Programa de Pós-Graduação de Mestrado e Doutorado em Engenharia Química

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Acoplamento da desoxigenação de óleos vegetais com a reforma de glicerol em reator multifuncional
(2023) Conca, Lucas Rodrigues
Um dos equipamentos estudados na intensificação de processos é o reator multifuncional. Nele, é possível acoplar em um único equipamento uma reação exotérmica, que cede calor, e uma endotérmica, reação que recebe energia, reduzindo ou eventualmente dispensando a necessidade de utilidades. Neste trabalho foram estudadas as reações de desoxigenação de óleos vegetais, de caráter exotérmico, e a reforma do glicerol em fase aquosa, de caráter endotérmico. Ambas as reações individualmente são capazes de produzir combustíveis renováveis, que devem ocupar cada vez mais espaço na matriz energética brasileira e mundial. No caso da desoxigenação, a produção de um biodiesel de alta qualidade pode permitir um aumento da sua composição no diesel comercializado. Já a reação de reforma do glicerol permite a produção do hidrogênio, que pode ser consumido como combustível diretamente em células a combustível e também ser usado como matéria prima na reação de desoxigenação, além de utilizar o glicerol, que é um subproduto excedente no mercado nacional e internacional. O estudo foi realizado por meio da simulação do reator multifuncional, considerando os balanços materiais e de energia. A cinética de cada um dos meios reacionais foi tomada da literatura. As equações diferenciais ordinárias resultantes dos balanços foram resolvidas com o software Matlab. Foram simuladas diferentes condições operacionais, considerando um reator duplo tubo em escoamento cocorrente. Fez-se também uma análise para a compatibilização dos dois meios reacionais e, definindo-se uma função objetivo de natureza econômica, foi realizada a otimização das condições de projeto e de operação. A partir desta análise, foi possível obter altas conversões tanto no meio endotérmico quanto no exotérmico, acima de 95%. Os resultados da otimização demostraram que existe a possibilidade de se aumentar em mais de 2,7 vezes o lucro potencial da operação
Acoplamento das reações de Fischer-Tropsch e, reator mutifuncional
(2016) Santos, Rafael Soares dos
Os reatores multifuncionais são equipamentos que promovem o acoplamento térmico de uma reação exotérmica e uma reação endotérmica, fazendo com que a primeira forneça a energia necessária para a segunda ocorrer, simultaneamente ou em etapas. Essa combinação de duas operações unitárias vai de encontro ao conceito de integração de processos, com objetivo de reduzir o consumo de energia e consequentemente o custo operacional de processos industriais. Neste trabalho estudou-se as reações da síntese de Fischer-Tropsch acoplada termicamente com a desidrogenação de metilciclohexano, em um reator multifuncional, com intuito da integração da produção de combustíveis como gasolina e hidrogênio. Foi feita a modelagem matemática do reator, escrevendo-se as equações de balanço material para cada componente dos dois sistemas reacionais, bem como as equações de conservação de energia para as reações exotérmica e endotérmica. A modelagem foi feita em regime permanente, por meio de equações diferenciais ordinárias, e o sistema de equações obtido foi resolvido em MATLAB; o modelo cinético dessas reações foi levantado em literatura. Foram simuladas diferentes condições operacionais para a operação do reator em escoamento paralelo, com uma geometria definida, visando a otimização da produção de gasolina. Nas melhores condições, o rendimento da produção de gasolina atinge 10,69 g/100g(H2+CO).
Acoplamento térmico das reações de desidratação do etanol e hidrodealquilação do tolueno em reator multifuncional
(2019) Santos, F. A. R.
