Análise termodinâmica do processo de pirólise de microalga a partir do cálculo de equilíbrio químico e de fases simultâneo

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dc.contributor.advisor1Souza, Thiago Leandro de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7431199944070783pt_BR
dc.contributor.referee1Souza, Thiago Leandro de
dc.contributor.referee2Silva, Simone Monteiro e
dc.contributor.referee3Corazza, Marcos Lúcio
dc.creatorViegas, Júnnio de Sousa
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9289159862624027pt_BR
dc.date.accessioned2023-04-12T11:25:08Z
dc.date.available2023-04-12T11:25:08Z
dc.date.issued2021-05-13
dc.description.abstractIn a scenario where population growth is exponential, the supply of the energy matrix is finite, the processing and use of current sources are extremely harmful to the environment, a new name is pointed out as a sustainable energy source to supply all these issues: microalgae biomass. This is particularly interesting due to its high growth rate, high productivity, adaptability to different habitats, non-competitiveness with agriculture and the results of its processing can be used to produce biofuels, products of high added value of industrial interest, treatment and soil recovery. In addition, we may subject it to a decomposition process to obtain your products (bio-oil, gas and charcoal). In addition, it can be subjected to a decomposition process to obtain its products (bio-oil, gas and charcoal). In this study, a thermodynamic analysis of the pyrolysis of microalgae biomass was carried out, which consists of processing the biomass at high temperatures in the absence or low presence of oxygen. From this work, data were obtained that represent the behavior of the reaction system in chemical and phase equilibrium for different operating conditions, varying temperature and humidity, in which the conditions in which the required products are found in greater and/or less quantities. The method for calculating the chemical and phase simultaneous equilibrium explored was Gibbs minimization, under constant temperature and pressure conditions, by a non-stoichiometric approach. A mixture-model composed of palmitic acid, glucose and glutamic acid was considered to represent the biomass of microalgae. The possibility of forming a liquid phase, simulated by the UNIFAC thermodynamic model, was investigated, using the stochastic particle swarm optimization method, in which the possibility of forming 3 distinct phases was considered, one phase behaving as a mixture of ideal gases, a liquid phase and another solid phase modeled as pure solid carbon. The minimization model was also implemented in the GAMS® software, General Algebraic Modeling System, using the CONOPT non-linear programming solver, in which only formation of solid and gaseous products was considered. The studied pyrolysis reaction was predominantly exothermic, with heat of reaction varying from approximately -32 to -16 kJ/mol. For the studied conditions, there was no prediction of liquid phase in the reaction system. Gaseous products such as H2 and CO2 showed maximum yield, 0.246 and 0.415 mol per mol of carbon fed respectively, both under maximum operating conditions for humidity and temperature, under the same conditions there was a greater potential for thermal energy generation, evaluated by the total heating value.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Leandro Machado (leandromachado@ufg.br) on 2023-04-11T20:07:01Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Júnnio de Sousa Viegas - 2021.pdf: 3041512 bytes, checksum: 256a0c191f691110aca9b7b017124253 (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
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dc.description.resumoNum cenário onde o crescimento populacional é exponencial, a oferta da matriz energética é finita, o processamento e utilização das fontes atuais são extremamente nocivas ao meio ambiente, um novo nome é apontado como fonte de energia sustentável para suprir todas estas questões: a biomassa de microalga. Esta é particularmente interessante devido a sua elevada taxa de crescimento, alta produtividade, adaptabilidade a diferentes habitats, não competitividade com agricultura e os resultados de seu processamento podem ser empregados para produção de biocombustíveis, produtos de alto valer agregado de interesse industrial, tratamento e recuperação do solo. Além disso, pode-se submetê-la a um processo de decomposição para obtenção de seus produtos (bio-óleo, gás e carvão vegetal). Neste estudo realizou-se uma análise termodinâmica da pirólise da biomassa de microalga, que consiste no processamento da biomassa em temperaturas elevadas na ausência ou baixa presença de oxigênio. A partir deste trabalho, obteve-se dados que representam o comportamento do sistema reacional em equilíbrio químico e de fases para diferentes condições de operação, variando temperatura e umidade, em que se observou as condições nas quais os produtos requeridos são encontrados em maior e/ou menor quantidade. O método para o cálculo do equilíbrio químico e de fases simultâneo explorado foi o da minimização de Gibbs, em condições de temperatura e pressão constantes, por meio de uma abordagem nãoestequiométrica. Considerou-se uma mistura modelo composta de ácido palmítico, glicose e ácido glutâmico para representar a biomassa de microalgas. Investigou-se a possibilidade de formação de fase líquida, simulada pelo modelo termodinâmico UNIFAC, utilizando o método de otimização estocástico enxame de partículas, em que foi considerada a possibilidade da formação de 3 fases distintas, uma fase se comportando como uma mistura de gases ideias, uma fase líquida e outra fase sólida modelada como carbono sólido puro. O modelo de minimização também foi implementado no software GAMS®, General Algebraic Modeling System, utilizando o solver de programação não-linear CONOPT, no qual foi considerado apenas formação de produtos sólidos e gasosos. A reação de pirólise estudada se caracterizou predominantemente exotérmica, com calor de reação variando de aproximadamente -32 a -16 kJ/mol. Para as condições estudadas não houve predição de fase líquida no sistema reacional. Produtos gasosos como H2 e CO2 apresentaram rendimento máximo, 0,246 e 0,415 mol por mol de carbono alimentado respectivamente, ambos em condições de operação máxima para umidade e temperatura, nas mesmas condições evidenciou-se maior potencial de geração de energia térmica, avaliado pelo poder calorífico total.pt_BR
dc.identifier.citationVIEGAS, J. S. Análise termodinâmica do processo de pirólise de microalga a partir do cálculo de equilíbrio químico e de fases simultâneo. 2021. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/12753
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Química - IQ (RMG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Química (IQ)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectMicroalgapor
dc.subjectPirólisepor
dc.subjectEquilíbrio químico e de fasespor
dc.subjectMinimização de Gibbspor
dc.subjectOtimizaçãopor
dc.subjectMicroalgaeeng
dc.subjectPyrolysiseng
dc.subjectChemical and phase equilibriumeng
dc.subjectGibbs minimizationeng
dc.subjectOptimizationeng
dc.subject.cnpqOUTROSpt_BR
dc.titleAnálise termodinâmica do processo de pirólise de microalga a partir do cálculo de equilíbrio químico e de fases simultâneopt_BR
dc.title.alternativeThermodynamic analysis of the microalgae pyrolysis process from simultaneous chemical and phase equilibriumeng
dc.typeDissertaçãopt_BR

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