Simulação em Aspen Plus® do processo de torrefação de resíduos lignocelulósicos do Distrito Federal
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| Data de Publicação: | 2023 |
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Resumo: | Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023. |
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Estudos recentes mostram que a torrefação é uma promissora e importante técnica para o pré-tratamento termoquímico de biomassas lignocelulósicas. O produto torrefado adquire propriedades semelhantes ao carvão e características otimizadas para geração de energia e calor sustentável, melhorando propriedades da biomassa, como densidade energética, hidrofobicidade, resistência à decomposição e desempenho de armazenamento. Neste estudo, foi desenvolvido um modelo de torrefação de biomassa para fornecer informações essenciais para soluções de resíduos para energia, especificamente para análise exergética futura. Dados experimentais de uma mistura de resíduos florestais urbanos (RFU) do ecossistema florestal de Brasília foram usados como entrada de dados para simulações. O modelo, implementado no software Aspen Plus®, foi validado em diversas temperaturas de torrefação (225-275°C), mostrando boa concordância com dados experimentais relatados e estimando diversos parâmetros para qualificação do material torrado (Desvio Absoluto < 9%). A torrefação foi modelada com sucesso usando um reator RYield, empregando um modelo de reação cinética de duas etapas para a decomposição da biomassa. Em um segundo momento, utilizando a Metodologia de Superfície de Respostas (RSM), o potencial do modelo foi explorado, variando o tempo de residência, o teor de umidade inicial da biomassa bruta e a temperatura de tratamento e obtendo modelos matemáticos estatisticamente significativos (p-valor < 0,05) com R2 > 0,99. A temperatura de torrefação mostrou-se mais influente do que o tempo de residência em propriedades da biomassa e subprodutos. O modelo demonstrou a capacidade de i) fornecer uma distribuição detalhada de produtos e subprodutos durante o processo de torrefação da biomassa e ii) prever propriedades importantes do combustível, como análises imediatas e elementares. Além disso, o modelo permite a estimativa de propriedades de consumo de energia e de irreversibilidade para diversas condições de tratamento.Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF).In recent years, the increase in population and, consequently, the demand for energy has led to a search for sustainable solutions. Faced with the challenge of ensuring sustainable energy and protecting the environment, it is essential to study alternatives that minimize environmental impacts and improve waste management in the economy. Recent studies show that torrefaction is a promising and important thermochemical pre-treatment technique for lignocellulosic biomass. The torrefied product acquires properties like coal and optimized characteristics for sustainable energy and heat generation, improving biomass properties such as energy density, hydrophobicity, resistance to decomposition, and storage performance. In this study, a biomass torrefaction model was developed to provide essential information for waste-to-energy solutions, specifically for future exergetic analysis. Experimental data from a mixture of urban forest waste (UFW) from the Brasília forest ecosystem were used as input for simulations. The model, implemented in Aspen Plus® software, was validated at various torrefaction temperatures (225-275°C), showing good agreement with reported experimental data, and estimating various parameters for torrefied material qualification (Absolute Deviation < 9%). Torrefaction was successfully modeled using an RYield reactor, employing a two-step kinetic reaction model for biomass decomposition. Subsequently, using Response Surface Methodology (RSM), the model's potential was explored by varying residence time, initial moisture content of raw biomass, and treatment temperature, obtaining statistically significant mathematical models (p-value < 0.05) with R² > 0.99. Torrefaction temperature proved more influential than residence time in biomass properties and by-products. The model demonstrated the ability to i) provide a detailed distribution of products and by-products during the biomass torrefaction process and ii) predict important fuel properties, such as immediate and elemental analyses. Furthermore, the model allows for the estimation of energy consumption and irreversibility properties for various treatment conditions.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasporA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessSimulação em Aspen Plus® do processo de torrefação de resíduos lignocelulósicos do Distrito Federalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisEnergia renovávelTorrefaçãoBiomassaDistrito Federal (Brasil)reponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2023_ThiagoDaSilvaGonzales_DISSERT.pdf2023_ThiagoDaSilvaGonzales_DISSERT.pdfapplication/pdf2503626http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/48680/1/2023_ThiagoDaSilvaGonzales_DISSERT.pdf9d36d32f024394ac0978382ee4337240MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain102http://repositorio.unb.br/bitstream/10482/48680/2/license.txtaed4704d04bb260d4decd80db311aaa5MD52open access10482/486802025-02-27 15:04:46.779open accessoai:repositorio.unb.br:10482/48680U3VibWlzc8OjbyBlZmV0aXZhZGEgZGUgYWNvcmRvIGNvbSBsaWNlbsOnYSBjb25jZWRpZGEgcGVsbyBhdXRvciBlL291IGRldGVudG9yIGRvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcy4KRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-02-27T18:04:46Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB) |
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