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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9QDHTZ
Tipo: | Dissertação de Mestrado |
Título: | Modelagem e simulação CFD de reações de transesterificação em tanques com agitação mecânica |
Autor(es): | Isabela Magalhaes Poley |
Primeiro Orientador: | Leandro Soares de Oliveira |
Primeiro membro da banca : | Marcio Aredes Martins |
Segundo membro da banca: | Marcelo Cardoso |
Resumo: | Metanol e triglicerídeos são pouco miscíveis. As misturas formadas normalmente apresentam pouco contato entre as fases e, por isso, a reação de transesterificação se processa de forma relativamente lenta. A utilização de agitação permite aumentar a superfície de contato entre as fases e, consequentemente, as taxas de reação e o rendimento da produção de biodiesel. Assim, em processos industriais, a transesterificação é normalmente conduzida em tanques com agitação mecânica. Estudar o funcionamento desse tipo de reator permite a otimização do processo, envolvendo projeto de reator e operação. Métodos experimentais para investigar campos de escoamento e reações químicas são dispendiosos e fornecem resultados pouco precisos. Uma alternativa é a modelagem e simulação computacional de tanques agitados. No presente trabalho, simulações CFD da reação de transesterificação em tanques agitados foram conduzidas, utilizando como termos fonte de geração e consumo dos componentes da mistura reacional as taxas de reações avaliadas por meio de equações diferenciais que descrevem a cinética do processo de transesterificação. A distribuição de concentrações ao longo do tempo obtida para os componentes da mistura por meio de simulação se ajustou de forma satisfatória aos dados experimentais a partir dos quais foram obtidos os modelos cinéticos, e a distribuição das frações mássicas das substâncias no reator indicou mistura eficiente. Resultados mais exatos podem, contudo, ser alcançados empregando-se constantes de taxa de reação obtidas experimentalmente para cada óleo específico. Verificou-se influência considerável do fenômeno de turbulência e do posicionamento do impelidor em relação ao fundo do tanque na eficiência da mistura e, consequentemente, no rendimento da transesterificação. A velocidade de rotação do impelidor na faixa de valores estudada, por outro lado, não apresentou influência significativa no rendimento. |
Abstract: | Alcohol and triglycerides do not form a single phase mixture and thus there is a poor surface contact between them causing transesterification to proceed relatively slow. Introduction of stirring improves the surface contact and consequently the reaction rates and biodiesel yields. Thus, in industrial processes, transesterification is usually carried out in stirred tank reactors. Investigating how this type of reactor works is necessary for successful design, operation and optimization. Experimental methods for investigating flow-fields and chemical reactions are expensive and time demanding and cannot meet this challenge accurately. An alternate way is to model and simulate stirred tanks by computational fluid dynamics (CFD). Thus, in this work, CFD simulations of transesterification inside stirred tanks were performed, with source terms of generation and consumption of the mixture components being the reaction rates evaluated by solving a set of differential equations describing the transesterification process kinetics. The concentration-time profiles for the expected components were in accordance with the experimental data that originated the kinetic models, and the mass fraction patterns inside the tank showed efficient mixture. More accurate results would be achieved by using experimentally obtained reactions rates for each specific vegetable oil. Considerable influence of turbulence phenomena and impeller positioning on transesterification efficiency was verified. The impeller rotational speed, on the other hand, did not present significant influence on transesterification efficiency. |
Assunto: | Álcool Engenharia mecânica Biodiesel |
Idioma: | Português |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Instituição: | UFMG |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9QDHTZ |
Data do documento: | 28-Mai-2014 |
Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado |
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