prática pirolise

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TECNOLOGIA
DISIPLINA: ENGENHARIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS II
CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA
PROFESSOR: LUÍS RAFAEL BONETTO
ALUNOS: GUSTAVO ONZI CABERLON, MARINA TROIAN PASSOS E PATRICH SANDRI.
PRÁTICA 1:
PIRÓLISE DE PINUS ELLIOTTI
CAXIAS DO SUL, NOVEMBRO DE 2017.
INTRODUÇÃO
A pirólise é um processo termoquímico que opera na faixa de temperatura de 653K até 803K e pressão entre 05 e 1 Mpa, na qual ocorre decomposição química de matéria orgânica através do calor. Através da pirólise é produzido vapores condensáveis, não condensáveis e uma parte sólida, o char (PERONDI, 2013).
O reator de leito fixo (PBR), também chamado de reator fluxo ascendente é um reator tubular, aproximando-se de um reator pistonado, o qual contém um recheio de partículas sólidas de catalisador, sendo essencialmente usado em reações do tipo gasosas. Os catalisadores dos reatores de leito fixos, preferencialmente, não devem ser muito pequenas, pois pode haverem obstrução, acarretando em uma alta queda de pressão (LEVENSPIEL, 2000).
No reator de leito fixo, o controle de temperatura torna-se essencial, embora difícil, assim como outros tipos de reatores. As reações que tendem a ser exotérmicas, pontos quentes e frentes quentes se desenvolvem, podendo desnaturar o catalisador. Logo, as operações que envolvem reatores de leito fixo devem ser restritas a pequenas faixas de temperatura, motivo pelo qual o leito fluidizado é preferível (LEVENSPIEL, 2000). 
A principal vantagem é que o reator de leito fixo é que para a maioria das reações, ocorre a maior taxa de conversão por massa de catalisador, quando comparado com os demais reatores. Porém, o catalisador para estes reatores é de difícil remoção, além de que pode ocorrer um canal preferível para o escoamento de gás, tornando o leito catalítico uma operação parcialmente ineficiente (MARCO, ).
Os reatores de leito fluidizado podem ser comparados com reatores CSTR do ponto de vista de que a substância, embora heterogêneo, é bem misturado, resultando em um produto homogêneo. São reatores muitos utilizados em produção em grande escala, além de possuírem número ilimitado de operações, pois conseguem controlar grandes alimentações (MARCO, ).
Os reatores de leito fluidizado podem ser divididos em reatores borbulhantes (BFB) e reatores com circulação (CFB).
O reatores borbulhantes são reatores industriais, que operam com reações em fase gasosa com catalisadores sólidos no recheio, operando com o leito borbulhante. Esses reatores operam com velocidades moderadas de fluidização, baixo tempo de residência das partículas, altas densidades de particulados, pelo desenvolvimento de bolhas de gás que promovem recirculação e mistura, e pelo processo de elutriação que promove o arrasto de particulados mais finos (RODRIGUES et al., 2007). 
A Figura 1 mostra um reator de leito fluidizado borbulhante.
Figura 1 - Reator BFB
Os reatores borbulhantes apresentam como vantagens a temperatura, que é praticamente a mesma em todo o leito evitando pontos quentes, pode chegar a ter grande velocidade de reação, devido a uniformidade do leito. Por outro lado, o custo do reator e dos equipamentos e a dificuldade de eliminar calor sem interferir na fluidização são os principais pontos negativos (MARCO).
O regime borbulhante é o regime em que se observa formação de bolhas conforme ocorre o aumento da velocidade. Quando há partículas pequenas de pequeno tamanho, ocorre expansão considerável do leito antes de surgirem as bolhas que caracterizam a fluidização borbulhante. O tempo de residência desse tipo de reator pode ser controlada pela vazão de alimentação de ar (LEVENSPIEL, 2000).
Os reatores com circulação operam com velocidades mais elevadas que o borbulhante e recirculação de sólidos, abatidos com um ciclone localizados no seu topo. As partículas de sólidos entram na coluna, as quais encontram uma corrente de ar ascendente que os leva em direção do ciclone. Desse modo, as partículas são separadas do fluxo de ar no ciclone e por refluxo retornam ao fundo da coluna, retornando ao processo. Forma-se, assim, um ciclo onde as partículas ficam circulando até que atinjam, em função das reações químicas, um diâmetro inferior ao diâmetro de saída do ciclone (MOURA, 2007).
