Universidade Federal Da Bahia

Escola Politcnica

Programa de Ps-graduao em Engenharia Qumica

Cintica e Reatores

Professor: PhD. Carlos Augusto De Moraes Pires

Felipe Brito

Luis Gabriel Gomes

Alvaro Marcelo Porcel

PIRSILE EM LEITO FLUIDIZADO

Salvador da Bahia, 2015

Discentes: Grupo 1

1

Universidade Federal Da Bahia

Escola Politcnica

Programa de Ps-graduao em Engenharia Qumica

Cintica e Reatores

Autores: Q. Xue,T.J.Heindel, R.O.Fox

Ano: 2011

A CFD MODEL FORBIOMASS PYROLYSIS IN FLUIDIZED-BED REACTORS

Fonte: Chemical Engineering Science

2

1. Objetivos

2. Introduo

3. Modelo cintico

4. Projeto do reator

5. Resultados

6. Concluses

7. Referncias

SUMRIO

3

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo do trabalho

Realizar a modelagem cintica das reaes do processo de

pirlise do reator.

Anlise crtica do artigo utilizado como referncia bibliogrfica.

Simulao de um processo de pirlise de biomassa em leito

fluidizado utilizando um modelo CFD.

1.2. Objetivo do artigo

4

2. INTRODUO

Produtos primrios

PIRLISE

Char

Fuel gas

Heat

Bio-oil

GASEIFICAO

COMBUSTO

Converso Converso Mercado

Storage

Storage

Motor

Caldeira

Charcoal

Biofuels & produtos qumicos

Electricity & CHP

Heat

Turbina

FIGURA 1. Products from thermal biomass conversion. FONTE: Bridgwater (2012)

2.1. Procesos de converso trmica da biomassa

5

2. INTRODUO

FIGURA 2. Conceptual fluid bed reactor process. FONTE: Bridgwater (2012)

2.2. Pirlise

6

2. INTRODUO

2.3. Produtos da pirlise

FIGURA 3. Products scpectrum from pyrolysis.

FONTE: Bridgwater (2012)

CUADRO 3. Typical product weight yields obtained by different modes of pyrolysisof wood..

FONTE: Bridgwater (2012) 7

2. INTRODUO

2.4. Pirlise e meio ambiente

8

3. MODELO CINTICO

3.1. Identificao das espcies

9

Virgin components Activated components

() + () +

() +

() +

()

3. MODELO CINTICO

3.1. Identificao das espcies

10

Virgin components Activated components

() + () +

() +

() +

()

() +

() +

()

()

Tar Activated components

3. MODELO CINTICO

3.1. Identificao das espcies

11

Virgin components Activated components

() + () +

() +

() +

()

() +

() +

()

()

() +

() +

()

()+ ()

Tar Activated components

Char Activated components Gas

3. MODELO CINTICO

3.1. Identificao das espcies

12

Virgin components Activated components

() + () +

() +

() +

()

() +

() +

()

()

() +

() +

()

()+ ()

()

()

Tar Activated components

Char Activated components Gas

Tar Gas

3. MODELO CINTICO

3.1. Identificao das espcies

13

3. MODELO CINTICO

3.2. Identificao das espcies e fases

14

Lei da velocidade (ordem 1)

Lei de Arrhenius

Definio para concentrao

= []

=

= onde,

: densidade : frao :

3. MODELO CINTICO

3.3. Lei da velocidade

15

Velocidades de reao de ordem diferente de zero

3. MODELO CINTICO

3.3. Lei da velocidade

Virgin components Activated components

() + () +

() +

() +

()

onde,

2: Biomassa solida 2,1: Virgin celulose 2,2: Virgin hemicelulose 2,3: Virgin lignina : densidade : frao 16

Velocidades de reao de ordem diferente de zero

() +

() +

()

()

Tar Activated components

3. MODELO CINTICO

3.3. Lei da velocidade

() +

() +

()

()+ ()

Char Activated components Gas

onde,

2: Biomassa solida 2,4: Celulose ativa 2,5: Hemicelulose ativa 2,6: Lignina ativa : densidade : frao 17

Velocidades de reao de ordem diferente de zero

3. MODELO CINTICO

3.3. Lei da velocidade

() +

() +

()

()

Tar Activated components

()

()

Tar Gas

onde,

7: Tar 7: Tar

: densidade : frao

18

Velocidades de reao de ordem diferente de zero

3. MODELO CINTICO

3.3. Lei da velocidade

()

()

Tar Gas

onde,

7: Tar 7: Tar

: densidade : frao

() +

() +

()

()+ ()

Char Activated components Gas

19

Velocidades de reao de ordem diferente de zero

3. MODELO CINTICO

3.3. Lei da velocidade

() +

() +

()

()+ ()

Char Activated components Gas

onde,

7: Tar 7: Tar

: densidade : frao

20

4. PROJETO DO REATOR

Do artigo:

a) O autor utiliza equaes de balano de massa, energia e momento em uma abordagem time-splitting.

b) As equaes de hidrodinmica e de reao qumica so resolvidas separadamente.

c) Os valores das equaes de transporte servem como valores iniciais nas equaes de reao.

