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Type: TESE
Title: Estudo cinético da pirólise do endocarpo de tucumã (Astrocaryum aculeatum G. Meyer) para obtenção de biocombustíveis
Title Alternative: Kinetic study of tucumã endocarp (Astrocaryum aculeatum G. Meyer) pyrolysis in order to obtain biofuels
Author: Baroni, Érico de Godois, 1989-
Advisor: Tannous, Katia, 1962-
Abstract: Resumo: Este trabalho tem como objetivo realizar o estudo cinético da pirólise do endocarpo do fruto do tucumã mediante termogravimetria em atmosfera de nitrogênio para análise da decomposição térmica, assim como a obtenção dos parâmetros cinéticos, aplicando modelos cinéticos globais e de reações independentes e paralelas. A energia de ativação, fator pré-exponencial e ordem de reação foram calculados utilizando dois conjuntos de experimentos. O primeiro, obtido de Nascimento (2012), utilizando taxas de aquecimento de 5°C/min a 20°C/min e diâmetro médio de 499 µm. O segundo conjunto de dados termogravimétricos foi obtido de modo a avaliar a influência do diâmetro de partícula (de 128,04 µm a 499,55 µm) considerando taxa de aquecimento de 10°C/min e da taxa de aquecimento (de 2,5°C/min a 15°C/min) com diâmetro médio de 128,04 µm. A partir do primeiro conjunto de dados, foram calculados os parâmetros cinéticos por meio de três modelos de reação isoconversionais global (Ozawa-Flynn-Wall, Coats-Redfern modificado e Friedman), em que foram calculadas energias de ativação entre 149 kJ/mol e 159 kJ/mol, fator pré-exponencial de aproximadamente 13 ?1-ns-1 e as ordens de reação de aproximadamente 6. A função de conversão foi definida como correspondente a um mecanismo reacional de n-ésima ordem, baseando-se em onze diferentes equações disponíveis na literatura. Para esse conjunto de dados, o modelo de reações independentes e paralelas (MRIP) foi aplicado considerando reações para hemicelulose, celulose e lignina. Adicionalmente, com o segundo conjunto de dados, o MRIP foi aplicado considerando três e quatro reações, em que foi considerada uma reação adicional associada às reações secundárias de decomposição. A aplicação do MRIP de três reações a partir de dados de Nascimento (2012), gerou desvios relativos próximos aos obtidos com os dados deste trabalho (~4% e ~3%, respectivamente). Entretanto, a aplicação do MRIP de quatro reações gerou desvios relativos ainda menores (~2%), em que energias de ativação, de aproximadamente 128 kJ/mol, 198 kJ/mol, 133 kJ/mol e 150 kJ/mol, foram estimadas para as reações de hemicelulose, celulose, lignina e reações secundárias, respectivamente. As ordens de reação para hemicelulose e celulose foram próximas à unidade, enquanto que para lignina e reações secundárias, variaram de 6 a 8. Com isso, concluiu-se que a aplicação do MRIP de quatro reações descreve favoravelmente o processo de decomposição térmica para cada taxa de aquecimento considerada. Como finalização do trabalho, avaliou-se a capacidade preditiva e descritiva, por meio de curvas simuladas da conversão em função da temperatura. O modelo simulado de quatro reações, utilizando os parâmetros cinéticos com três taxas de aquecimento (5°C/min, 7,5°C/min e 10°C/min), mostrou-se preditivo até a temperatura de 360°C para as taxas de aquecimento de 2,5°C e 15°C/min. Complementarmente, aplicando os parâmetros cinéticos médios com taxas de aquecimento de 2,5°C/min a 15°C/min, a capacidade descritiva demonstrou boa concordância entre dados experimentais e simulados para todo o intervalo de temperatura, denotando a habilidade do modelo em descrever o processo de decomposição do endocarpo do fruto de tucumã

Abstract: This work aims to perform a kinetic study of the pyrolysis of tucumã fruit endocarp by using thermogravimetry in nitrogen atmosphere to analyze the thermal decomposition and to estimate the kinetic parameters through global reaction models and independent parallel reaction models. The activation energy, pre-exponential factor, and reaction order were calculated using two sets of data. The first, obtained by Nascimento (2012), applying heating rates from 5°C/min to 20°C/min and mean diameter of 499 µm. The second thermogravimetry data set was obtained in order to evaluate the influence of the particle diameter (from 128,04 µm to 499,55 µm) considering heating rate of 10°C/min, and heating rates (from 2,5°C/min to 15°C/min) with mean diameter of 128,04 µm. Using the first data set, the kinetic parameters were calculated using three isoconversional global reaction models (Ozawa-Flynn-Wall, modified Coats-Redfern, and Friedman), in which were found activation energies between 149 kJ/mol and 159 kJ/mol, pre-exponential factor of about 13 ?1-ns-1 and reaction orders of about 6. The conversion function was defined, corresponding to an nth order reaction mechanism, based on eleven different equation available in the literature. For this data set, the independent parallel reaction model (IPRM) was applied considering reaction for hemicellulose, cellulose, and lignin. Additionally, with the second data set, the IPRM was applied considering three and four reactions, in which an additional reaction was associated to the secondary decomposition reactions. By the application of the three reactions IPRM from the data of Nascimento (2012), close relative deviations were obtained with the data from this work (~4% and ~3%, respectively). However, the application of the four reactions IPRM, relative deviations even lower were obtained (~2%), in which activation energies of about 128 kJ/mol, 198 kJ/mol, 133 kJ/mol, and 150 kJ/mol were estimated for the reactions hemicellulose, cellulose, lignin, and secondary reactions, respectively. The reaction orders for hemicellulose and cellulose were close to unit, while for lignin and secondary reactions varied from 6 to 8. Therewith, it was observed that the application of the four reactions IPRM describes favorably the thermal decomposition process for each heating rate considered. For this work¿s completion, the predictive and descriptive capacity were evaluated using simulated curves of conversion as a function of temperature. The four reactions simulated model using the kinetic parameters with three heating rates (5°C/min, 7,5°C/min, and 10°C/min) was predictive up to 360°C for the heating rates of 2,5°C/min and 15°C/min. Complementarily, using the mean kinetic parameters obtained at heating rates from 2,5°C/min to 15°C/min, the descriptive capacity showed a good agreement between experimental and simulated data for the whole temperature interval, denoting the model¿s ability in describing the decomposition process of tucumã fruit endocarp
Subject: Modelagem
Termogravimetria
Hemicelulose
Celulose
Lignina
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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