Engenharia Química

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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.
Avaliação comportamental de pré-misturas farmacêuticas e suas possíveis influências no processo produtivo
(2018) Baião, D. B.
Estudo da influência da umidade nas propriedades de fluxo de misturas compostas por lactose e celulose
(2019) Garé, B. S.
Atualmente, grande parte dos processos químicos de manufatura utilizam pós em algum momento do seu processamento, sendo que seu manuseio e processamento são dois grandes problemas encontrados na indústria. O estudo das propriedades de fluxo destes materiais é de grande importância, pois pode haver mudanças nas características dos pós durante o processamento. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi analisar a influência da umidade nas propriedades de fluxo de materiais orgânicos amplamente utilizados como excipientes na indústria farmacêutica: lactose e celulose. A avaliação da influência da umidade foi realizada com base em diversas caracterizações físicas das amostras. Os materiais foram utilizados em 3 misturas de diferentes proporções: 35/65%, 50/50% e 65/35%, as quais foram analisadas em diferentes condições de umidade (0; 5; 8,75; 12,5; 20 e 27,5%). As amostras foram caracterizadas através de análise granulométrica, massa específica, ensaios de fluidização e mediante algumas propriedades reológicas, tais como a energia básica de fluxo (BFE) e energia de fluxo variável (VRF), aeração, compressibilidade e cisalhamento, as quais foram determinadas com auxílio do reômetro de pós FT-4. Também foram realizados testes em leito fluidizado a fim de obter a velocidade mínima de fluidização e a perda de carga. Os resultados demonstraram um aumento na coesão tanto com o incremento do teor de umidade das amostras como também com o aumento do teor de lactose. A respeito da velocidade mínima de fluidização, foi possível concluir que são necessárias maiores velocidades para fluidizar pós que apresentam maior umidade e a velocidade mínima de fluidização também é superior nas amostras com maior teor de lactose. Os resultados obtidos tanto no reômetro (BFE, FRI, SE, CBD, CPS e AE) quanto no leito fluidizado foram analisados por meio do software Statistica, o qual demonstrou que os testes realizados apresentaram resultados estatisticamente significativos, corroborando com as conclusões obtidas. Desta forma, obteve-se expressões polinomiais para cada propriedade de fluxo mensurada, permitindo analisar a influência de valores intermediários de umidades e porcentagem de lactose. Portanto, foi possível concluir que tanto o teor de umidade como a proporção das misturas analisadas influenciam diretamente nas propriedades de fluxo das amostras
Estudo da solubilidade da sacarose em soluções técnicas (impuras) de cana de açúcar
(2021) Goehler, M. P. D.
A otimização do processo de cristalização requer o conhecimento da solubilidade da sacarose no melado. Esta, por sua vez, é fator determinante no controle da nucleação, sem o que se reduz a eficiência industrial. Embora a solubilidade da sacarose em soluções aquosas puras seja amplamente conhecida, a sua solubilidade em soluções aquosas impuras, a partir da cana-de-açúcar, ainda carece de estudo e conhecimento. Algumas publicações encontradas avaliam a solubilidade da sacarose em água na presença de impurezas, mas atém-se a purezas próximas a 100%, uma vez que constroem as respectivas soluções de estudo a partir da diluição de açúcar mais ou menos puro em água. O presente trabalho estudou a solubilidade da sacarose em soluções aquosas impuras, produzidas a partir do mel de cana residual do processo industrial, avaliando-se a relação entre a solubilidade da sacarose e a pureza da solução, para determinadas temperaturas pré-fixadas. Os ensaios deste estudo foram conduzidos a 40 °C, a 50 °C e a 60 °C, numa faixa de pureza da solução variando entre 99% e 45%, obtidas através da saturação de amostras com adição de sacarose em excesso. O conhecimento da solubilidade da sacarose em soluções aquosas impuras permite a determinação da concentração da solução, correspondente a sua pureza e temperatura de processo, de modo a garantir a supersaturação desejada no processo industrial. Os resultados obtidos confirmam, para o açúcar da cana, comportamento semelhante àquele encontrado na literatura para a beterraba açucareira. Discute-se ainda uma tentativa de ajuste da equação empírica da solubilidade de Nyvlt, modificada para a variação da pureza da solução a uma dada temperatura e por fim, se avalia um estudo para a modelagem termodinâmica da solubilidade da sacarose em soluções aquosas impuras, seguindo a equação UNIQUAC. Enquanto a modelagem UNIQUAC proposta não apresenta correspondência com os resultados experimentais, na faixa de pureza estudada, o ajuste apresentado para a equação empírica modificada da solubilidade de Nyvlt traz alguma concordância com os ensaios, sobretudo na faixa de pureza entre 95% e 70% nas soluções açucaradas e promove assim, o interesse na realização de ensaios industriais de cristalização, com o uso dos valores advindos dessa modelagem
Estudo da velocidade mínima de fluidização através de ensaios reológicos de materiais particulados com diferentes propriedades superficiais
(2017) Buratini, E. R.
