Fluidodinâmica e segregação da mistura de areia e resíduo de malte em leito de jorro cônico

Autores

DOI:

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

Palavras-chave:

leito de jorro, segregação de partículas, resíduo de malte, mistura de particulas, segregação de particulas em leito de jorro

Resumo

Um dos setores mais tradicionais do agronegócio brasileiro é a indústria cervejeira. O cereal mais utilizado nesse processo é a cevada, gerando como principal subproduto resíduo de malte, uma biomassa lignocelulósica. A pirólise em leito de jorro é uma tecnologia promissora para geração de energia renovável a partir de resíduos agroindustriais. Assim, para verificar a possibilidade de aplicação do leito de jorro como um reator de pirólise, foram realizadas análises fluidodinâmicas da mistura de resíduo de malte e areia. Observou-se como a altura estática do leito e a fração de massa da biomassa influenciam a condição de jorro mínimo e crítico, e a segregação das partículas. As correlações analisadas apresentaram bons resultados na previsão da velocidade mínima de jorro, com um erro relativo de 4,83%. Para a queda de pressão máxima, a melhor correlação mostrou um erro relativo de 13,91% e, para a queda de pressão do jorro mínimo, um erro relativo de 5,45%. Também, em relação à segregação foi observado que a base do leito apresentou taxas mais elevadas de segregação, com uma maior presença de partículas de areia.

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Biografia do Autor

Natalia Pazin Almeida, Aluna do PPGEQ UFU

Doutoranda em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia - UFU, com mestrado em Engenharia Química pela UFU (2020) e graduação em Engenharia Química pela Universidade Federal do Triângulo Mineiro - UFTM (2018). Durante a graduação, recebeu bolsas de pesquisa do CNPq, CAPES e FAPEMIG, nos anos de 2013 a 2017. No mestrado, sua pesquisa se concentrou na aplicação do acoplamento CFD-DEM ao estudo do leito de jorro, com apoio financeiro da FAPEMIG. Participou do Programa de Internacionalização - PrInt em 2022/2023, sendo contemplada com uma bolsa CAPES de Doutorado Sanduíche para desenvolvimento da pesquisa na Universidade do País Basco - UPV/EHU, em Leioa, Espanha. Tem experiência em Fluidodinâmica Computacional e Método de Elementos Discretos.

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. 

Referências

Araújo, BSA and dos Santos, KG (2017) ‘CFD simulation of different flow regimes of the spout fluidized bed with draft plates’, Materials Science Forum, [e-journal] v. 899 MSF, pp. 89–94. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.89 DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.89

Asif, M (2010) ‘Minimum fluidization velocities of binary-solid mixtures: Model comparison’, World Academy of Science, Engineering and Technology, [e-journal] v. 63, pp. 175–179. http://doi.org/10.5281/zenodo.1086089

Bai, D et al. (1996) ‘Hydrodynamic behavior of a binary solids fluidized bed.’, Journal of Chemical Engineering of Japan, 29(2), [e-journal], v. 29(2), pp. 211–216. http://doi.org/10.1252/jcej.29.211 DOI: https://doi.org/10.1252/jcej.29.211

Barcelos, KM et al. (2020) ‘Particle segregation in spouted bed pyrolysis reactor: Sand-coconut shell and sand-cocoa shell mixtures’, Biomass and Bioenergy, [e-journal], v. 138, p. 105592. http://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105592. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105592

Barrozo, MAS et al. (2019) ‘Fluid dynamics analysis and pyrolysis of brewer’s spent grain in a spouted bed reactor’, Particuology, [e-journal] v. 42, pp. 199–207. http://doi.org/10.1016/j.partic.2018.06.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.partic.2018.06.001

Batista, R et al. (2017) ‘Global reaction model to describe the kinetics of catalytic pyrolysis of coffee grounds waste’, Materials Science Forum, [e-journal] v. 899 MSF, pp. 173–178. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.173 DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.173

CERVBRASIL - Associação brasileira da indústria de cerveja (2020) Available at: www.cervbrasil.org.br/novo_site/ (accessed 4 April 2020).

Gobordhan Patro, K (2007) ‘Hydrodynamic Study of Tapered Fluidized Bed’ Thesis (MTech), National Institute of Technology Rourkela, local. Available at: http://ethesis.nitrkl.ac.in/4298/ (accessed 20 April 2020).

Gomes Cordeiro, L, El-Aouar, AA and Pereira Gusmão, R (2013) Characterization of the Bagasse Coming From Malt Beer. 1st edn. Mossoró- RN, Brazil. Available at: http://revista.gvaa.com.br

José, MJS et al. (1994) ‘Segregation in Conical Spouted Beds with Binary and Ternary Mixtures of Equidensity Spherical Particles’, Industrial and Engineering Chemistry Research, [e-journal] v. 33(7), pp. 1838–1844. http://doi.org/10.1021/ie00031a025 DOI: https://doi.org/10.1021/ie00031a025

Libardi, BP et al. (2016) ‘Fluid dynamic analysis for pyrolysis of macadamia shell in a conical spouted bed’, Powder Technology, [e-journal] v. 299, pp. 210–216. http://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.05.034 DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.05.034

Mathias, TRS, Mello, PPM de and Servulo, EFC (2014) ‘Caracterização De Resíduos Cervejeiros’, in XX - Congresso Brasileiro de Engenharia Química. Florianópolis, SC, Brazil, pp. 3805–3812. http://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0668-24515-175166 DOI: https://doi.org/10.5151/chemeng-cobeq2014-0668-24515-175166

