Fluid dynamics and segregation of sand-malt waste mixture in conical spouted bed

Authors

DOI:

https://doi.org/10.21712/lajer.2024.v11.n1.p45-56

Keywords:

spouted bed particle segregation, brewer’s spent grain, malt waste, particle mixing, particle segregation.

Abstract

One of the most traditional sectors of Brazilian agribusiness is the brewing industry. The most used cereal in this process is barley, generating as the main by-product malt waste, a biomass called lignocellulosic. The pyrolysis in spouted bed is a promising technology for renewable energy generation through agro-industrial wastes. Thus, aiming at contributing to the application of the spouted bed as a pyrolysis reactor, the fluid dynamic analyzes of the mixture of malt waste and, sand was carried out. It was observed how the static bed height and biomass mass fraction influence the condition of minimum and critical spout and the segregation of the particles. The correlations analyzed presented good results to predict the minimum spout velocity, with a relative error of 4.83%. For the maximum pressure drop, the best correlation showed relative error of 13.91% and, for pressure drop of minimum spout, a relative error of 5.45%. It was also observed that the base of the bed showed higher segregation rates, with a higher presence of sand particles.

Keywords: spouted bed particle segregation, brewer’s spent grain, malt waste, particle mixing, particle segregation.

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Author Biographies

Natalia Pazin Almeida, Aluna do PPGEQ UFU

Ph.D. candidate in Chemical Engineering at the Federal University of Uberlândia - UFU, holding a master's degree in Chemical Engineering from UFU (2020) and a bachelor's degree in Chemical Engineering from the Federal University of Triângulo Mineiro - UFTM (2018). During her undergraduate studies, she received research scholarships from CNPq, CAPES, and FAPEMIG from 2013 to 2017. In her master's program, her research focused on the application of the CFD-DEM coupling to the study of spouted beds, with financial support from FAPEMIG. She participated in the Internationalization Program - PrInt in 2022/2023, being awarded a CAPES Doctorate Sandwich scholarship to conduct research at the University of the Basque Country - UPV/EHU in Leioa, Spain. She has expertise in Computational Fluid Dynamics and Discrete Element Method.

Taisa Lira, Professor da Universidade Federal do Espírito Santo – UFES, campus São Mateus, ES, Brasil

Possui Graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia (2003), Mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia (2005) e Doutorado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia (2009). É Professora Adjunto do Departamento de Engenharias e Tecnologia e Professora Permanente do Programa de Pós-graduação em Energia, ambos da Universidade Federal do Espírito Santo. Tem experiência na área de Engenharia Química, com ênfase em Modelagem, Simulação e Otimização de Processos, atuando principalmente com pirólise de biomassa. É bolsista Pesquisador Capixaba (Edital FAPES Nº 06/2021) na modalidade Pq - Produtividade em Pesquisa.

Beatriz Cristina Silverio, Universidade Federal do Triângulo Mineiro

Atua como docente DE da classe Associada na Universidade Federal do Triângulo Mineiro - UFTM. Atualmente é docente do Departamento de Engenharia de Alimentos da UFTM, lecionando nos cursos de Engenharia do Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas as disciplinas de Química Geral para Engenharias, Secagem Insustrial, Processos Industriais, Operações Unitárias e Fenômenos de Transporte. Possui graduação (2008), mestrado (2010) e doutorado (2012) em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia. Atuou como professora DE da Universidade Federal de Goiás (UFG) no Instituto de Química nos anos de 2012 à 2015. Tem experiência na área de Processos de Separação na Engenharia Química e nos Estudos de Sistemas Particulados, atuando principalmente nos seguintes temas: secagem, secador rotativo, secador rotoaerado, secagem de frutas, secagem de fertilizantes, transferência de massa e fluidodinâmica computacional, reaproveitamento de resíduos industriais, processos de separação em hidrociclones, termo conversões, pirólise de resíduos industriais.

