Orientador: Katia Tannous

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Este trabalho tem como objetivo estudar a cinética de decomposição da cana energia da espécie Saccharum robustum mediante o uso da técnica de termogravimetria. A biomassa utilizada foi in natura com diâmetro médio de 253,5 microns. As análises termogravimétricas foram realizadas nas taxas de...

Resumo: Este trabalho tem como objetivo estudar a cinética de decomposição da cana energia da espécie Saccharum robustum mediante o uso da técnica de termogravimetria. A biomassa utilizada foi in natura com diâmetro médio de 253,5 microns. As análises termogravimétricas foram realizadas nas taxas de aquecimento de 5, 10, 15 e 20 K/min sob a atmosfera de nitrogênio. Para a modelagem cinética foram utilizados modelos globais de Ozawa-Flynn-Wall, Vyazovkin e Friedman, obtendo energias de ativação médias de 172, 170 e 173 kJ/mol, respectivamente para a faixa de conversão entre 0,18 e 0,95. O método das Master Plots aplicado juntamente aos modelos globais não identificou uma única função de conversão capaz de representar a decomposição térmica experimental. Modelos multicomponentes foram mais adequados à representação da decomposição da biomassa, sendo divididos em quatro reações, representadas pelos componentes extrativos, hemicelulose, celulose e lignina. Esquemas de reações paralelas e independentes (ERPI) com ordem n, modelo de energia de ativação distribuída e modelo de deconvolução usando funções de Fraser-Suzuki foram avaliados. O modelo de reações de ordem n apresentou boa adequação com energias de ativação de 105, 153, 181 e 58 kJ/mol, ordens de reação de 1,1, 1,3, 1,0 e 3,0; fator pré-exponencial de 5×108, 7,6×1011, 5,8×1012 e 64,7 1/s e composição de 0,13, 0,2, 0,43 e 0,24, respectivamente, a cada componente considerado. Modelo de energia distribuída apresentou valores bem próximos ao ERPI, com composições iguais, energias de ativação de 104, 154 187 e 60 kJ/mol, desvios padrão de 1,4, 2,9, 1,3 e 11,3 kJ/mol e fator pré-exponencial de 4,14×108, 7,6×1011, 1,84×1013 e 45,77 1/s, respectivamente, na mesma ordem dos componentes considerados. O modelo de deconvolução com funções de Fraser-Suzuki e as Master Plots mostrou que as funções de nucleação com taxas sigmoidais de Avrami-Erofeeev foram adequadas para representar a decomposição dos pseudoextrativos e pseudocelulose, com reação de ordem 1,5 para a pseudo-hemicelulose e de reação de ordem 5 para a pseudolignina. As energias de ativação encontradas foram de 94, 143, 170 e 72 kJ/mol, fator pré-exponencial de 1,91×107, 6,87×1010, 3,53×1011 e 1,63×10³ 1/s, e composição de 0,11, 0,28 0,31 e 0,3 para os pseudoextrativos, pseudo-hemicelulose, pseudocelulose e pseudolignina, respectivamente, resultando em parâmetros inferiores em relação aos modelos de reações de ordem n e DAEM. Com isso, conclui-se que o modelo multicomponente de ordem n apresentou solução bastante satisfatória e requereu computadores com menor poder de processamento

Abstract: This work aims to study the decomposition kinetics of energy cane of specie Saccharum robustum using the thermogravimetry technique. The biomass used was in nature with a mean diameter of 253.5 microns. The thermogravimetric analyzes were performed considering the heating rates of 5, 10,...

Abstract: This work aims to study the decomposition kinetics of energy cane of specie Saccharum robustum using the thermogravimetry technique. The biomass used was in nature with a mean diameter of 253.5 microns. The thermogravimetric analyzes were performed considering the heating rates of 5, 10, 15 and 20 K/min under nitrogen atmosphere. For the kinetic modeling, global models, with Ozawa-Flynn-Wall, Vyazovkin and Friedman methods showed mean activation energies of 172, 172 and 173 kJ/mol, respectively for conversion range of 0.18 to 0.95. The Master Plots method applied for global models did not identify a single conversion mechanism capable for representing experimental thermal decomposition. Multicomponent models were more adequate to represent the biomass decomposition, being divided in four reactions represented by the extractives, hemicellulose, cellulose and lignin components. Independent parallel reactions scheme (ERPI) with n-order, distributed activated energy model and deconvolution model using Fraser-Suzuki functions were evaluated. The nth-order reaction model presented good agreement with activation energies of 105, 153, 181 and 58 kJ/mol; order reactions of 1.1, 1.3, 1.0 and 3.0; pre-exponential factors of 5×1013, 108, 7.6×1011, 5.81×1012 and 64.7 1/s; and composition of 0.13, 0.2, 0.43, and 0.24, respectively, for each component under consideration. The distributed activation energy model presented values closer to IPRS, with equal compositions, activation energies of 104, 154, 187 and 60 kJ/mol; standard deviations of 1.4, 2.9, 1.3 and 11.3 kJ/mol, pre-exponential factors of 4.14×108, 7.6×1011, 1.84×1013 and 45.77 1/s, respectively, in the same order of considered components. The deconvolution model with Fraser-Suzuki functions and Master plots showed that the que nucleation function with Avrami-Erofeeev sigmoidal rates were satisfactory to represent the decomposition of pseudoextractives and pseudocellulose, 1.5-order reaction model for pseudohemicellulose, and 5th-order pseudolignin reaction. The activation energies found were 94, 143, 170 and 72 kJ/mol, pre-exponential factors of 1.91×107, 6.87×1010, 3.53×1011 and 1.63×10³ 1/s, and composition of 0.11, 0.28, 0.31, and 0.3 for pseudoextractives, pseudocellulose, pseudohemicellulose, and pseudolignin, respectively, resulting in lower parameters in relation to the DAEM and nth order models. Finally, it was concluded that the multicomponent model of nth-order presented a satisfactory solution and required computers with less processing power

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