Olazar, M et al. (1992) ‘Stable Operation Conditions for Gas-Solid Contact Regimes in Conical Spouted Beds’, Industrial and Engineering Chemistry Research, [e-journal] v. 31(7), pp. 1784–1792. http://doi.org/10.1021/ie00007a025. DOI: https://doi.org/10.1021/ie00007a025

Olazar, M et al. (1993) ‘Pressure drop in conical spouted beds’, The Chemical Engineering Journal, [e-journal] vol. 51(1), pp. 53–60. http://doi.org/10.1016/0300-9467(93)80008-C. DOI: https://doi.org/10.1016/0300-9467(93)80008-C

Pallai, I and Nemeth, J (1969) ‘Analysis of flow forms in a spouted bed apparatus by the so-called phase diagram’, in International Congress of Chemical Engineer (CHISA). Praga, p. 3.

Saldarriaga, JF et al. (2017) ‘Correlations for calculating peak and spouting pressure drops in conical spouted beds of biomass’, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, [e-journal] v. 80, pp. 678–685. http://doi.org/10.1016/j.jtice.2017.09.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtice.2017.09.001

Santos, DA et al. (2013a) ‘Study of hybrid drag models for predicting hydrodynamic behaviour in a spouted bed’, The Canadian Journal of Chemical Engineering, [e-journal] v. 91(11). http://doi.org/10.1002/cjce.2186 DOI: https://doi.org/10.1002/cjce.21866

Santos, KG (2012) Aspectos Fundamentais da Pirólise de Biomassa em Leito de Jorro: Fluidodinâmica e Cinética do Processo. Federal University of Uberlândia, local. Available at: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15058

Santos, KG et al. (2012a) ‘Sensitivity analysis applied to independent parallel reaction model for pyrolysis of bagasse’, Chemical Engineering Research and Design, [e-journal] vol. 90(11), pp. 1989–1996. http://doi.org/10.1016/j.cherd.2012.04.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2012.04.007

Santos, KG et al. (2012b) ‘Bagasse pyrolysis: A comparative study of kinetic models’, Chemical Engineering Communications, [e-journal] v. 199(1), pp. 109–121. http://doi.org/10.1080/00986445.2011.575906 DOI: https://doi.org/10.1080/00986445.2011.575906

Santos, KG et al. (2013b) ‘Fluid Dynamics of a Sand-Biomass Mixture in a Spouted-Bed Reactor for Fast Pyrolysis’, Chemical Engineering & Technology, 36(12), pp. 2148–2154. http://doi.org/10.1002/ceat.201300356 DOI: https://doi.org/10.1002/ceat.201300356

Santos, KG et al. (2015) ‘Fluid Dynamic Behavior in a Spouted Bed with Binary Mixtures Differing in Size’, Drying Technology, [e-journal] v. 33(14), pp. 1746–1757. http://doi.org/10.1080/07373937.2015.1036284 DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2015.1036284

Santos, KG et al. (2017) ‘CFD simulation of spouted bed working with a size distribution of sand particles: Segregation aspects’, Materials Science Forum, 899 MSF, pp. 95–100. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.95 DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.95

Santos, KG et al. (2019) ‘Spouting behavior of binary particle mixtures of different densities: Fluid dynamics and particle segregation’, Particuology, [e-journal] v. 42, pp. 58–66. http://doi.org/10.1016/j.partic.2018.02.005 DOI: https://doi.org/10.1016/j.partic.2018.02.005

Shao, Y et al. (2014) ‘Spouting of non-spherical particles in conical-cylindrical spouted bed’, The Canadian Journal of Chemical Engineering, [e-journal] vol. 92(4), pp. 742–746. http://doi.org/10.1002/cjce.21888 DOI: https://doi.org/10.1002/cjce.21888

Shu, Z et al. (2014) ‘Multifluid modeling of mixing and segregation of binary gas-solid flow in a downer reactor for coal pyrolysis’, Industrial and Engineering Chemistry Research, [e-journal] v. 53(23), pp. 9915–9924. http://doi.org/10.1021/ie500568d DOI: https://doi.org/10.1021/ie500568d

Silvério, BC et al. (2017) ‘Isoconversional Kinetic Analysis of Pyrolysis of Malt Waste | Scientific.Net’, Materials Science Forum, [e-journal] v. 899, pp. 107–112. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.899.107

Tsvik, MZ et al. (1967) ‘The velocity for external spouting in the combined process for production of granulated fertilizers’, Uzbekskii Khimichesk, v. 11, pp. 50–69.

Zhang, Y et al. (2012) ‘Mixing and segregation behavior in a spout-fluid bed: Effect of particle size’, Industrial and Engineering Chemistry Research, [e-journal] v. 51(43), pp. 14247–14257. http://doi.org/10.1021/ie301005n DOI: https://doi.org/10.1021/ie301005n

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Publicado

05-06-2024

Como Citar

Pazin Almeida, N., Lira, T., Silverio, B. C., Vieira Neto, J. L., & Santos, K. (2024). Fluidodinâmica e segregação da mistura de areia e resíduo de malte em leito de jorro cônico. Latin American Journal of Energy Research, 11(1), 45–56. https://doi.org/10.21712/lajer.2024.v11.n1.p45-56

Edição

v. 11 n. 1 (2024)

Seção

Engenharias

Licença

Copyright (c) 2024 Latin American Journal of Energy Research

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