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Título: Investigação do leito de jorro como reator em potencial de pirólise de partículas cartonadas
Autor(es): Marques, Ícaro Ibrahim Dias de Rodrigues
Orientador: Bacelos, Marcelo Silveira
Data do documento: 16-Ago-2013
Citação: MARQUES, Ícaro Ibrahim Dias de Rodrigues. Investigação do leito de jorro como reator em potencial de pirólise de partículas cartonadas. 2013. 84 f. Dissertação (Mestrado em Energia) - Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, São Mateus, 2013.
Resumo: Atualmente, a pirólise vem recebendo atenção especial em função do seu potencial de aplicação em áreas que constituem desafios do mundo contemporâneo, dentre as quais se destacam a necessidade de produção de energia renovável e a questão do gerenciamento dos resíduos sólidos. Dentre os resíduos sólidos urbanos, as embalagens cartonadas destacam-se pelos produtos primários com alto valor agregado obtidos a partir de sua pirólise. Por apresentar bom contato gás-sólido, altas taxas de transferência de calor e massa e baixa segregação de partículas, o leito de jorro cônico surge como uma alternativa eficiente para a pirólise de embalagens cartonadas. Neste contexto, com o intuito de contribuir para a aplicação do leito de jorro cônico como reator de pirólise, o presente trabalho tem como objetivo estudar a fluidodinâmica de partículas cartonadas em leito de jorro. Para atingir tal meta, o comportamento fluidodinâmico de misturas de discos cartonados com partículas de diferentes massas específicas, a saber, polietileno e areia, foi investigado. Dados experimentais dessas misturas de queda de pressão em função da velocidade do ar no leito foram obtidos e analisados. As condições operacionais empregadas no leito de jorro cônico foram simuladas por meio da técnica de CFD. Para os leitos compostos por polietileno e discos cartonados com uma proporção mássica de 5 a 50% de cartonadas, a análise dos dados experimentais mostraram que o regime de jorro foi atingido. Para as misturas de areia e discos cartonados em leito de jorro, o regime de jorro foi atingido para os leitos contendo 5 e 10% em massa de cartonadas. Nas condições operacionais empregadas nesta pesquisa, as simulações CFD mostraram que o modelo Euleriano Granular Multifásico aplicado com o modelo de arraste de Syamlal-OBrien é capaz de predizer qualitativamente o comportamento fluidodinâmico característico de um leito de jorro cônico operando com misturas de partículas não esféricas. Uma análise do reaproveitamento das embalagens cartonadas por meio da pirólise, sob os pontos de vista energético e ambiental, mostra que uma grande quantidade de energia e bauxita pode ser economizada em função do alumínio que é recuperado no processo.
Currently, pyrolysis has received special attention because of its potential application in areas that constitute challenges of the contemporary world, among which stand out the need for renewable energy production and the issue of solid waste management. Among the modern solid wastes, the post-consumer carton packaging highlights due to the high value-added of the primary products (aluminum and paraffin, obtained from its pyrolysis), and coal presenting high calorific value that can be used as fuel to increase the energy efficiency of the process. For presenting good gas-solid contact, high rates of heat and mass transfer and low particle segregation, the conical spouted bed arises as an efficient alternative for the pyrolysis of carton packaging. In this context, in an attempt to use conical spouted beds (CSBs) as a pyrolysis reactor, this present research aims at analyzing the carton particles fluid dynamics in CSBs. To achieve this goal, the fluid dynamics behavior of carton disks mixtures with particles of different specific masses, namely, polyethylene and sand, was investigated. Experimental data of bed pressure drop as a function of air velocity were obtained and analyzed. The operating conditions employed in the conical spouted bed were simulated by CFD technique. For beds composed of polyethylene and carton disks in a range of mass proportion of 20 and 50% carton disk, the analyses established in this research show that the spouting regime is established. For beds comprise mixtures with 5 and 10% carton disk (in mass) stable spouting regime was achieved. At the set of operating conditions, the Eulerian Granular Multiphase Model applied with Syamlal-O‟Brien drag model can qualitatively predict the typical fluid dynamics behavior of a conical spouted bed operating with mixtures of non-spherical particles. An analysis of reuse of the carton packaging via pyrolysis, from the energy and environmental points of view, shows that a large amount of bauxite and energy can be saved due to aluminum which is recovered in the process.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/5331
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