tem experiências na área de engenharia mecânica, principalmente em montagens industriais. Atuou como professor e pesquisador voluntário na Universidade Federal do Espírito Santo em 2015. Desenvolveu pesquisa no Programa de pós-graduação em Energia e ministrou as disciplinas de mecânica dos fluidos e transferência de calor no DET/UFES. (Texto informado pelo autor).

Daniel da Cunha Ribeiro , Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)

Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Professor Associado do curso de Engenharia de Petróleo da Universidade Federal do Espírito Santo, campus São Mateus. Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1998). A partir do Mestrado em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas passou a atuar na área de Mecânica dos Fluidos Computacional (CFD), com ênfase em Escoamentos Multifásicos na de Petróleo e Gás. Na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) doutorou-se em Engenharia Química na área de Mecânica dos Fluidos Computacional com ênfase em tanques agitados. Foi consultor técnico da ESSS por 9 anos. Atua principalmente nos seguintes temas: modelagem numérica e experimental de escoamento multifásicos, separação de fluidos e mecânica dos fluidos computacional. Membro do Comitê Gestor do ANP-PRH 53.1 da UFES. (Texto informado pelo autor).

Marcelo Silveira Bacelos, Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)

Programa de Pós-Graduação em Energia, Centro Universitário Norte do Espírito Santo (CEUNES), Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Graduado em Engenharia Química pela Fundação Universidade Federal do Rio Grande - FURG- 1999. Mestre em Engenharia Química pela Universidade Federal de São Carlos-UFSCar em 2002. Doutor em Engenharia Química pela UFSCar em 2006. Professor da Universidade Federal do Espírito Santo - UFES desde 2008; Coordenador do Programa de Pós-graduação em Energia (PPGEN) 2013-2015. Membro Titular da Câmara de Assessoramento da FAPES(2010-2014). Pós-doutorado no Illinois Institute of Technology, Chicago, USA -2016. Membro permanente do PPGEN, Mestrado em ENERGIA, Linha de pesquisa eficiência energética. Tem experiências em Operações Industriais e Equipamentos para Engenharia Química. Atua principalmente na análise de escoamento multifásico aplicado a reatores de leito de jorro e fluidizado. Bolsista Produtividade em Pesquisa - Pesquisador Capixaba- BPC 08/2023_atual (Texto informado pelo autor).

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Published

2024-02-17

How to Cite

Covre, V. R., Louvem, R. F., Melo, J. L. Z., Ribeiro , D. da C., & Bacelos, M. S. (2024). Conical spouted bed segregation composed of sand and Polyethylene/Aluminum composite mixture. Brazilian Journal of Production Engineering, 10(1), 79–93. https://doi.org/10.47456/bjpe.v10i1.43078