Ruta de producción de biocombustibles a partir de corteza de macadamia: efecto de los parámetros en el índice de mezcla del lechos fluidizados

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.47456/bjpe.v9i1.40123

Palabras clave:

Biomasa, Dinámica de fluidos, Energía, Segregación, Sostenibilidad

Resumen

La pirólisis de corteza de macadamia (MNS) en un lecho fluidizado es un potencial para producir bio-aceite. El contacto efectivo gas-solido alcanza altas tasas de transferencia de calor y temperatura uniforme en el lecho. Aunque, las mezclas binarias pueden segregar partículas, eso reduce las tasas de transferencia de calor y masa. Por eso, se aplicó el diseño experimental para evaluar el efecto de los parámetros (velocidad de inyección del aire, V/VMF; relación del diámetro de partículas, DMNS/DS y fracción de masa, XMNS) en el índice de mezcla (Im) del lecho fluidizado compuesto por MNS y arena. El análisis de los datos reveló que solo DMNS/DS y V/VMF influenciaron en el índice de mezcla (Im), considerando un intervalo de confianza del 95%. Así, para velocidades de aire 20% arriba de la fluidización mínima y mezclas con DMNS/DS < 3, los lechos fluidizados mostraron concentraciones de partículas uniformes en toda la columna. Los resultados indican que el lecho fluidizado puede utilizarse en la producción de biocombustible a partir de la corteza de macadamia.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

Bárbara Mendonça, Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Brasil

Graduação em Engenharia Química em 2022 pela Universidade Federal do Espírito Santo, UFES, Brasil. 

Diunay Mantegazini, Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Brasil

Doutorando em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual Paulista - UNESP. Mestre em Energia pela Universidade Federal do Espírito Santo - UFES. Especializado em Aperfeiçoamento em Formação Docente para Educação a Distância pelo Instituto Federal do Espírito Santo - IFES. Graduado em Engenharia Mecânica pela Faculdade Norte Capixaba de São Mateus - MULTIVIX. Experiência na área de engenharia mecânica, com ênfase em projetos de máquinas agrícolas. (Texto informado pelo autor)

Yuri Nariyoshi, Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Brasil

Graduado em Engenharia Química (2011) pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) e Doutor em Engenharia Química (2016) pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Atualmente, é Professor Adjunto C-II do Departamento de Engenharia e Tecnologia (DET) da UFES, onde foi Presidente do Núcleo Docente Estruturante do Colegiado de Engenharia Química no período de 2016 a 2017, Coordenador do Curso de Engenharia Química no período de 2017 a 2019 e Subchefe do Departamento no período de 2018 a 2020. Tem experiência na área de Engenharia Química, com ênfase em Termodinâmica de Separações, atuando principalmente nos seguintes temas: Cristalização Industrial, Destilação com Membranas, Sistemas Particulados e Tratamento de Efluentes Líquidos. É membro do Comitê Setorial de Pesquisa da UFES e membro do Comitê de Recursos Humanos do DET. Foi contemplado com o prêmio de melhor trabalho na área de Engenharia de Separações e Termodinâmica (Prêmio Giulio Massarani) pelo XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química em outubro de 2014 e recebeu menção honrosa como trabalho destaque na área de Engenharias na XXIX Jornada de Iniciação Científica da UFES pelo Programa Institucional de Iniciação Científica da UFES em dezembro de 2019.

Marcelo Silveira Bacelos, Universidade Federal do Espírito Santo

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. (Texto informado pelo autor)

Citas

Artetxe, M., Lopez, G., Amutio, M., Elordi, G., Olazar, M., & Bilbao, J. (2010). Operating Conditions for the Pyrolysis of Poly-(ethylene terephthalate) in a Conical Spouted-Bed Reactor. Industrial & Engineering Chemistry Research, 49(5), 2064–2069. https://doi.org/10.1021/ie900557c DOI: https://doi.org/10.1021/ie900557c

Bacelos, M. S., & Freire, J. T. (2006). Stability of spouting regimes in conical spouted beds with inert particle mixtures. Industrial and Engineering Chemistry Research, 45(2). https://doi.org/10.1021/ie050633s DOI: https://doi.org/10.1021/ie050633s

Barcelos, K. M., Almeida, P. S., Araujo, M. S., Xavier, T. P., Santos, K. G., Bacelos, M. S., & Lira, T. S. (2020). Particle segregation in spouted bed pyrolysis reactor: Sand-coconut shell and sand-cocoa shell mixtures. Biomass and Bioenergy, 138, 105592. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105592 DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105592

Daleffe, R. V., & Freire, J. T. (2004). Analysis of the fluid-dynamic behavior of fluidized and vibrofluidized bed containing glycerol. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 21(1), 35–46. https://doi.org/10.1590/S0104-66322004000100005 DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-66322004000100005

Freitas, T. M., Arrieche, L. S., Ribeiro, D. C., Gidaspow, D., & Bacelos, M. S. (2017). CFD analysis of fluidized beds using wastes from post-consumer carton packaging. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 111, 89–100. https://doi.org/10.1016/j.cep.2016.12.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2016.12.002