Estudos sobre intensificação de processos, que visam transformar a estrutura das plantas químicas, tornando-as mais compactas, seguras, de maior eficiência energética e menor impacto ambiental, aumentam cada vez mais. Uma das propostas é a utilização de reatores multifuncionais, possibilitando realizar um acoplamento térmico, em que a energia necessária para a condução de uma reação endotérmica é obtida pela energia liberada em uma reação exotérmica, dispensando ou reduzindo o uso de utilidade. Neste trabalho, foi estudada a reação de desidratação do etanol acoplada termicamente com a hidrodealquilação do tolueno. Essa escolha se deveu à importância de etileno e benzeno, produtos dessas reações, na indústria petroquímica. Foi feita a modelagem matemática do reator, escrevendo-se o balanço material, de energia e a perda de carga no equipamento, admitindo-se um meio pseudo-homogêneo. As leis cinéticas foram tomadas da literatura e as análises feitas em regime permanente e transiente. A solução deste sistema foi realizada pelo software MATLab, por solução direta de EDO’s no estudo de regime permanente, em um problema de valor inicial para o escoamento paralelo, e por diferenças finitas para o estudo de escoamento contracorrente e em regime transiente. Com uma geometria definida, estudou-se um caso base e posteriormente avaliou-se a influência de alguns parâmetros de processo na conversão das reações, visando a otimização da produção de ambos produtos. Mostrou-se que o acoplamento sugerido é factível, com perfis controlados de temperatura no reator e baixa perda de carga, atingindo conversões superiores a 80% para as duas reações. A melhor condição obtida no escoamento paralelo foi simulada em escoamento contracorrente e foi possível aumentar a conversão do tolueno para 99%. O estudo em regime transiente apresentou o efeito de perturbações nas temperaturas e vazões de entrada, obtendo-se dinâmicas bastante rápidas, da ordem de décimos de segundo, nas variáveis de saída do problema
Análise da atividade de carbono na reforma do etanol
(2023) Moraes, Jéssica Pagliuca de
Uma das formas mais promissoras de produção de hidrogênio com matérias primas renováveis é o processo de reforma do etanol, que acontece quanto etanol e água passam por um reator na presença de um catalisador metálico. Entretanto, nesse processo pode ocorrer formação de carbono, que envenena o catalisador, comprometendo assim, a produção de hidrogênio. Por este motivo, o presente trabalho tem como objetivo analisar a atividade de carbono do processo de reforma, como ela afeta a deposição de carbono, quais as condições necessárias para ela ocorrer e quais as condições para evitar a formação de carbono. Para isso, o processo de reforma foi simulado no software ASPEN PLUS V.12 usando a ferramenta reator de Gibbs, que através da minimização da energia livre prevê a composição provável da corrente de saída do reator e consequentemente a possível formação de carbono sólido. Através desses dados foram calculadas as atividades de carbono das três reações principais de formação de carbono em diversas condições. Além disso, foi feita uma comparação desta com a previsão termodinâmica com experimentos publicados por diversos artigos em diversas condições de processo
Análise da cinética da secagem da celulose branqueada extraída quimicamente da madeira do eucalipto
(2017) Schmidt, Alex Karl Oscar
A celulose extraída da madeira é utilizada como a matéria-prima para a produção de diversos produtos. Geralmente, são dois os tipos de árvores utilizados para a extração, as de fibra longa e curta, que propiciam características físicas diferentes ao produto final. O Brasil é o maior produtor de celulose de fibra curta do mundo, sendo assim um setor fundamental para a economia do país. Parte fundamental do processo e da viabilidade econômica da produção de papel e celulose é a operação da secagem onde, depois de extraída, depurada e branqueada, a celulose é concentrada, através da remoção do solvente, até que se atinja uma consistência de aproximadamente 90%. Sendo assim, o objetivo deste trabalho consistiu na investigação da cinética do fenômeno de secagem quando aplicado à celulose de fibra curta extraída da madeira do eucalipto. Para tanto, foram conduzidos ensaios de secagem em estufa à diferentes temperaturas, com o objetivo de verificar a influência destas no tempo e na taxa de secagem, e outros em túnel de vento com o agente secante em condições variadas – velocidade e temperatura, coerente com o realizado no experimento da estufa, com o objetivo de escrutinar a sensibilidade do processo à convecção forçada. Avaliou-se também a influência da espessura da amostra e sua umidade inicial no tempo e taxa do processo. Posteriormente, os dados colhidos foram ajustados aos modelos semi-teóricos e empíricos para a secagem das amostras de celulose, obtendo-se as constantes de cada equação para cada situação. Uma das constantes obtidas, a partir dos modelos semi-teóricos, é a constante de secagem k (s-1), a qual contempla fatores externos ao sólido que influenciam na transferência da úmida do meio sólido para o meio secante. Os coeficientes de difusividade efetiva de umidade foram obtidos a partir da equação teórica, derivada a partir da segunda lei de Fick. Observou-se a variação do coeficiente difusivo em função do tempo de processo de secagem, sendo o seu comportamento também avaliado em função da temperatura e velocidade relativa do ar secante.
Análise da conversão catalítica de fischer-tropsch para produção de combustível sintético a partir do biogás de síntese
(2016) Alencar, André Cardoso
A síntese de Fischer-Tropsch (FT) vem sendo estudada ao longo dos anos por ser uma alternativa para a obtenção de combustível sintético, quando utiliza a biomassa como matéria prima. Fundamentada na catálise metálica, usando principalmente catalisadores de Rutênio (Ru), Cobalto (Co) e Ferro (Fe), FT é uma síntese de alto desempenho, que tem como maior problema atualmente o elevado custo. Esse trabalho apresenta um estudo computacional para descrever a síntese de Fischer-Tropsch conduzida em um reator de leito fixo, utilizando catalisadores de cobalto e de ferro. O estudo investiga a reação de conversão de biomassa em combustível, através da análise da influência dos parâmetros do processo. Foi realizada simulação do processo que utiliza catalisadores em diferentes condições de temperatura (T= 503, 518, 528 e 543K) e pressões (P= 10, 15, 20 e 25 bar). Os modelos de simulação foram construídos no simulador Aspen Plus, a partir da cinética para reações de FT usando Fe e Co disponíveis na literatura. Os resultados mostram que reações catalisadas por Fe apresentam menor conversão e necessitam de vazões baixas para que tenha maior eficiência. Ao contrário do cobalto, catalisador de Fe são mais indicados para reagentes que possuam hidrogênio em pequenas quantidades. O catalisador de cobalto mostrou maior estabilidade em relação a presença de inertes em vazões baixas e maiores conversões com menor quantidade de catalisador utilizado. Ambos catalisadores geram alta quantidade de metano e água como produto da reação. Nota-se que a síntese catalisada de Fischer-Tropsch é uma rota interessante para conversão de biomassa em combustíveis sintéticos, configurando-se como uma rota alternativa para a redução do impacto ambiental causado pelo processo produtivo do petróleo.
Aplicação da metodologia pinch em uma planta de tratamento de gordura
(2019) Arrotéia, D. R.
Aplicação de óxidos mistos de molibdênio, vanádio, tungstênio e cobre como catalisadores na produção do ácido acrílico
(2020) Fantim, W. M.
O ácido acrílico é um produto com diversas aplicações na indústria química, sendo uma das principais a produção do poliacrilato de sódio, um material superabsorvente utilizado na fabricação de artigos de higiene pessoal. Atualmente o ácido acrílico é obtido a partir da oxidação do propeno empregando catalisadores heterogenêos baseados em óxidos de Mo/Bi e Mo/V. Nesse processo, primeiramente o propeno é oxidado a acroleína, que em seguida é oxidada formando o ácido acrílico. Apesar deste já ser um processo consolidado, o propeno é proveniente de fontes petroquímicas e assim há a preocupação em se buscar por rotas alternativas ao uso desta matéria-prima e uma das possibilidades é sintetizar a acroleína a partir da desidratação do glicerol utilizando catalisadores específicos. Durante o desenvolvimento do projeto foram preparados catalisadores heterogenêos para a obtenção do ácido acrílico, primeiramente avaliados na oxidação da acroleína e posteriormente na oxidesidratação do glicerol. Foram sintetizados três tipos de amostras com composições diferentes (B1- Mo12V4,8W2,4Cu2,2Si8,4; B2-Mo12V2W0,5Si6,2 e B3-Mo12V2,7Si6,2) por quatro métodos de preparo, sendo eles por evaporação, evaporação seguido de tratamento hidrotérmico, tratamento hidrotérmico (TH) e utilizando um copolímero de blocos. Para os dois últimos métodos foi realizado um estudo mais detalhado para a determinação das melhores condições de síntese (Etapa I), e foi verificado que a dissolução total dos reagentes na mistura antes do TH resultou em amostras com maior cristalinidade e menor perda de fase ativa no líquido mãe e a utilização de um copolímero de blocos dissolvido a frio contribuiu para um aumento no volume de poros. Na segunda etapa, os materiais sintetizados pelos quatro métodos propostos foram caracterizados e avaliados em reator na produção do ácido acrílico. As amostras B1 apresentaram formação de fases cristalinas diferentes dependendo do método de preparo utilizado, e nas amostras B2 e B3 foi identificada como fase principal o a-MoO3, independentemente do método utilizado. As amostras sintetizadas por evaporação seguida por TH foram as que apresentaram maiores seletividades para a formação do ácido acrílico a partir da acroleína para uma mesma composição de catalisador, o que pode estar relacionada ao maior teor de óxido de vanádio presente nas amostras identificadas por FRX e a formação da fase cristalina V0,35Mo4,65O14. O melhor desempenho foi observado na amostra B1-EV+TH com seletividade de 50,59% e 3,61% para o ácido acrílico nos processos a partir da acroleína e glicerol, respectivamente
Avaliação comportamental de pré-misturas farmacêuticas e suas possíveis influências no processo produtivo
(2018) Baião, D. B.
Avaliação da adsorção de cromo em carboximeticelulose obtida a partir de palha de milho modificada e ativada com diferentes líquidos iônicos
(2019) Andrade Neto, J. C.
Avaliação da adsorção de cromo em quitosana submetida a tratamento com líquidos iônicos
(2018) Eliodório, K. P.
O presente trabalho teve como objetivo estudar a modificação de quitosana com líquidos iônicos de baixo custo e seu emprego na adsorção de cromo hexavalente presente em efluentes. Além disso, foi verificada a influência da temperatura, do tempo de contato, do pH da solução, bem como a relação entre a concentração de cromo e a quantidade de adsorvente nos processos de adsorção deste metal pesado. Dessa forma, foram sintetizados e caracterizados via RMN os LIs acetato de n-butilamônio, acetato de sec-butilamônio e acetato de tercbutilamônio. Posteriormente, os mesmos foram empregados no tratamento da quitosana (Q), gerando três novos adsorventes (QN, QS e QT), que foram caracterizados por MEV, FTIR, BET, DR, DTP e DRX. As análises possibilitaram a verificação das alterações ocorridas na quitosana após o tratamento com os LIs, a qual pôde, então, ser aplicada na adsorção de cromo hexavalente. Nessa etapa, comparou-se a eficiência das quitosanas pura e tratada em processos de adsorção do íon metálico, sendo observado o aumento na capacidade de adsorção do material após o tratamento. As quitosanas tratadas foram submetidas a ensaios para a determinação das melhores condições para a adsorção, sendo verificada uma dosagem ideal de 2 g.L-1, pH 3, temperatura de 20°C e tempo de contato de 120 minutos. Durante o ensaio de temperatura, ajustou-se os dados aos modelos de Freundlich e Langmuir, sendo verificadas capacidades de adsorção máximas de 142,05; 131,58 e 146,63 mg.g-1 para QN, QS e QT, respectivamente. Ao investigar se a termodinâmica, foi possível notar entalpias de adsorção negativas, caracterizando um processo exotérmico, favorecido pela redução de temperatura. O ajuste cinético foi realizado pelo modelo de Weber-Morris, sendo verificadas capacidade de adsorção de 89,50; 99,43 e 100,70 mg.g-1 para QN, QS e QT. Comparado a outros adsorventes reportados, os três adsorventes apresentaram bom desempenho com um preparo relativamente simples, indicando possibilidade de aplicação industrial.
Avaliação da produção de biossurfactantes por fungos associados a caules e folhas de mandioca visando aplicação industrial
(2022) Marelli, Maria Silvia
A busca por compostos naturais que possam substituir com eficiência compostos sintéticos em processos químicos tem sido alvo de várias pesquisas. Neste sentido, trabalhos vêm sendo desenvolvidos na busca por biossurfactantes que possam substituir os atuais surfactantes sintéticos ou alguns grupos destes. No entanto, também são verificadas limitações, bem como desafios em relação a aplicação de biossurfactantes em substituição a surfactantes sintéticos. Desta forma, no presente trabalho, foi realizada a avaliação da produção de compostos com potencial para atuar como biossurfactantes por fungos obtidos a partir de caules e folhas de mandioca (12 fungos no total). A análise preliminar a partir de cada fungo, individualmente, mostrou uma maior produção destes compostos pelos fungos FO1 (Cladosporium xanthochromaticum) e CA10 (Vouchered mycorrhizae). Posteriormente, foi realizado o crescimento de todos os fungos em meio de cultura líquido específico, visando intensificar a produção de biossurfactantes, sendo verificado que o fungo que secretou uma maior concentração de compostos com propriedades semelhantes às de biossurfactantes, foi o fungo CA10. Verificada a maior eficiência de produção por este fungo, o mesmo foi submetido ao crescimento em meio de cultura líquido específico variando-se o tempo, temperatura e pH, visando o aumento da produção de biossurfactantes. A análise dos resultados referentes a redução da tensão superficial mostrou que a condição ideal de crescimento do fungo foi a utilização de uma temperatura de 30ºC, pH 8 e, tempo de 15 dias. Após a determinação da melhor condição de crescimento do fungo para produção de compostos com potencial para atuar como biossurfactantes, foi realizado um novo crescimento nesta condição, bem como, uma pré-purificação do produto desejado. Em uma das frações obtida foi observado a presença de compostos glicosilados, bem como propriedade biossurfactante. Essa fração levou a uma redução da tensão superficial de 62,42 %, quando comparado ao padrão
Avaliação da transferência de calor em tubo disposto em formato helicoidal para aplicação em reforma de etanol embarcada em veículos automotores
(2024) Guain, Aymê Utimati
A busca por combustíveis renováveis se torna cada vez mais importante devido à preocupação em relação aos impactos ambientais. Tratando-se do motor de combustão interna, no cenário atual, uma das melhores opções de combustível é o etanol; porém, este tem baixo poder calorífico se comparado à gasolina. Esta limitação pode ser contornada promovendo-se a reforma a vapor de etanol para obtenção de hidrogênio, que misturado ao etanol e alimentado ao motor, tem potencial para melhorar o desempenho deste. A reforma a vapor de etanol é conduzida em fase gasosa com alta temperatura, portanto a mistura água-etanol precisa ser vaporizada antes de ser alimentada ao reformador. A ideia é que a reforma aconteça dentro do escapamento do automóvel, utilizando como fonte quente os fumos exauridos da combustão; entretanto, o baixo coeficiente convectivo dos fumos limita a transferência de calor. Dentre as diversas formas de se intensificar a transferência de calor em sistemas tubulares, há a disposição de tubos em formato helicoidal. Neste contexto, a proposta deste trabalho é estimar os coeficientes convectivos externo e interno e analisar a transferência de calor no tubo helicoidal. A estimativa dos coeficientes convectivos foi feita a partir de correlações empíricas e por fluidodinâmica computacional (CFD) utilizando-se o software Ansys Fluent. Nas simulações foram avaliados os efeitos do passo entre as hélices formadas pelo tubo helicoidal, do diâmetro do tubo helicoidal, do ângulo de estreitamento das hélices, do diâmetro das hélices e do diâmetro do escapamento. Os resultados mostram que os coeficientes convectivos previstos pelas correlações empíricas e por CFD são compatíveis entre si. O tubo helicoidal pode aumentar o coeficiente convectivo interno médio em até 40% em comparação ao tubo reto. O passo entre as hélices afeta significativamente o coeficiente convectivo externo; entretanto, não apresenta influência no coeficiente convectivo interno. O estrangulamento do diâmetro do tubo helicoidal pode proporcionar aumento superior a 29% no coeficiente convectivo externo médio. O ângulo de estreitamento das hélices tem potencial para aumentar o coeficiente convectivo externo médio em mais de 27%. O diâmetro das hélices tem impacto significativo em ambos os coeficientes convectivos, sendo os maiores diâmetros capazes de proporcionar coeficientes convectivos externos médios 12% maiores; em contrapartida, menores diâmetros resultam em coeficientes convectivos internos médios 30% maiores. Os resultados experimentais mostram que o ângulo de estreitamento pode intensificar o fluxo de calor em 150% na faixa estudada
Avaliação do desempenho de diferentes alcanolaminas na remoção de gases ácidos do biogás por absorção química
(2016) Queiroz, A. P.
O biogás é uma mistura gasosa composta majoritariamente por metano e dióxido de carbono e se destaca entre os biocombustíveis por apresentar contribuições não apenas em relação à redução da emissão de gases do efeito estufa, mas também em termos de gerenciamento de resíduos orgânicos, uma vez que pode ser produzido tanto a partir de recursos renováveis como dos resíduos mencionados. A aplicação que confere a este biocombustível maior versatilidade em termos de utilização é a produção do biometano, que é realizada por meio da remoção dos gases ácidos, dióxido de carbono (CO2) e sulfeto de hidrogênio (H2S), e de outros componentes indesejados presentes no biogás. Neste trabalho foi estudado e proposto um processo para a remoção destes gases ácidos empregando a técnica de absorção química com soluções aquosas de alcanolaminas dentre as quais foram selecionadas a monoetanolamina (MEA), a dietanolamina (DEA) e a metildietanolamina (MDEA). Para tanto, foram configuradas colunas de absorção e de dessorção aplicando a abordagem de não-equilíbrio, que considera as cinéticas das reações e as não idealidades destes sistemas eletrolíticos, disponível no software Aspen Plus®. No processo proposto o H2S foi removido preferencialmente com a solução de MDEA enquanto o CO2 era absorvido com soluções de MEA ou de DEA. Nestes estudos as concentrações de CO2 e de H2S no biometano foram limitadas de acordo com as especificações da Resolução nº 8/2015 da ANP. As colunas configuradas para o sistema com MEA apresentaram as menores alturas de recheio, uma vez que esta alcanolamina absorve os gases ácidos mais rápido do que as demais. Os resultados obtidos para a demanda energética percentual relacionada à energia disponível no biogás foi de 12,9% para a remoção do H2S com MDEA e de 20,6% e 15,3% para a remoção do CO2 para os casos com MEA e DEA, respectivamente.
Cinética de transesterificação de óleo de palma em meio alcalino
(2016) Ferreira, M. C.
Cloração de anéis aromáticos utilizando hipoclorito de sódio em ultrassom
(2018) Oliveira, Denilson S.
Com uso do hipoclorito de sódio em conjunto da irradiação ultrassônica é possível realizar a cloração de diversos compostos de anéis aromáticos. Dessa forma esse trabalho mostra resultados obtidos em testes exploratórios com diversas condições e utilizando vários substratos frente a cloração de anéis aromáticos sob irradiação ultrassônica com a utilização de hipoclorito de sódio, um reagente mais barato, menos tóxico e que causa baixo impacto ao meio ambiente, além da realização de testes com catalisadores heterogêneos recuperáveis que também apresentam baixa toxicidade e, assim, aplicando o conceito de Química Verde. Nesse estudo foi realizado uma varredura com a utilização do reagente DMA, para otimizar e selecionar melhores condições de reação e os melhores resultados foram obtidos com a o de duas condições padrões: uma delas utilizando-se como catalisador o óxido de nióbio e o solvente monoetilenoglicol (MEG) e outra utilizando-se também como catalisador o óxido de nióbio e o solvente metanol. Essa metodologia foi aplicada na cloração de diferentes compostos aromáticos, aos quais, alguns compostos tiveram conversões de bom (maior que 50% de conversão) a excelente (maior que 85% de conversão) e outros compostos não reagiram, em tempos de reações baixíssimos (5-10 minutos). Em comparação à literatura, foram obtidas condições de maiores conversões e seletividades, em tempos muito inferiores utilizando reagentes mais baratos e menos tóxicos, as estruturas dos compostos obtidos foram comprovadas por Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrometria de Massas (CG/EM).
