Abordagem termodinâmica da reação de gaseificação com água supercrítica do glicerol utilizando superfícies de resposta
O glicerol formado como subproduto na produção de biodiesel, representa aproximadamente 10% do volume do final de produto. Existem diversas aplicações para este subproduto, no entanto, este não possui o grau de pureza necessário para aplicação direta em tais aplicações. Uma alternativa para o uso direto deste excedente é a gaseificação com água supercrítica (SCWG, do inglês Supercritical Water Gasification). O processo de gaseificação de diversas fontes de biomassa utilizando água supercrítica como meio reacional, tem se mostrado eficiente para a formação de hidrogênio. Para obtenção dos resultados do comportamento da reação, o equilíbrio de fases pode ser anaisado analisado a condições de pressão (P) e entalpia (H) constantes utilizando a metodologia de maximização de entropia (maxS), simulando reatores adiabáticos. Iremosutilizar um estudo de caso, no qual a reação de SCWG do glicerol foi termodinamicamente avaliada variando as condições de temperatura (586-1260 K), pressão (226-293 bar) e composição de glicerol (0,08-0,48 %wt) na alimentação. Utilizou-se o software GAMS versão 23.9.5 para solucionar o problema de otimização maxS e obter os resultados para o comportamento termodinâmico da reação. A análise estatística foi realizada utilizando o software STATISTICA 10® na forma de um planejamento 23. Este fornece uma matriz de dados variando os demais parâmetros de entrada que possibilita uma análise completa do fenômeno e apresenta os resultados através de superfícies de resposta. Esta análise tem como objetivo avaliar os índices de formação de hidrogênio ao longo da reação e a temperatura de equilíbrio do sistema. Verificou-se que a formação de hidrogênio é influenciada marjoritatiamente pelos efeitos da temperatura e composição de biomassa, alcançando formação máxima (0,25 mols) para altas temperaturas
(1123K) e baixas concentrações de biomassa (0,23 %wt). A SCWG para o glicerol apresentou comportamento levemente endotérmico para todas as condições avaliadas. Para ambos os resultados, a pressão apresenta-se como parâmeto sem significância estatística a 95% de confiança dentro das condições avaliadas. Dessa forma, as ferramentas utilizadas demonstraram eficiência e robustez na análise de comportamento reacional desse tipo de sistema.
Abordagem termodinâmica da reação de gaseificação com água supercrítica do glicerol utilizando superfícies de resposta
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DOI: 10.22533/at.ed.7702014073
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Palavras-chave: glicerol, abordagem termodinâmica, SCWG, maximização de entropia
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Keywords: glycerol, thermodynamic approach, SCWG, entropy maximization
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Abstract:
The glycerol formed as a by-product in the production of biodiesel, represents approximately 10% of the volume of the final product. There are several applications for this by-product, however, it does not have the necessary degree of purity for direct application in these applications. An alternative for direct use of this surplus is gasification with supercritical water (SCWG).The gasification process of several biomass sources using supercritical water as a reaction medium has been shown to be efficient for the formation of hydrogen. In order to obtain the results of the reaction behavior, the phase equilibrium can be analyzed under constant pressure (P) and enthalpy (H) conditions using the entropy maximization (maxS) methodology, simulating adiabatic reactors. We will use a case study, in which the glycerol SCWG reaction was thermodynamically evaluated by varying the conditions of temperature (586-1260 K), pressure (226-293 bar) and glycerol composition (0.08-0.48% wt) in the feed. GAMS software version 23.9.5 was used to solve the maxS optimization problem and to obtain the results for the thermodynamic behavior of the reaction. The statistical analysis was performed using the software STATISTICA 10® in the form of a planning 23. It provides a data matrix varying the other input parameters that allows a complete analysis of the phenomenon and presents the results through response surfaces. This analysis aims to evaluate the rates of hydrogen formation during the reaction and the equilibrium temperature of the system. It was found that the formation of hydrogen is marjoritially influenced by the effects of temperature and biomass composition, reaching maximum formation (0.25 moles) for high temperatures (1123K) and low concentrations of biomass (0.23% wt). The SCWG for glycerol showed a slightly endothermic behavior for all conditions evaluated. For both results, the pressure is presented as a parameter without statistical significance at 95% confidence under the conditions evaluated. Thus, the tools used demonstrated efficiency and robustness in the analysis of the reaction behavior of this type of system.
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Número de páginas: 15
- Annamaria Doria Souza Vidotti
- Reginaldo Guirardello
- Antônio Carlos Daltro de Freitas
- Julles Mitoura