21

4. PROJETO DO REATOR

4.2. Equaes do balano

22

4. PROJETO DO REATOR

4.2. Equaes da reao qumica

23

4. PROJETO DO REATOR

Do trabalho

De acordo com Kunii e Levenspiel (1969) e, a partir de

simplificaes convenientes, a equao da taxa de converso

da biomassa em leito fluidizado pode ser descrita por:

1

42

=

=

=2

1

= 1

= 1 (1 )1/3

Integrando e isolando a varivel

24

4. PROJETO DO REATOR

Hipteses:

a) Reao irreversvel

b) Partculas esfricas e de dimetro constante

c) Taxa de converso proporcional rea superficial da partcula.

Analisando as constantes de velocidade das nove reaes, decidiu-se usar a Reao 1

como etapa limitadora para a equao de projeto, visto que ela possui o menor valor de k.

25

4. PROJETO DO REATOR

Reaes A (1/s) E (Mj/kmol) R (j/mol.K) T (k) k (1/s)

K1C 2,80E+19 242,4 8,31 300 1,659E-23

K2C 3,28E+14 196,5 8,31 790 3,286E+01 K3C 1,30E+10 150,5 8,31 790 1,438E+00

K1H 2,10E+16 186,7 8,31 300 6,281E-17 K2H 8,75E+15 202,4 8,31 790 3,568E+02 K3H 2,60E+11 145,7 8,31 790 5,975E+01

K1L 9,60E+08 107,6 8,31 300 1,729E-10 K2L 1,50E+09 143,8 8,31 790 4,604E-01

K3L 7,70E+06 111,4 8,31 790 3,288E-01 K4 4,25E+06 108 8,31 790 3,046E-01 26

4. PROJETO DO REATOR

Substituindo ento a expresso da taxa na equao do tempo para a

completa converso, obtemos:

=2

2,1 = 222,11

=2

1

= 1

= 1 (1 )1/3

2222,11

= 1 (1 )

1/3

27

5. RESULTADOS

No artigo, o resultado final a modelagem da pirlise com celulose e com bagao, os produtos finais do processo trmico so:

Tar (%) Gas (%) Char (%)

Bagao 63,39 21,54 14,42

Celulose 76,59 19,75 3,39

0102030405060708090

Po

rce

nta

gem

(%

)

Produtos finais da pirlise

Bagao

Celulose

28

O modelo cintico proposto apresentou concordncia com o que foi desenvolvido pelo autor;

O artigo, aparentemente, no desenvolve um projeto para o reator

6. CONCLUSES

29

7. REFERNCIAS

BRIDGWATER, A. V. Review of fast pyrolysis of biomassand product upgrading. Biomass and Bioenergy 38; p. 68-94, 2012.

FOGLER, H. S. Elementos de ingeniera de las reacciones qumicas. Pearson Educacin, 2008.

JI, P., FENG, W., CHEN, B. Production of ultrapure hydrogen from biomass gassification with air. Chemical Engineering Science 64, p. 582 592, 2009.

KUNII, D; LEVENSPIEL, O. Fluidization Engineering. New York: Robert E. Krieger Publishing Company, 1977.

PUIG ARNAVAT, M., BRUNO,J. C.,CORONAS, A. Review and analysis of biomass gasification models. Renewable and sustaintable energy reviews 14; p. 2841-2851, 2010.

SMITH, J. M. Ingeniera de la cintica qumica. Mexico D.F.: McGraw-Hill Inc, 1991. SREEJITH, C. C., MURALEEDHARAN, C., ARUN, P. Air stream gasification of biomass in

fluidized bed with CO2 absorption: a kinetic model for performance prediction. Fuel processing technology. 130; p. 197-207, 2015.

RINGER,M., PUTSCHE, V., SCAHILL, J. Large-scalepyrolysis oil producction: a technology assessment and economic analysis. U.S. Department of energy, National renewable energy laboratory, 2006.

XUE, Q; HEINDEL, T.J.; FOX, R.O. A CFD model for biomass fast pyrolysis in fluidized-bed reactors. Chemical Engineering Science 66; p. 2440-2452, 2011.

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Cintica e Reatores

OBRIGADO

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