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Título: Aspectos fundamentais da Pirólise da casca de cacau: análise da cinética do processo e dos efeitos de condições operacionais sobre os produtos
Autor(es): Coutinho, Brunela Azeredo
Orientador: Lira, Taisa Shimosakai de
Coorientador: Xavier, Thiago Padovani
Data do documento: 20-Mar-2018
Citação: COUTINHO, Brunela Azeredo. Aspectos fundamentais da pirólise da casca de cacau: análise da cinética do processo e dos efeitos de condições operacionais sobre os produtos. 2018. 80 f. Dissertação (Mestrado em Energia) - Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Universitário Norte do Espírito Santo, São Mateus, 2018.
Resumo: O crescimento populacional acelerado vivenciado atualmente acompanha uma série de desafios, dentre eles pode-se destacar o aumento da demanda energética. Essa maior demanda geralmente ocasiona no aumento do consumo de recursos não renováveis e na queda dos níveis dos reservatórios de água responsáveis pela geração de energia. Vale mencionar que a redução da emissão de gases poluentes é uma preocupação mundial no setor energético. Assim sendo, há um grande estímulo para diversificação da matriz energética global, com maior presença de fontes renováveis, como, por exemplo, de biomassa. Neste contexto, destaca-se a pirólise como uma rota tecnológica para conversão de biomassa residual em produtos com maior conteúdo energético. Desta maneira, propôs-se nesta pesquisa um estudo da pirólise da casca de cacau (biomassa residual). Na primeira etapa deste estudo, foi realizada a caracterização química e física da biomassa através de análises imediata, elementar, fluorescência de raios-X e espectroscopia vibracional por infravermelho. Na segunda etapa foi avaliada a cinética de degradação térmica da casca de cacau através de análises termogravimétricas, com auxílio de modelos cinéticos disponíveis na literatura. Além disso, foi analisado a influência da temperatura e do diâmetro de partícula sobre o rendimento do produto líquido obtido a partir da pirólise convencional da casca de cacau em reator de leito fixo. Por fim, foi realizada a caracterização do bio-óleo pirolítico por cromatografia gasosa acoplada a detector de espectrometria de massas. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que, o poder calorífico, 16,23 MJ/kg, está dentro da faixa que implica ser uma fonte de energia potencial para produção de bio-óleo. Também, que a pirólise da casca de cacau acontece em duas fases distintas, sendo a primeira relacionada à perda de umidade, na faixa de 300 a 450 K, e a segunda referente a decomposição da hemicelulose, celulose e lignina, entre 450 a 825 K. A energia de ativação encontrada para casca de cacau através dos modelos cinéticos está entre 125,17 a 134,00 kJ/mol. O diâmetro da partícula influenciou mais o rendimento do produto líquido do que a temperatura. Os compostos mais abundantes na fração orgânica do bio-óleo são da classe dos fenóis, considerados matérias-primas de grande interesse na indústria química e farmacêutica.
The accelerated population growth experienced today is accompanied by a series of challenges, among them the increase in energy demand. This increased demand generally leads to increased consumption of non-renewable resources and lower levels of water reservoirs responsible for generating energy. It is worth mentioning that reducing the emission of gaseous pollutants is a worldwide concern in the energy sector. Thus, there is a great stimulus for the diversification of the global energy matrix, with a greater presence of renewable sources, such as biomass. In this context, pyrolysis is a technological route for the conversion of residual biomass to products with higher energy content. Thus, a study of cocoa shell pyrolysis (residual biomass) was proposed in this research. In the first stage of this study, the chemical and physical characterization of the biomass through immediate, elemental analysis, X-ray fluorescence and infrared vibrational spectroscopy were performed. In the second stage, the thermal degradation kinetics of the cocoa shell were evaluated through thermogravimetric analyzes, with the aid of kinetic models available in the literature. In addition, the influence of temperature and particle diameter on the yield of the liquid product obtained from the conventional pyrolysis of the cocoa shell in a fixed bed reactor was analyzed. Finally, the characterization of the pyrolytic bio-oil by gas chromatography coupled to a mass spectrometry detector was performed. From the results obtained, it can be concluded that the calorific value, 16.23 MJ / kg, is within the range of being a potential energy source for the production of bio-oil. Also, the pyrolysis of the cocoa shell occurs in two distinct phases, the first one related to the loss of moisture, in the range of 300 to 450 K, and the second one referring to the decomposition of hemicellulose, cellulose and lignin, between 450 and 825 K The activation energy found for cocoa shell through kinetic models is between 125.17 to 134.00 kJ / mol. The particle diameter influenced the yield of the liquid product more than the temperature. The most abundant compounds in the organic fraction of the bio-oil are of the phenols class, considered raw materials of great interest in the chemical and pharmaceutical industry.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/8466
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