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http://bdtd.uftm.edu.br/handle/123456789/1742
Tipo: | Dissertação |
Título: | Cinética de pirólise para resíduos de abacaxi (Ananas comosus), in natura e torrificados – fator de compensação e modelo de reação |
Autor(es): | SOUZA, Alvaro Eduardo Costa |
Primeiro Orientador: | CARDOSO, Cassia Regina |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | SOUSA, Nadia Guimarães |
Resumo: | Devido à grande disponibilidade e a redução de danos ambientais, a biomassa tem sido destacada como uma alternativa renovável de geração de energia. A torrefação é um processo térmico de pré-tratamento que pode ser utilizado para a valorização da biomassa como combustível, através da diminuição da umidade e aumento da densidade energética. A coroa do abacaxi é o principal resíduo do processamento do fruto e não possui aplicação industrial e destinação específica. O presente estudo objetivou a avaliação da pirólise lenta da coroa de abacaxi in natura e torrificada mediante a caracterização por análise imediata, composição química e interpretação dos perfis de perda de massa (TGA) e taxa de perda de massa (DTG) nas taxas de aquecimento de 2,5; 5 e 10 K min-1 em atmosfera inerte de nitrogênio. Os modelos isoconversionais (Ozawa-Flynn-Wall, Starink, Vyazovkin, modified Coats-Redfern e Friedman) e o efeito de compensação foram utilizados para estimar a tríplice cinética para a representação da decomposição térmica do material. A coroa de abacaxi in natura apresentou baixos teores de umidade e cinzas (8,15 ± 0,28 e 3,06 ± 0,17%, respectivamente) e valores de materiais voláteis (87,69 ± 0,45%), carbono fixo (9,25 ± 0,28%) e poder calorífico superior (19,04 ± 0,03 MJ kg-1) intermediários se comparados a outras biomassas. A holocelulose representa a maior fração da composição da coroa do abacaxi (66,28 ± 0,92%), em menor proporção encontra-se lignina total (14,12 ± 0,34 %) e extrativos (6,78 ± 0,26 %). O processo de torrefação decompôs majoritariamente as hemiceluloses e extrativos, fato verificado pela suavização das curvas DTG. Além disso, observou-se um aumento na energia de ativação da pirólise, que ocorre devido a degradação da parcela da composição menos estável termicamente. O tripleto cinético estimado para a pirólise lenta da coroa de abacaxi in natura foi composto por energia de ativação média de 154,56 kJ mol-1, fator pré-exponencial global de 1,75×1012 s-1 e função de conversão global N3 (𝑓(𝛼)=(1−𝛼)3); já para a biomassa torrificada, o tripleto obtido foi energia de ativação média de 176,33 kJ mol-1, fator pré-exponencial global de 1,34×1013 s-1 e função de conversão global N2 (𝑓(𝛼)=(1−𝛼)2). Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta foi eficaz para a determinação do tripleto cinético e representação da decomposição do material heterogêneo analisado, com desvios médios percentuais baixos em relação aos dados experimentais. |
Abstract: | Due to its wide availability and reduced environmental damage, biomass has been highlighted as a renewable alternative for generating energy. Torrefaction is a thermal pre-treatment process that can be used to valorize biomass as a fuel, by reducing moisture and increasing energy density. The pineapple crown is the main residue from fruit processing and has no industrial application or specific destination. The present study aimed to evaluate the slow pyrolysis of raw and previously torrefied pineapple crowns through characterization by proximate analysis, chemical composition, and interpretation of mass loss (TGA) and mass loss rate (DTA) profiles at heating rates of 2,5; 5 and 10 K min-1 in an inert nitrogen atmosphere. The isoconversional models (Ozawa-Flynn-Wall, Starink, Vyazovkin, modified Coats-Redfern and Friedman) and the compensation effect methodology were used to estimate the kinetic triplet to represent the thermal decomposition of the material. The raw pineapple crown presented low levels of moisture and ash (8,15 0,28 and 3,06 0,17%, respectively) and similar values of volatile materials (87,69 0,45%), fixed carbon (9,25 0,28%) and higher calorific value (19,04 0,03 MJ kg-1) when compared to other biomasses. Holocellulose represents the largest fraction of the material's composition (66.28 ± 0.92%), to a lesser extent there is total lignin (14.12 ± 0.34) and extractives (6.78 ± 0.26). The torrefaction process mostly decomposed the hemicelluloses and exctratives, what was verified by the smoothing of the DTA curves. Moreover, an increase in the activation energy of pyrolysis was observed, which occurs due to the degradation of the less thermally stable portion of the composition. The estimated kinetic triplet for the slow pyrolysis of the raw pineapple crown was composed of an average activation energy of 154,56 kJ mol-1, global pre-exponential factor of 1,75x1012 s-1 and global conversion function N3 (𝑓(𝛼)==(1 𝛼)3 ; as for the torrefied biomass, the triplet obtained was an average activation energy of 176.33 mol-1, global pre-exponential factor of 1.34×1013 s-1 and global conversion function N2 (𝑓(𝛼 (1 𝛼)22). The obtained results show that the proposed methodology is effective for determining the kinetic triplet and representing the decomposition of the studied heterogeneous material, with low average percentage deviations in relation to experimental data. |
Palavras-chave: | Coroa de abacaxi. Pirólise. Efeito de compensação. Cinética química. Pineapple crown. Pyrolysis. Compensation effect. Chemical kinetics. |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal do Triângulo Mineiro |
Sigla da Instituição: | UFTM |
metadata.dc.publisher.department: | Instituto de Ciências Exatas, Naturais e Educação - ICENE |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://bdtd.uftm.edu.br/handle/123456789/1742 |
Data do documento: | 4-Mar-2024 |
Aparece nas coleções: | Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais |
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