Produção de biodiesel em reator de membrana com uso de misturador estático e simulação em CFD

• Autor(a) principal: Lira, Daniel Silveira
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57361
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Reator de membrana; Transesterificação; Polarização da concentração; Misturador estático; Biodiesel

O uso de reatores de membrana para produção de biodiesel vêm se apresentando como uma das alternativas mais promissoras para a produção de biocombustíveis face à necessidade de redução do uso de combustíveis fósseis devido aos danos ao meio ambiente. Porém pouco se têm estudado sobre a influência da polarização de concentração em membranas onde há uma reação ocorrendo. Devido à dificuldade de detecção desse fenômeno por meios experimentais, a fluidodinâmica computacional se mostra como uma ferramenta robusta para o estudo dos fenômenos de transferência de massa em membranas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a influência da presença de um misturador estático do tipo helicoidal sobre a espessura da camada de polarização de concentração em reator de membrana e por meio de simulações CFD. Foram estudadas experimentalmente a influencia das seguintes condições sobre as conversões e massas de permeado: pressão transmembrana de 1,0, 1,5 e 2,0 bar, razão molar entre metanol/óleo de girassol de 9/1, 12/1 e 15/1, tamanho de poros da membrana cerâmica de 0,05, 0,1 e 0,2 µm, bem como na presença de misturador estático do tipo Kenics. Para as simulações foi utilizada a equação de Navier-Stokes para solucionar os balanços de massa e continuidade do problema, já a equação de Kozeny-Carman foi utilizada para modelar o meio poroso da membrana. Os resultados demonstram que a espessura da camada de polarização aumenta com o tempo de reação, devido à ação da convecção de massa, porém o efeito da permeabilidade sobre a espessura da camada foi negligenciável. As maiores conversões foram atingidas nas condições com razão molar 15/1, pressão transmembrana de 1,0 bar, na presença de misturador estático, atingindo valores de 92,49%, 85,25%, respectivamente, enquanto o tamanho de poros não apresentou influência significativa na conversão. Os resultados também mostraram que a utilização de um misturador estático foi eficiente em reduzir a espessura da camada de polarização da concentração. Dessa forma, a utilização de misturador estático em reator de membrana apresentou grande melhoria em relação à formação da polarização de concentração.