Avaliação crítica de modelos matemáticos de adsorção em batelada de corantes em solução aquosa

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Silva, Vânia Queiroz da
• Orientador(a): Schwaab, Marcio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Cinética de adsorção; Coeficiente de difusão; Transferência de massa
• Palavras-chave em Inglês: Adsorption kinetics; Diffusion models; Mass transfer modeling; Mass transfer coefficients
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/212516

A adsorção é uma técnica amplamente utilizada nos processos de tratamento de águas e efluentes industriais. Entender a cinética deste fenômeno é fundamental para obter informações sobre os mecanismos que ocorrem durante a transferência de massa e avaliar o desempenho de um determinado adsorvente. Vários modelos matemáticos foram desenvolvidos para descrever os processos que ocorrem na adsorção, entretanto, esses modelos são frequentemente empregados para ajustar os dados cinéticos de maneira errônea ou inadequada. Isso ocorre principalmente porque as condições de contorno e/ou iniciais dos modelos não são adequadas para o processo que está sendo avaliado. Com base nessas considerações, o presente trabalho tem como objetivo estimar os coeficientes cinéticos da transferência de massa da adsorção em sistemas sólido-líquido em batelada. Além disso, será realizada uma revisão crítica dos principais modelos utilizados na literatura para estimação e a análise da estimabilidade desses coeficientes. Experimentos de equilíbrio e cinética de adsorção foram realizados com os corantes Verde Rápido, Azul de Metileno e Vermelho Allura utilizando como adsorvente a alumina Pural SB e carvão ativado com duas faixas diferentes de diâmetro (Mesh 14-18 e Mesh 100-200), a revisão crítica foi feita com base em alguns dos modelos presentes na literatura para a estimação dos coeficientes de transferência de massa. A partir dos dados coletados nestes experimentos, estimou-se o coeficiente convectivo pelas metodologias propostas por Furusawa-Smith (1973), Yao-Chen (2015), Mathews-Weber (1976) e modelos fenomenológicos. A difusividade foi determinada utilizando-se os modelos apresentados por Boyd (1947) - Reichenberg (1953), Yao-Chen (2015), Vermeulen (1953) e o modelo fenomenológico. Os parâmetros das metodologias simplificadas foram estimados utilizando o software STATISTICA. Para o modelo fenomenológico a solução foi realizada numericamente por meio da discretização por diferenças finitas e posterior integração do sistema de EDO’s resultante com o auxílio da rotina DASSL. A estimação dos parâmetros de transferência de massa foi feita simultaneamente minimizando-se a função objetivo de mínimos quadrados ponderados pelo método do Enxame de Partículas (PSO) associado ao método de Newton. O coeficiente de transferência de massa convectivo calculado pelas metodologias simplificadas apresentou valores finitos na ordem de 10-2 e 10-3 cm/min, enquanto que utilizando-se o modelo fenomenológico o valor deste parâmetro tendeu ao infinito. A difusividade pelos modelos simplificados apresentou valores bastante próximos aos do modelo fenomenológico. Analisando-se os resultados, verificou-se que a estimação simultânea dos parâmetros de transferência de massa a partir de um modelo teórico baseado em balanços de massa é mais adequada e que os métodos que buscam simplificar a determinação desses coeficientes são extremamente limitados ou possuem hipóteses distantes da realidade.