A determinação da velocidade mínima de fluidização é obtida a partir do levantamento em laboratório das curvas de perda de carga em função de ar injetado em um leito fluidizado clássico, em um reômetro de pós e através de correlações matemáticas previamente levantadas. As amostras envolvidas neste trabalho consistiram de hidróxido de alumínio e hidróxido de magnésio com e sem revestimento (9 - 12µm), aluminas fluoretada e calcinada (90 - 100µm), caulim, calcário e quartzo, com tamanho entre 40 - 60µm. O comportamento dos sólidos durante a fluidização em um leito clássico foi bem diferente: os coesivos, dado pelos hidróxidos de alumínio e magnésio, apresentaram formação de canal preferencial enquanto que os sólidos classificados como areias , as aluminas calcinada e fluoretada, permitiram a visualização do início da fluidização, com formação de bolhas. Em paralelo, o teste de aeração foi realizado em um reômetro de pós, um equipamento que não sofre com a influencia do operador durante os testes. No reômetro de pós, foi possível a determinação da velocidade mínima de fluidização para os pós coesivos, aluminas e os compostos intermediários, com baixas variações de resultados. Para compreender os diferentes comportamentos, as propriedades das partículas, tal como diâmetro, densidade, morfologia e comportamento físico no leito de partículas (testes de energia básica de fluxo, compressibilidade, permeabilidade e teste de cisalhamento foram determinadas). Esses testes permitiram verificar que as partículas com maior tamanho, as aluminas calcinada e fluoretada, apresentam menor interação interparticular, sendo menos coesivas, fluindo mais facilmente. Para os compostos de hidróxidos de magnésio e alumínio, foram estudados o efeito de dois revestimentos e concluiu-se que revestí-los com ácido graxo gera aglomeração das partículas enquanto o revestimento de organosilicato desaglomera as partículas, permitindo a esses compostos maior fluidez ao material. Os compostos com baixo tamanho de partícula possuem maiores interações interparticulares. Dessa forma, neste trabalho concluiu-se que o leito fluidizado é recomendado para partículas de tamanho superior a 100 µm, em que existem menores interações interparticulares. Enquanto o reômetro de pós e algumas correlações matemáticas obtiveram melhores resultados para partículas de tamanhos inferiores a 40µm, de alta interação interparticular, coesivas e finas.