A Figura 2 mostra um esquema de reator fluidizado com circulação.
Figura 2 -Esquema de Reator Fluidizado Circulante
As principais benefícios dos reatores circulantes são: escoamentos de gás altas, tempo de residência das partículas extenso e controlável, temperatura tende a ser constante e com ausência de picos, flexibilidade na operação com partículas de diferentes tamanhos, densidades e geometrias e contato efetivo entre gás e partícula. Por outro lado, necessita-se de uma estrutura de comprimento elevado para que ocorra viabilidade, por haver desgasto em função do atrito além de haver perda de partículas (MOURA, 2007).
Reatores trifásicos
 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O experimento, o reator foi alimentado com 50,19g de uma amostra de Pinus elliotti, e então foi iniciado o processo. O reator foi aquecido até 450˚C, com uma taxa de aquecimento de 30˚C/min. Ao atingir a temperatura, o reator permanece por cerca de 10 minutos em estado isotérmico. É alimentado N2, numa vazão de 150 mL/min, para iniciar a reação. Após o término da reação, o reator foi resfriado, e a massa foi medida. Os resultados do experimentos estão informados no Quadro 1:
Quadro 1 - Dados Obtidos no Experimento
	Matriz 
	Massa (g)
	Pinus elliotti alimentado
	50,19
	Char obtido
	13,89
	Borbulhadores vazios
	1006,02
	Borbulhadores após reação
	1011,9
A massa que formou de gás pode ser expressa pela diferença da massa inicial da alimentação com a massa do char e do óleo que ficou retido nos borbulhadoes. O cálculo é expresso pela equação a seguir:
Onde:
Mg é a massa do gás, em gramas.
Ma é a massa Pinus elliotti alimentado, em gramas.
Mc é a massa do char obtido, em gramas.
Mf é a soma das massas dos borbulhadores após a reação, em gramas.
Mi é a soma das massas dos borbulhadores vazios, antes da reação, em gramas.
Então, tem-se que:
A conversão da reação do processo é dado através da seguintes expressão:
Onde:
	Wo é a massa inicial da amostra, em gramas.
	W é amassa final do Pinus, em gramas.
	A é o teor de cinzas, produto inerte na reação.
Então, tem-se que:
 
Falar dos equipamentos
Conclusão
Ao comparar o resultado da conversão encontrada com o resultado da conversão obtido com a taxa de aquecimento de 5˚C/min (X = 70,82%), pode-se observar que a taxa de aquecimento tem grande influência na conversão, devendo ser um fator a ser avaliado. Nota-se que a conversão caiu muito com uma taxa maior. Isso se deve à influência na relação entre taxa de aquecimento e decomposição térmica da matéria, quando a taxa de aquecimento da pirólise é baixa, a temperatura demora a atingir determinado valor, a qual ocorre a taxa de decomposição dos componentes da massa. Ao conduzir a mesma reação com alta taxa de temperatura, os componentes recém formados sofrem uma nova reação de decomposição (reações secundárias), sendo convertidos principalmente em gases.
Referências
LEVENSPIEL, Octave. Engenharia das Reações Químicas. 3. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2000. 563 p
MOURA, Johnson Pontes de; GAMA, Paulo; CARDIM, Guilherme. FUNDAMENTOS DA COMBUSTÃO DE BIOMASSA EM LEITO FLUIDIZADO CIRCULANTE. Infobibos, Natal, maio 2008.
 PERONDI, Daniele. Co-pirolise de resíduos de pneus e resina polimérica presente na areia de fundição em um reator de leito fluidizado. 2013. 89 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul, 2013.
RODRIGUES, Rodolfo et al. Simulação de um reator em leito fixo para incineração de resíduos da indústria coureiro-calçadista. In: OKTOBER FÓRUM, 6., 2007, Porto Alegre. Porto Alegre: PPGEQ, 2007. 
SIEBENEICHLER, EvairAntônio et al. Influência de temperatura e taxas de aquecimento na resistência mecânica, densidade e rendimento do carvão da madeira de Eucalyptus cloeziana. Ciência da Madeira. Viçosa, p. 82-94. 05 maio 2017. Disponível em: <file:///C:/Users/Acer/Desktop/UCS/9º semestre/Engenharia das Reações Químicas II/pirólise - referência.pdf>. Acesso em: 11 nov. 2017.