Construção e teste de um interferômetro para medidas de índice de refração de sistemas gasosos
(2023) Santos, Juliana Brunelli Stoco
Os combustíveis fósseis têm sido utilizados como uma importante fonte de energia convencional para os setores de transporte, contudo o seu consumo em excesso trouxe sérias carências energéticas, provocando graves problemas para a humanidade. Diante desse cenário, torna-se imprescindível a busca e o desenvolvimento de fontes alternativas de energia que sejam renováveis. O hidrogênio se apresenta como uma possibilidade atraente, sendo apontado como uma fonte de energia limpa, pois sua combustão gera apenas vapor de água. A reforma a vapor do etanol é considerada um processo vantajoso para a obtenção de hidrogênio, pois apresenta alto rendimento no produto, é um processo neutro em carbono e a matéria-prima pode vir de fontes de biomassa. O processo de reforma produz uma corrente gasosa composta principalmente por hidrogênio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Portanto, o presente estudo se propôs construir e testar um sistema interferométrico, com a finalidade de identificar a composição desses gases na mistura resultante da reforma a vapor, utilizando medidas de índice de refração. A refratometria é uma técnica usada para determinar a composição de misturas gasosas, através das regras refrativas de misturas. Para atingir o objetivo deste trabalho foi utilizada a regra de mistura de Gladstone-Dale, levando-se em consideração a temperatura de cada amostra. Para realizar os experimentos foi feita uma montagem composta por três elementos principais, um interferômetro de Michelson, iluminado por lasers emitindo a 632,8 nm, 532 nm, 655,3 nm e 850 nm; um sistema de vácuo com uma bomba mecânica, que realiza a medição da pressão absoluta, e um sistema para a contagem de franjas de interferência. Para testar a validade desse arranjo, foram realizados experimentos com o ar atmosférico e com os gases puros de argônio, nitrogênio e dióxido de carbono, que apresentaram resultados satisfatórios, próximos aos da literatura, com baixos desvios experimentais. Também foi efetuada uma análise para uma mistura binária, contendo argônio e nitrogênio, que apresentou resultados aceitáveis ao compará-los com os valores obtidos pela regra de Gladstone-Dale, sendo que os desvios experimentais não ultrapassaram de 1,5%. A mesma comparação foi realizada para o ar atmosférico e verificou-se que os desvios foram menores que 0,5%, validando o sistema interferométrico utilizado. Por fim, foi demonstrado que é possível determinar a composição de uma mistura gasosa nesse sistema através da regra de Gladstone-Dale e utilizando lasers com comprimentos de ondas mais afastados
Densidade e propriedades volumétricas de soluções aquosas contendo sacarídeos e líquido iônico
(2019) Melo, Gabriela Messias de
O presente estudo apresenta dados experimentais originais de densidade de soluções aquosas de líquidos iônico contendo sacarídeos a diferentes temperaturas, composições, e à pressão ambiente. Os sacarídeos estudados foram a D(+)-xilose, D(+)-glicose e a sacarose, e suas concentrações nas soluções variaram entre 0,015 e 1,7 mol·kg-1. O líquido iônico investigado foi o dicianamida de 1-etil-3-metilimidazólio [EMIM][DCA], cujas concentrações nas soluções aquosas foram de 0,025; 0,050; 0,075 e 0,1mol·kg-1. A faixa de temperatura estudada variou entre 283,15 e 303,15 K. As medidas experimentais de densidade das soluções foram obtidas usando um densímetro de oscilação mecânica fabricado pela Anton Paar (Modelo DMA 4500). Fazendo uso do formalismo termodinâmico, os resultados de densidade foram usados para calcular propriedades volumétricas, dentre elas, o volume molar aparente, o volume molar à diluição infinita e o volume de transferência dos sacarídeos da água para as soluções aquosas. Os valores da densidade das soluções aumentaram com o aumento da concentração do sacarídeo e do líquido iônico, e diminuíram com o aumento da temperatura. Os volumes molares aparentes e os volumes molares aparentes à diluição infinita aumentaram com o aumento da temperatura e da molalidade do sacarídeo seguindo a ordem: Sacarose >D(+)- glicose > D(+)-xilose. O comportamento do volume molar de transferência dos sacarídeos da água para as soluções iônicas foram discutidos em termos de interações hidrofílicas, hidrofóbicas e iônicas
Desenvolvimento do processo de produção de biodiesel a partir da semente de soja com cossolvente
(2016) Fortini, P. L. A.
