Post on 18-Apr-2015
Modelagem do processo de remoção de mercúrio elementar de correntes gasosas utilizando
hidroxiapatitas modificadas com sulfeto de cobre como adsorventes
CARLA LUCIANE MANSKE CAMARGOPROFESSORES: ARGIMIRO RESENDE
SECCHI EVARISTO CHALBAUD BISCAIA
RIO DE JANEIRO, DEZEMBRO DE 2013
• Fixação comprovada em testes de lixiviação e estabilidade térmica (Salim
e Resende, 2011);
• