Desempenho da filtração híbrida na coleta de nanopartículas, calcário dolomítico e pó de sinterização de uma indústria siderúrgica
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17183 |
Resumo: | A promising alternative for air pollution control by industries is the replacement of conventional equipment, such as electrostatic precipitators and bag filters, by hybrid filters, which combine the phenomena of electrostatic precipitation and fabric filtration. Hybrid filtration has been studied in the three last decades and good results have been reported, in relation to superfine particulate matter collection efficiency, to the operation at low pressure drops and high surface filtration velocities. However, most of the works evaluated the application of hybrid filters to the pollution control in coal fired power plants. Until now, no study has been reported to the application in the steel industry. Furthermore, very little is still known about hybrid filtration of nanoparticles, which are extremely dangerous to the human health. Thus, this work aimed to evaluate the hybrid filtration of nanoparticles and of microparticles from the sinter process of a steel industry. The experimental test to evaluate the hybrid filtration of nanoparticles followed a factorial design 2^3, with the factors surface filtration velocity (1.0 and 2.0 m/min), electric field intensity (0.0 and 4.0 kV/cm) and filter medium (polyacrylonitrile and polyacrylonitrile with polytetrafluorethylene membrane). The results showed that, with the application of electric voltage, the nanoparticles which passed through the electrostatic precipitator without been collected had their collection intensified in the filter, due to the electrostatic attraction mechanism. Increases greater than 10.0 % in the polyacrylonitrile filter quality factor were obtained with the application of electric voltage in the electrostatic precipitator. To study the hybrid filtration applied to the steel industry, experimental tests were performed at a surface filtration velocity of 2.0 m/min, electric field intensities of 0.0, 4.0 and 5.0 kV/cm, and with a polyester filter. Two particulate matters were used for comparison: dolomitic limestone and sinter dust. With both dusts, the pressure drop increased slowly when electric voltage was applied, due to the particle collection in the electrostatic precipitator, increasing the total filtration time. With the sinter dust, the increase in the electric voltage caused only the finest particles to reach the polyester filter. However, no reduction in cake porosity was observed. For the industrial application, the results point that the bag cleaning frequency of a hybrid filter can be reduced in comparison to that of a conventional bag filter, which can lead to the increase in the bag lifetime and, consequently, to the reduction of maintenance costs. |
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de Castro, Bruno José ChiaramonteAguiar, Mônica Lopeshttp://lattes.cnpq.br/0431688649128529Sartim, Rafaelhttp://lattes.cnpq.br/0380809249444032http://lattes.cnpq.br/9306599334757765f1f17d23-9a16-45c1-8f53-ae48d176ba9c2023-01-09T16:56:14Z2023-01-09T16:56:14Z2022-11-11DE CASTRO, Bruno José Chiaramonte. Desempenho da filtração híbrida na coleta de nanopartículas, calcário dolomítico e pó de sinterização de uma indústria siderúrgica. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17183.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17183A promising alternative for air pollution control by industries is the replacement of conventional equipment, such as electrostatic precipitators and bag filters, by hybrid filters, which combine the phenomena of electrostatic precipitation and fabric filtration. Hybrid filtration has been studied in the three last decades and good results have been reported, in relation to superfine particulate matter collection efficiency, to the operation at low pressure drops and high surface filtration velocities. However, most of the works evaluated the application of hybrid filters to the pollution control in coal fired power plants. Until now, no study has been reported to the application in the steel industry. Furthermore, very little is still known about hybrid filtration of nanoparticles, which are extremely dangerous to the human health. Thus, this work aimed to evaluate the hybrid filtration of nanoparticles and of microparticles from the sinter process of a steel industry. The experimental test to evaluate the hybrid filtration of nanoparticles followed a factorial design 2^3, with the factors surface filtration velocity (1.0 and 2.0 m/min), electric field intensity (0.0 and 4.0 kV/cm) and filter medium (polyacrylonitrile and polyacrylonitrile with polytetrafluorethylene membrane). The results showed that, with the application of electric voltage, the nanoparticles which passed through the electrostatic precipitator without been collected had their collection intensified in the filter, due to the electrostatic attraction mechanism. Increases greater than 10.0 % in the polyacrylonitrile filter quality factor were obtained with the application of electric voltage in the electrostatic precipitator. To study the hybrid filtration applied to the steel industry, experimental tests were performed at a surface filtration velocity of 2.0 m/min, electric field intensities of 0.0, 4.0 and 5.0 kV/cm, and with a polyester filter. Two particulate matters were used for comparison: dolomitic limestone and sinter dust. With both dusts, the pressure drop increased slowly when electric voltage was applied, due to the particle collection in the electrostatic precipitator, increasing the total filtration time. With the sinter dust, the increase in the electric voltage caused only the finest particles to reach the polyester filter. However, no reduction in cake porosity was observed. For the industrial application, the results point that the bag cleaning frequency of a hybrid filter can be reduced in comparison to that of a conventional bag filter, which can lead to the increase in the bag lifetime and, consequently, to the reduction of maintenance costs.Uma alternativa promissora para controle da poluição atmosférica por parte das indústrias é a substituição de equipamentos convencionais, tais como precipitadores eletrostáticos e filtros de mangas, por filtros híbridos, que combinam os fenômenos de precipitação eletrostática e filtração em tecido. A filtração híbrida tem sido estudada nas três últimas décadas e bons resultados têm sido reportados, com relação à eficiência de filtração de material particulado superfino, à operação a baixas quedas de pressão e altas velocidades de filtração. Entretanto, os trabalhos, em sua maioria, avaliaram a