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Type: TESE DIGITAL
Title: Modelo matemático para projeto de reatores autotérmicos de leito fluidizado borbulhante para pirólise rápida oxidativa de biomassas
Title Alternative: Mathematical model for design of bubbling fluidized bed autothermal reactors for biomass oxidative fast pyrolysis
Author: Moya, Leandro Alves, 1987-
Advisor: Bizzo, Waldir Antônio, 1955-
Abstract: Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver um modelo matemático e um programa computacional para o projeto de reatores autotérmicos de pirólise rápida oxidativa de biomassas, utilizando a tecnologia de leito fluidizado borbulhante e a injeção de ar como gás de fluidização. Foi adotado um modelo cinético de pirólise com dois estágios, levando-se em conta a formação de produtos primários e reações secundárias dos vapores pirolíticos. O modelo é unidimensional e os processos ocorrem em regime permanente. O ambiente oxidativo permitiria a combustão de parte dos vapores de pirólise primários, liberando a energia térmica necessária para aquecer o gás de fluidização até a temperatura do leito, para manter o leito na temperatura do processo e aquecer rapidamente as partículas de biomassa, de modo que pudessem ocorrer as reações de pirólise. Os resultados obtidos pelo programa demonstraram a forte influência da variação dos parâmetros cinéticos adotados, especialmente da energia de ativação da reação 2 do modelo cinético (biomassa - bio-óleo), sobre os rendimentos dos produtos líquidos, sólidos e gasosos da pirólise. Para a validação do programa, foram feitas simulações de pirólise oxidativa para palha de cana-de-açúcar e folhas de bananeira, cujos resultados foram posteriormente comparados com dados experimentais. As alterações nos parâmetros operacionais do processo, como temperatura do leito e tempo de residência dos vapores no reator, implicaram o efeito esperado sobre os resultados. A elevação da temperatura, assim como a do tempo de residência, resultou na redução do rendimento de produtos líquidos, e nos aumentos do rendimento de produtos gasosos, do percentual de ar estequiométrico e da velocidade superficial dos gases. Os rendimentos dos produtos sólidos quase não se alteraram com as variações nos tempos de residência dos vapores, mas diminuíram com o aumento da temperatura. Tanto o diâmetro quanto a altura do reator elevaram-se com o acréscimo do tempo de residência dos vapores

Abstract: The objective of this work was to develop a mathematical model and a computational program for biomass fast oxidative pyrolysis autothermal reactors design, using bubbling fluidized bed technology and injection of air as fluidizing gas. A two-stage pyrolysis kinetic model was adopted, taking into account the formation of primary products and secondary reactions of pyrolytic vapors. The model is one-dimensional and the processes occur in steady state. The oxidative environment would allow the combustion of part of the primary pyrolysis vapors, releasing the necessary thermal energy to heat the fluidizing gas to the bed temperature, to keep the bed at the process temperature and to heat the biomass particles rapidly, so that pyrolysis reactions might occur. The results obtained from the program demonstrated the strong influence of the kinetic parameters, especially the activation energy of reaction 2 of the kinetic model (biomass to bio-oil), on the yields of liquid, solid and gaseous products from pyrolysis. For validation of the program, oxidative pyrolysis simulations were made for sugarcane straw and banana leaf, whose results were compared with experimental data. Changes in the operational parameters of the process, such as bed temperature and residence time of vapors in the reactor, involved the expected effect on the results. The increase in temperature, as well as in vapors residence time, resulted in a reduction of liquid products yields, and in increases of gaseous products yields, stoichiometric air percent and superficial velocity of gases. The solid products yields remained almost unchanged with variations in vapors residence time, but decreased with growing temperature. Both reactor diameter and height grew with the increment of the vapors residence time
Subject: Biomassa
Pirólise
Modelos matemáticos
Reatores
Leito fluidizado
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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