Dissertação
Aspectos fluidodinâmicos de misturas binárias de resíduo de tabaco e areia em leito fluidizado
Registro en:
Autor
Oliveira, Tiago José Pires de
Institución
Resumen
Currently seeking new forms to meet the world\'s energy needs and biomass is an
alternative to supply as a source of renewable energy and cleaner. The fluidized bed reactors
are widely used for the production of fuel gas, syngas and products such as methanol, bio-oil,
etc. Due to its good gas-solid contact, high rates of heat and mass transfer, the beds fludizeds
options has become effective for the realization of fast pyrolysis because they favor the
physical and chemical processes that occur during pyrolysis. In the fast pyrolysis of biomass
in bubbling fluidized bed, the sand is used to ensure homogeneity of mixing and high heat
transfer coefficients. These characteristics are fundamental to the kinetics of thermal
decomposition of biomass. The fluidization of mixtures of sand and biomass is characterized
by particles of different shapes, sizes, densities and compositions (amount of each solid).
Therefore this work was to study the fluid-dynamic behavior of the fluid and particles within
the bed, and the main objective to determine the minimum fluidization velocities of binary
mixtures of biomass and inert. We investigated the fluid dynamics of mixtures of particles
fluidized in order to determine an initial composition which mitigates the segregation effect.
The segregation is characterized by the difference of the terminal velocity of the particles that
make up the mixture, a fact that may occur due to the difference of densities and particle
sizes. Therefore, experiments with mixtures of biomass and inert were conducted by varying
the composition of biomass and the main fluid dynamic information were measured. The
materials used were the work of the stalk of tobacco dust and sand Brazilian standard normal
(IPT). Regarding the parameters studied in the fluid dynamics of mixtures, the experiments
allowed a better understanding of the mechanisms of segregation. Overall, in all mixtures
used in the experiments we observed a concentration of inert along the bottom, whereas the
biomass, less dense, concentrated mainly at the top of the annular region. As for the
percentage by weight of biomass, which in the experiments were 5, 10 and 15%, it was
observed that for mixtures with 15% of biomass is the formation of preferential channels,
packing the bed and the presence of bubbles. The minimum fluidization velocities of these
binary mixtures were obtained experimentally and the values were compared with some
correlations reported in the literature. Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Mestre em Engenharia Química Atualmente buscam-se novas formas para suprir as necessidades energéticas do
planeta e a biomassa é uma das alternativas para abastecimento como fonte de energia
renovável e mais limpa. Os reatores de leito fluidizado são amplamente utilizados para a
produção de gás combustível, gás de síntese e produtos como metanol, bio-óleo, etc. Por
apresentar bom contato gás-sólido, altas taxas de transferência de calor e massa, os leitos
fluidizados tem se tornado opções eficientes para a realização da pirólise rápida, pois
favorecem os processos físico-químicos que ocorrem durante a pirólise. Na pirólise rápida de
biomassas em leito fluidizado borbulhante, o inerte (areia) é utilizado para garantir maior
homogeneidade da mistura e elevados coeficientes de transferência de calor. Essas
características são fundamentais para a cinética de decomposição térmica da biomassa. A
fluidização de misturas de areia e biomassa é caracterizada por partículas de diferentes
formas, tamanhos, densidades e composições (quantidade de cada sólido). Portanto, este
trabalho teve como objetivo estudar o comportamento fluidodinâmico do fluido e das
partículas no interior do leito, e como objetivo principal determinar as velocidades de mínima
fluidização das misturas binárias de biomassa e inerte. Foi investigada a fluidodinâmica de
misturas de partículas em leito fluidizado, a fim de determinar uma composição inicial em que
atenue o efeito de segregação. A segregação é caracterizada pela diferença da velocidade
terminal das partículas que compõem a mistura, fato esse que pode ocorrer devido à diferença
de densidades e tamanhos das partículas. Portanto, experimentos com misturas de biomassa e
inertes foram realizados, variando a composição de biomassa e as principais informações
fluidodinâmicas foram medidas. Os materiais utilizados no trabalho desenvolvido foram pó
do talo de tabaco e a areia normal padronizada brasileira (IPT). Em relação aos parâmetros
estudados na fluidodinâmica de misturas, os experimentos possibilitaram uma melhor
compreensão dos mecanismos de segregação. De forma geral, em todas as misturas utilizadas
nos experimentos observou-se uma concentração de inerte no fundo do leito, enquanto que a
biomassa, menos densa, se concentrou preferencialmente na região superior da região anular.
Quanto à porcentagem de biomassa em peso, que nos experimentos foram de 5, 10 e 15%,
observou-se que para misturas com 15% de biomassa ocorre a formação de canais
preferenciais, empacotamento do leito e a presença de slugging. As velocidades mínimas de
fluidização dessas misturas binárias foram obtidas experimentalmente e os valores foram
confrontados com algumas correlações reportadas na literatura.