aplicação dos filtros híbridos para controle da poluição em termoelétricas a carvão. Até agora, não foram reportados estudos para aplicação na indústria siderúrgica. Além disso, ainda se sabe muito pouco sobre a filtração híbrida de nanopartículas, extremamente perigosas para a saúde humana. Dessa forma, este trabalho teve como objetivos avaliar a filtração híbrida de nanopartículas e de micropartículas provenientes do processo de sinterização de uma indústria siderúrgica. Os ensaios para avaliação da filtração híbrida de nanopartículas seguiram planejamento fatorial 2^3, com os fatores velocidade superficial de filtração (1,0 e 2,0 m/min), intensidade de campo elétrico (0,0 e 4,0 kV/cm) e tipo de material filtrante (poliacrilonitrila e poliacrilonitrila com membrana de politetrafluoretileno). Os resultados mostraram que, com aplicação de tensão elétrica, as nanopartículas que passaram pelo precipitador sem serem coletadas tiveram sua coleta intensificada no filtro, devido ao mecanismo de atração eletrostática. Foram observados aumentos superiores a 10,0 % no fator de qualidade do filtro de poliacrilonitrila com aplicação de tensão elétrica no precipitador. Para estudar a filtração híbrida aplicada à indústria siderúrgica, foram realizados ensaios à velocidade superficial de filtração de 2,0 m/min, intensidades de campo elétrico em 0,0, 4,0 e 5,0 kV/cm e com filtro de poliéster. Dois pós foram utilizados para efeito de comparação: calcário dolomítico e pó de sinterização. Com ambos os pós, a queda de pressão aumentou de maneira mais lenta com aplicação de tensão, devido à coleta no precipitador eletrostático, aumentando o tempo total de filtração. Com o pó de sinterização, o aumento na tensão fez com que apenas as partículas mais finas chegassem ao filtro de poliéster. Porém, não houve redução na porosidade da torta. Para a aplicação industrial, os resultados apontam que a frequência de limpeza das mangas de um filtro híbrido pode ser reduzida em comparação a de um filtro de mangas convencional, o que pode levar ao aumento no tempo de vida útil das mangas e, consequentemente, à redução dos custos de manutenção.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Código de financiamento 001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES)142086/2019-3, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFiltro híbridoEficiência de filtraçãoFiltração de gasesMaterial particuladoPartículas nanométricasHybrid filterFiltration efficiencyGas filtrationParticulate matterNanoparticlesENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICADesempenho da filtração híbrida na coleta de nanopartículas, calcário dolomítico e pó de sinterização de uma indústria siderúrgicaPerformance of hybrid filtration in the collection of nanoparticles, dolomitic limestone and sinter dust from a steel industryinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis600600cfe199c5-37b6-4d5a-a38c-e0503b6b1995reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALBrunoCastro_Tese_Final.pdfBrunoCastro_Tese_Final.pdfapplication/pdf8292498https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17183/1/BrunoCastro_Tese_Final.pdff70a54b8f6ac182666b3127afdae3358MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17183/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTBrunoCastro_Tese_Final.pdf.txtBrunoCastro_Tese_Final.pdf.txtExtracted texttext/plain509694https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17183/3/BrunoCastro_Tese_Final.pdf.txt5cc39335adfb9a67778e563618f05c18MD53THUMBNAILBrunoCastro_Tese_Final.pdf.jpgBrunoCastro_Tese_Final.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6478https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17183/4/BrunoCastro_Tese_Final.pdf.jpg6dbf0b5897b7dcac21e68db183da4703MD54ufscar/171832023-09-18 18:32:18.604oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17183Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:18Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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A promising alternative for air pollution control by industries is the replacement of conventional equipment, such as electrostatic precipitators and bag filters, by hybrid filters, which combine the phenomena of electrostatic precipitation and fabric filtration. Hybrid filtration has been studied in the three last decades and good results have been reported, in relation to superfine particulate matter collection efficiency, to the operation at low pressure drops and high surface filtration velocities. However, most of the works evaluated the application of hybrid filters to the pollution control in coal fired power plants. Until now, no study has been reported to the application in the steel industry. Furthermore, very little is still known about hybrid filtration of nanoparticles, which are extremely dangerous to the human health. Thus, this work aimed to evaluate the hybrid filtration of nanoparticles and of microparticles from the sinter process of a steel industry. The experimental test to evaluate the hybrid filtration of nanoparticles followed a factorial design 2^3, with the factors surface filtration velocity (1.0 and 2.0 m/min), electric field intensity (0.0 and 4.0 kV/cm) and filter medium (polyacrylonitrile and polyacrylonitrile with polytetrafluorethylene membrane). The results showed that, with the application of electric voltage, the nanoparticles which passed through the electrostatic precipitator without been collected had their collection intensified in the filter, due to the electrostatic attraction mechanism. Increases greater than 10.0 % in the polyacrylonitrile filter quality factor were obtained with the application of electric voltage in the electrostatic precipitator. To study the hybrid filtration applied to the steel industry, experimental tests were performed at a surface filtration velocity of 2.0 m/min, electric field intensities of 0.0, 4.0 and 5.0 kV/cm, and with a polyester filter. Two particulate matters were used for comparison: dolomitic limestone and sinter dust. With both dusts, the pressure drop increased slowly when electric voltage was applied, due to the particle collection in the electrostatic precipitator, increasing the total filtration time. With the sinter dust, the increase in the electric voltage caused only the finest particles to reach the polyester filter. However, no reduction in cake porosity was observed. For the industrial application, the results point that the bag cleaning frequency of a hybrid filter can be reduced in comparison to that of a conventional bag filter, which can lead to the increase in the bag lifetime and, consequently, to the reduction of maintenance costs. |
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