Gong, Y., & Pegg, R. B. (2015). Tree nut oils: Properties and processing for use in food. Specialty Oils and Fats in Food and Nutrition: Properties, Processing and Applications, 65–86. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-376-8.00003-X DOI: https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-376-8.00003-X

Hasan, M. M., Rasul, M. G., Jahirul, M. I., & Khan, M. M. K. (2022). Modeling and process simulation of waste macadamia nutshell pyrolysis using Aspen Plus software. Energy Reports, 8, 429–437. https://doi.org/10.1016/J.EGYR.2022.10.323 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.323

Hidaka, N., Onitani, M., Matsumoto, T., & Shigeharu, M. (1995). Inverted segregation of binary particles in gas-liquid-solid fluidized bed. Powder Technology, 84, 157–163. DOI: https://doi.org/10.1016/0032-5910(95)02988-E

Iannello, S., Bond, Z., Sebastiani, A., Errigo, M., & Materazzi, M. (2023). Axial segregation behaviour of a reacting biomass particle in fluidized bed reactors: experimental results and model validation. Fuel, 338, 127234. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2022.127234 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127234

Ji, X., Bie, R., Chen, P., & Gu, W. (2016). Reed Black Liquor Combustion in Fluidized Bed for Direct Causticization with Limestone as Bed Material. Energy and Fuels, 30(7), 5791–5798. https://doi.org/10.1021/ACS.ENERGYFUELS.6B00847 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.6b00847

José, M. J. S., Olazar, M., Peñas, F. J., & Bilbao, J. (1994a). Segregation in Conical Spouted Beds with Binary and Ternary Mixtures of Equidensity Spherical Particles. 1838–1844. https://doi.org/10.1021/ie00031a025

José, M. J. S., Olazar, M., Peñas, F. J., & Bilbao, J. (1994b). Segregation in Conical Spouted Beds with Binary and Ternary Mixtures of Equidensity Spherical Particles. 1838–1844. https://doi.org/10.1021/ie00031a025 DOI: https://doi.org/10.1021/ie00031a025

Lee, J., Kim, S., You, S., & Park, Y. K. (2023). Bioenergy generation from thermochemical conversion of lignocellulosic biomass-based integrated renewable energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 178, 113240. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2023.113240 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113240

Lopez, G., Artetxe, M., Amutio, M., Bilbao, J., & Olazar, M. (2017). Thermochemical routes for the valorization of waste polyolefinic plastics to produce fuels and chemicals. A review. In Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73, 346–368. Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.142 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.142

López, G., Olazar, M., Aguado, R., & Bilbao, J. (2010). Continuous pyrolysis of waste tyres in a conical spouted bed reactor. Fuel, 89(8), 1946-1952. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2010.03.029 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.03.029

Mantegazini, D. Z., Neves, F. L., Xavier, T. P., & Bacelos, M. S. (2021). Review on advanced technologies for aluminum recovery from carton packages waste using pyrolysis. Brazilian Journal of Production Engineering-BJPE, 7(1), 117–129. https://doi.org/10.47456/bjpe.v7i1.34583 DOI: https://doi.org/10.47456/bjpe.v7i1.34583

Marques, I. I. D. R., & Bacelos, M. S. (2013). Analysis of conical spouted bed fluid dynamics using carton mixtures. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 70, 37–47. https://doi.org/10.1016/j.cep.2013.05.009 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2013.05.009

Martinez Castilla, G., Larsson, A., Lundberg, L., Johnsson, F., & Pallarès, D. (2020). A novel experimental method for determining lateral mixing of solids in fluidized beds – Quantification of the splash-zone contribution. Powder Technology, 370, 96–103. https://doi.org/10.1016/J.POWTEC.2020.05.036 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.05.036

Massaro Sousa, L., & Ferreira, M. C. (2020). On the performance of a spouted bed type device for feeding spent coffee grounds to a circulating fluidized bed reactor. Chemical Engineering Research and Design, 160, 31–38. https://doi.org/10.1016/J.CHERD.2020.05.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2020.05.002

Melo, J. L. Z., Bacelos, M. S., Pereira, F. A. R., Lira, T. S., & Gidaspow, D. (2016). CFD modeling of conical spouted beds for processing LDPE/Al composite. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 108, 93–108. https://doi.org/10.1016/j.cep.2016.07.011 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cep.2016.07.011

Norouzi, H. R., Mostoufi, N., & Sotudeh-Gharebagh, R. (2012). Effect of fines on segregation of binary mixtures in gas-solid fluidized beds. Powder Technology, 225, 7–20. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.03.025 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.03.025

Nunes, C. A., Freitas, M. P., Pinheiro, A. C. M., & Bastos, S. C. (2012). Chemoface: a novel free user-friendly interface for chemometrics. Journal of the Brazilian Chemical Society, 23(11), 2003–2010. https://doi.org/10.1590/S0103-50532012005000073 DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-50532012005000073

Parikh, J., Channiwala, S. A., & Ghosal, G. K. (2005). A correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels. Fuel, 84(5), 487–494. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2004.10.010 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2004.10.010

Saidi, M., Basirat Tabrizi, H., Chaichi, S., & Dehghani, M. (2014). Pulsating flow effect on the segregation of binary particles in a gas-solid fluidized bed. Powder Technology, 264, 570–576. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.06.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.06.003

Samoraj, M., Izydorczyk, G., Krawiec, P., Moustakas, K., & Chojnacka, K. (2022). Biomass-based micronutrient fertilizers and biofortification of raspberries fruits. Environmental Research, 215, 114304. https://doi.org/10.1016/J.ENVRES.2022.114304 DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114304

Selvatici, A. C., Mantegazini, D. Z., & Bacelos, M. S. (2021). Produção de combustível a partir de resíduos de embalagens tetra pak em leito fluidizado: identificação de fatores que afetam a mistura de partículas de areia e compósito PEBD/AL. Brazilian Journal of Production Engineering, 7(5), 133–144. https://doi.org/10.47456/BJPE.V7I5.36926 DOI: https://doi.org/10.47456/bjpe.v7i5.36926

Soria-Verdugo, A., Cano-Pleite, E., Passalacqua, A., & Fox, R. O. (2023a). Effect of particle shape on biomass pyrolysis in a bubbling fluidized bed. Fuel, 339, 127365. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2022.127365

Soria-Verdugo, A., Cano-Pleite, E., Passalacqua, A., & Fox, R. O. (2023b). Effect of particle shape on biomass pyrolysis in a bubbling fluidized bed. Fuel, 339. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127365 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.127365

Soria-Verdugo, A., Rubio-Rubio, M., Goos, E., & Riedel, U. (2020). On the characteristic heating and pyrolysis time of thermally small biomass particles in a bubbling fluidized bed reactor. Renewable Energy, 160, 312–322. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.008

Strezov, V., Patterson, M., Zymla, V., Fisher, K., Evans, T. J., & Nelson, P. F. (2007). Fundamental aspects of biomass carbonisation. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 79(1–2), 91–100. https://doi.org/10.1016/J.JAAP.2006.10.014 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaap.2006.10.014

Tchoffor, P. A., Davidsson, K. O., & Thunman, H. (2015). Production of Activated Carbon within the Dual Fluidized Bed Gasification Process. Industrial and Engineering Chemistry Research, 54(15), 3761–3766. https://doi.org/10.1021/IE504291C DOI: https://doi.org/10.1021/ie504291c

Tran, Q. K., Han, S., Ly, H. V., Kim, S. S., & Kim, J. (2020). Hydrodeoxygenation of a bio-oil model compound derived from woody biomass using spray-pyrolysis-derived spherical γ-Al2O3-SiO2 catalysts. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 92, 243–251. https://doi.org/10.1016/J.JIEC.2020.09.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2020.09.012

Wang, S., Hu, C., Luo, K., Yu, J., & Fan, J. (2022). Multi-scale numerical simulation of fluidized beds: Model applicability assessment. Particuology. https://doi.org/10.1016/J.PARTIC.2022.11.011 DOI: https://doi.org/10.1016/j.partic.2022.11.011

Wang, S., & Shen, Y. (2021). Particle-scale study of heat and mass transfer in a bubbling fluidised bed. Chemical Engineering Science, 240, 116655. https://doi.org/10.1016/J.CES.2021.116655 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116655

Xavier, T. P., Libardi, B. P., Lira, T. S., & Barrozo, M. A. S. (2016). Fluid dynamic analysis for pyrolysis of macadamia shell in a conical spouted bed. Powder Technology, 299, 210–216. https://doi.org/10.1016/J.POWTEC.2016.05.034 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.05.034

Yang, C., Kwon, H., Bang, B., Jeong, S., & Lee, U. (2022). Role of biomass as low-carbon energy source in the era of net zero emissions. Fuel, 328, 125206. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2022.125206 DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125206

Zhou, M., Wang, S., Luo, K., & Fan, J. (2022). Three-dimensional modeling study of the oxy-fuel co-firing of coal and biomass in a bubbling fluidized bed. Energy, 247, 123496. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2022.123496 DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123496

Descargas

Publicado

2023-03-28

Cómo citar

Mendonça, B., Mantegazini, D., Nariyoshi, Y., & Bacelos, M. S. (2023). Ruta de producción de biocombustibles a partir de corteza de macadamia: efecto de los parámetros en el índice de mezcla del lechos fluidizados. Brazilian Journal of Production Engineering, 9(1), 160–170. https://doi.org/10.47456/bjpe.v9i1.40123

Número

Vol. 9 Núm. 1 (2023): Edición regular (enero - marzo)

Sección

ENERGIA

Licencia

Derechos de autor 2023 Brazilian Journal of Production Engineering

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.

Atribuição 4.0 internacional CC BY 4.0 Deed