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Título [PT]: Secagem periódica de soja em leito fixo
Título [EN]: Periodic drying of soybean in fixed bed.
Autor(es): Rafael Oliveira Defendi
Palavras-chave [PT]:

Modelagem e simulação. Secagem de soja. Leito fixo. Operação periódica. Brasil.

Oswaldo Curty da Motta Lima [Orientador] - UEM Luiz Mario de Matos Jorge - UEM Gianini Regina Luz - UEM Marcos de Souza - UEM

Resumo: A produção e exportação de grãos brasileiros ocupam uma posição de destaque no cenário mundial, como é o exemplo da soja que lidera em segundo lugar neste ranking. Um dos principais gastos inerentes a produção desses produtos está concentrado na secagem de grãos. Uma alternativa para redução dos gastos energéticos deste processo está na aplicação da operação periódica que pode levar a maiores rendimentos e potencializar os transportes de massa e de energia. Da literatura, observa-se que há um estudo concentrado dessa operação na modulação da vazão de reagentes líquidos em reatores catalíticos de leito gotejante, onde já foi provado que esta operação pode conduzir a maiores conversões em comparação com a operação em regime permanente. Neste contexto, objetiva-se nesse trabalho estudar a operação periódica de secagem de soja em leito fixo por meio de um modelo em comparação com experimentos realizados em operação convencional em um leito de escala de laboratório a fim de se avaliar as vantagens de cada operação. Além disso, buscou-se propor e validar um modelo que descreva o perfil de temperatura do ar de secagem no sistema de seu aquecimento por meio de resistências elétricas, como também propor e validar um modelo que estime o coeficiente global de transferência de massa validado em comparação a resultados obtidos pelo levantamento da cinética de secagem de soja em camada delgada. A metodologia foi dividida em quatro etapas, sendo a primeira o estudo do aquecimento do ar de secagem por meio de resistências elétricas relacionando o perfil de temperatura do ar em estado estacionário com a voltagem aplicada no aquecedor e com as condições do experimento como a vazão do ar e a temperatura ambiente. A partir de num balanço de energia na caixa do aquecedor, propôs-se um modelo vii matemático validado por meio de dados experimentais pelo qual foi possível estimar a voltagem necessária para se aquecer o ar até uma temperatura específica. A segunda etapa consistiu no levantamento da cinética de secagem de soja em camada delgada coletando-se a massa de água perdida com o tempo. Dos resultados obtidos, ajustou-se um modelo que relaciona o coeficiente global de transferência de massa com a umidade da soja e com a temperatura do gás de secagem. Em seguida, realizaram-se experimentos de secagem de soja em leito fixo em operação convencional e simulou-se o sistema por meio do modelo heterogêneo a duas fases comparando os resultados com os dados experimentais da umidade e da temperatura do gás. Por fim, usaram-se os modelos validados na simulação da operação periódica da secagem de soja em leito fixo em iguais condições de gastos energéticos da operação convencional, comparando assim os rendimentos de cada processo. Dos resultados obtidos, observou-se que o modelo de aquecimento do ar por resistências elétricas em regime permanente representou o comportamento da temperatura do gás com um desvio máximo em torno de 2,2%. Enquanto isso, o modelo para estimativa do coeficiente global de transferência de massa representou adequadamente o comportamento do sistema para a região onde o transporte de massa no interior da soja limita o processo. Contudo, para os primeiros minutos de secagem, onde os efeitos externos têm mais influência sobre o sistema, este modelo não se ajustou idealmente. Quanto ao modelo a duas fases, este se mostrou ideal para descrever o comportamento da umidade da soja e da temperatura do gás e da soja para o sistema de secagem em leito fixo. Por fim, a simulação da secagem em operação periódica apontou que em alguns casos de modulação da temperatura do ar, dependendo da amplitude, do período e da etapa limitante do processo inerente a umidade da soja, a operação periódica pode levar a menores gastos energéticos ou maiores rendimentos. Abstract: Brazilian production and export of grains occupy a prominent position, as is the case of soybean which leads second place in the world ranking. One of the principal expenses in this products production is concentrated in grain drying. An alternative to reducing energy costs in this process is in the application of periodic operation which can lead to higher throughput and enhance the mass and energy transport. It is observed from the literature that there is a concentrated study of this operation in liquid stream modulation of trickle-bed reactors, which has shown that this operation can lead to higher conversions in comparison with the steady state one. In this context, one of the aims of this work is to study the periodic drying operation of soybeans in fixed bed using a mathematical model in comparison to conventional drying operation experiments made on laboratory scale in order to assess the benefits of each operation. Furthermore, other aims are to develop and validate a model that can describe the air temperature profile on its heating system by electrical resistances and to propose and validate a model that can estimate the global mass transfer coefficient validated by means of data obtained from drying kinetic experiments of soybeans on thin layer. The methodology was divided into 4 steps. The first one was to study the drying air heating system by electrical resistances relating the air temperature profile in steady state to the applied voltage on the heater and to the experimental conditions such as air flow and room temperature. It was proposed a mathematical model validated by means of experimental data and based on a balance energy made in the box heater which enabled to estimate the voltage needed to heat the air into a specific temperature. The ix second step was the soybeans drying kinetics on a thin layer study by measuring the water mass loss over time. It was adjusted a model by means of experimental data that described the global mass transfer coefficient as a function of the soybean moisture and the drying gas temperature. Then conventional drying operation of soybeans in fixed bed experiments were made and the results of the simulation of the two phases heterogeneous model were compared with gas moisture and temperature experimental data. Finally, in the last step it was simulated the periodic operation by means of the validated models in the same condition of conventional operation energy expenditure in order to compare the throughputs of each process.The obtained results showed that the air heating by electrical resistances model in steady state described the gas temperature profile with a maximum deviation around 2.2%. Meanwhile, the model used to estimate the global mass transfer coefficient described ideally the drying system behavior in the region where the mass transfer inside the soybean limits the process. However, this model has not fitted well during the first drying minutes where external effects are more significant over the system. Moreover, the two phases model showed to be appropriate to describe the soybean moisture and the soybean and gas temperature profiles for drying in fixed bed. Eventually the periodic operation simulation indicated that in some cases the modulation of the air temperature can lead to lower energy expenditures and higher yields depending on the amplitude, the period and the limiting process stage inherent to the soybean moisture.

Idioma: Português Data de Publicação: 2013 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Oswaldo Curty da Motta Lima Co-Orientador: Prof. Dr. Luiz Mário de Matos Jorge Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Tecnologia . Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Nível: Dissertação (mestrado em Engenharia Química)/ UEM: Departamento de Engenharia Química

Responsavel: beth
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Secagem Periódica de Soja em Leito Fixo.pdf
Tamanho: 2285 Kb (2340013 bytes)
Criado: 10-09-2013 16:20
Atualizado: 10-09-2013 16:27
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