José Luiz Vieira Neto, Professor da Universidade Federal do Triângulo Mineiro – UFTM, ICTE, campus Univerdecidade, MG, Brasil

Possui Graduação (2004), Mestrado (2007) e Doutorado (2011) em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Atualmente é Professor de Magistério Superior na Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM) no curso de Engenharia Química do Instituto de Ciências e Tecnologia e Exatas (ICTE). Desde Set/2017 até Set/2019 exerceu cargo de Coordenador Substituto do Curso de Graduação em Eng. Química. Também já exerceu o cargo de Coordenador do Curso de Engenharia Química de Fev/2014 a Set/2015. Tem experiência na área de Engenharia Química com ênfase em Processos de Separação e mistura. Possui também conhecimentos em: escoamento multifásico granular (leito de jorro, leito fixo e leito fluidizado); simulações pela técnica de fluidodinâmica computacional (CFD) e por elementos discretos (DEM), secagem de biomassas (resíduos e frutas), secagem e granulação de fertilizantes, secador rotativo, secadores solares (energia renovável), extração sustentável de óleos essenciais, e ainda, escoamentos em seções anulares. Defendeu Dissertação de Mestrado (26/02/07) entitulada: "Estudo da fluidodinâmica de um leito de jorro com tubo draft", sendo aprovado pela banca. Nesta dissertação realizou-se simulações CFD validadas com dados experimentais de queda de pressão. Defendeu Tese de Doutorado (31/05/2011) entitulada: "Estudo experimental e de simulação por CFD de escoamentos em seções anulares", sendo aprovado pela banca. Nesta tese foram realizadas simulações CFD e levantandos dados experimentais de queda de pressão de escoamentos com fluidos não-Newtonianos em seções anulares. Participou como Pesquisador no Projeto de Pesquisa (FAU-UFU e CENPES PETROBRAS) entitulado: "Otimização da separação sólido-líquido na perfuração de poços de petróleo e gás e modelagem e simulação numérica de escoamentos de fluidos em seções anulares", na sub-área: "Estudo experimental e de simulação CFD de escoamentos em seções anulares com excentricidade variável e com obstrução parcial da coluna". Atuou também como Professor de Magistério Superior na Universidade Federal de São João Del Rei (UFSJ) no Departamento de Engenharia Química e Estatística (DEQUE) do Campus Alto Paroepeba (CAP) no período de 01/03/2012 à 24/04/2013.

Kassia Santos, Professor da Universidade Federal do Triângulo Mineiro – UFTM, ICTE, campus Univerdecidade, MG, Brasil

Possui graduação (2006), mestrado (2008) e doutorado (2011) em Eng. Química pela Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Foi pesquisadora bolsista de Pós-Doutorado PNPD/Capes (2011 a 2013) atuando UFU. Atualmente é Professora no curso de Engenharia Química na Universidade Federal do Triângulo Mineiro - UFTM e atua como membro efetivo do Programa de Mestrado Profissional em Inovação Tecnológica e do Programa Multicêntrico de Pós-Graduação em Química (PMPG-Qui), da Rede Mineira de Química. Tem experiência na área de Engenharia Química, atuando principalmente nos seguintes temas: desenvolvimento de aplicativos móveis para educação de engenharia, tecnologia de pós (secagem de resíduos, leito de jorro, fluidodinâmica computacional (CFD, CFD-DEM), granulação de fertilizantes; escoamento multifásico granular, ), energias renováveis (pirólise de biomassa e energia solar), extração sustentável de óleos vegetais, inovação tecnológica voltada para ensino de engenharia. Ganhadora do Prêmio Capes de Tese de Doutorado 2012, da área de Engenharias II. 

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Published

05-06-2024

How to Cite

Pazin Almeida, N., Lira, T., Silverio, B. C., Vieira Neto, J. L., & Santos, K. (2024). Fluid dynamics and segregation of sand-malt waste mixture in conical spouted bed . Latin American Journal of Energy Research, 11(1), 45–56. https://doi.org/10.21712/lajer.2024.v11.n1.p45-56

Issue

Vol. 11 No. 1 (2024)

Section

Engenharias

License

Copyright (c) 2024 Latin American Journal of Energy Research

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