Devido previsão de esgotamento da energia gerada por combustíveis de fontes não renováveis, o desenvolvimento de processos para gerar biocombustíveis se torna necessário. Neste contexto, no presente projeto foi proposto o desenvolvimento de um processo de produção de biodiesel associado à tecnologia de extração com solvente em duas fases. A extração do óleo de soja foi realizada com hexano e metanol. Após a extração, a solução leohexano obtida foi transesterificada por catálise básica sem a remoção do hexano (cossolvente) para facilitar a mistura dos reagentes, acelerar a reação e facilitar a separação do glicerol. No desenvolvimento do projeto, em uma primeira etapa foi estudado a separação dos ácidos graxos livres (AGL) do óleo de soja com soluções de hexano, metanol e água. Além disso foi determinado também a quantidade de hexano necessário para a formação de uma fase, a conversão e cinética da reação de transesterificação com cossolvente. Com base nos resultados experimentais foi possível determinar a constante cinética para ambas as condições, com cossolvente e sem cossolvente. A constante cinética do ensaio com cossolvente foi aproximadamente 4 vezes maior do que o ensaio sem solvente, mostrando que a limitação da transferência de massa foi superada. Na etapa de desenvolvimento do processo determinou-se que o melhor modelo a ser utilizado foi o UNIFAC para a etapa de remoção dos ácidos graxos livres e o modelo UNIFAC-DMD para as demais operações do processo. Determinou-se que a relação ótima é de 3 kg de hexano por kg de óleo e 5,4 kg de metanol por kg de óleo, para que a concentração de ácidos graxos livres fosse menor que 0,5% em base mássica. Na de transesterificação utilizou-se a razão molar de 6 mol de metanol por mol de óleo e uma concentração mássica 0,75% de NaOH em relação ao óleo e utilizou-se a relação mássica de 1,49 kg de hexano por kg de óleo, suficiente para o equilíbrio de fases dos reagentes. Após as separações e refinos obteve-se 0,941 kg de biodiesel por kg de óleo alimentado no processo, com características físico-químicas de acordo com as especificações da ANP. Obteve-se também 0,0985 kg de glicerol por kg de óleo alimentado no processo, tendo este uma pureza de 99%.
Desenvolvimento do processo para recuperação do dióxido de titânio contido no rejeito magnético do processo de produção de ácido fosfórico
(2017) Pereira, B. R.
A produção do ácido fosfórico está diretamente relacionada com a produção de fertilizantes para a agricultura, porém o seu processo de obtenção requer inúmeras etapas que geram uma grande quantidade de resíduos. Um destes resíduos, proveniente de uma etapa de tratamento físico da rocha fosfática, contém cerca de 4,3% de titânio em massa na sua composição. Este trabalho visa o desenvolvimento de um processo para a concentração do óxido de titânio presente em um resíduo da produção do ácido fosfórico, através do ataque químico ao material, seguido de sua caracterização por métodos analíticos. O desenvolvimento deste processo alternativo pode contribuir para o aumento da produção nacional de concentrado de titânio e para o aumento do rendimento econômico do processo de produção do ácido fosfórico, através da transformação de um resíduo em um produto de alto valor agregado. A metodologia utilizada para a concentração do óxido de titânio foi baseada nos processos industriais de extração dos minérios de titânio, e consiste em solubilizar as impurezas presentes na amostra por meio de ataques ácidos. Foram realizados ensaios experimentais com o intuito de desenvolver um processo de lixiviação da amostra do rejeito rochoso, de modo a solubilizar o ferro e o cálcio presentes, concentrando o titânio na fase sólida após o processo. Os experimentos foram realizados utilizando 75 g de amostra em cada ensaio, com temperaturas próximas a 70 °C, utilizando 500 ml e 100 ml de ácido clorídrico 37% em massa, os quais proporcionaram um aumento na concentração do titânio no sólido em até 315%, chegando a 0,153 mg de titânio/g de amostra. Ao final do dos experimentos, foi possível obter uma quantidade máxima de titânio de 2,56 g em 14,2 g de sólido final. Foi realizada uma modelagem do processo proposto utilizando o simulador de processos Aspen Plus, com o qual foi possível determinar que para a produção de 1 kg de TiO2, são necessários 23 kg de HCl (37% em massa), 13,8 kg do resíduo estudado como matéria-prima e 4,8 kg de água de lavagem. Considerando apenas a massa de titânio (Ti) no produto sólido do processo, pela simulação foi obtido 3,26 g, gerando índices técnicos de 0,04 kg de Ti/kg de amostra bruta, 0,03 kg de Ti/kg de HCl e 0,12 kg de Ti/kg de água. A massa de Ti obtida experimentalmente, quando comparada com a quantidade obtida na simulação, apresenta um desvio de 21,5%.