Estudo das propriedades de escoamento de biomassa para aplicação em alimentadores mecânicos
(2024) Palma, Marcela Sales
Este trabalho analisou as propriedades físicas e comportamentais de biomassa, como pinus, eucalipto e cedro, tanto individualmente quanto misturadas. O objetivo foi identificar padrões que possam auxíliar no desempenho de processos que empregam fontes de biomassa, como gaseificação e combustão para geração de energia. Este estudo focou nas propriedades de fluxo de amostras de madeira, com diferentes granulometrias. Os resultados indicaram que a composição e formato das partículas desempenham papéis cruciais na fluidez, coesão e compactação da biomassa. Misturas específicas apresentaram melhorias ou desafios em relação às propriedades individuais. A avaliação da coesão mostrou-se necessário para garantir um fluxo eficiente por gravidade nos funis de alimentação e uma fluidização adequada nos reatores. A diversidade em tamanho e formato das amostras de biomassa utilizadas gerou desafios na alimentação mecânica de processos de conversão de energia. Biomassa compostas por fibras alongadas demandaram mais energia para o seu transporte e foram mais propensas ao intertravamento mecânico. Materiais uniformes em tamanho foram facilmente fluidizados, mas apresentaram maiores perda de carga e coesão. Soluções eficazes incluíram o estudo de biomassa processadas, como o Eucalipto peletizado, e materiais com tamanho de partícula intermediária. Conclui-se que a utilização de biomassa com tamanho de partícula intermediária pode ser mais viável para alimentação, especialmente em sistemas que demandam eficiência na manipulação de biomassa heterogênea em tamanho e fibrosa. Além disso, o comportamento de misturas binárias foi estudado a partir de biomassas puras, visando melhorar as condições de fluxo da biomassa problemática (Eucalipto 10 mesh) em alimentadores mecânicos. Através dos testes realizados, identificou-se uma condição para a utilização de biomassa sem causar problemas no transporte em roscas transportadoras, estabelecida por uma massa específica aparente superior a 0,200 g/cm³ e um índice de compressibilidade inferior a 30,0%. Os resultados observados na mistura de Eucalipto 10 mesh com Pinus Bruta na proporção de 50/50 (%m), demonstraram estabilidade de fluxo de energia do BFE, sendo uma solução para o emprego da biomassa pura de Eucalipto moído a 10 mesh, já que seu escoamento quando puro é problemático
Estudo dos fenômenos de propensão ao empedramento de fertilizante
(2022) Oliveira, Bianca Furquim
Materiais particulados são todos aqueles formados por partículas: materiais granulares, pós, poeiras e nanopartículas. Em muitos processos industriais são encontrados materiais particulados como em indústrias químicas, cívil, farmacêutica, alimentícia, petroquímica, agrícola, dentre outras. Na indústria agrícola é muito comum encontrar produtos na forma de pó como é o caso de muitos fertilizantes. O estudo de propriedades é importante compreender sobre manuseio, armazenamento e aplicação do produto entretanto, o estudo acerca do comportamento e escoamento de sólidos particulados na indústria de fertilizantes ainda é pouco difundido por geralmente se tratar de matérias primas de baixo custo e de baixo valor agregado. Assim, o objetivo desse trabalho foi o de avaliar como as propriedades físicas das matérias primas que compõem um fertilizante comercial em pó, bem como suas concentrações e os efeitos de agentes externos (umidade e compactação) influenciam o seu comportamento e fluidez. Desta forma, foi possível definir um limite de umidade seguro para o armazenamento e o processamento do material, para assegurar a qualidade do produto entregue ao cliente, além de propor possíveis estudos para reduzir o empedramento e melhorar o processo de produção do fertilizante. Foram realizados testes com diferentes teores umidades e em misturas confeccionadas a partir das três matérias primas majoritárias em sua composição, fontes de boro, zinco e manganês. As formas puras das matérias primas também foram testadas para se avaliar a principal características e seus efeitos na formulação do fertilizante. Foram realizados testes de fluxo de pó e caracterizações físicas das amostras tais como: distribuição granulométrica, densidade compactada e teor de umidade. De maneira geral, os resultados obtidos demonstram que o aumento da umidade contribui para o aumento da coesão entre as partículas do fertilizante, podendo promover o empedramento devido a evolução destas forças interparticulares e que o aumento da concentração da matéria prima fonte predominante de Zinco afeta a fluidez do fertilizante de forma negativa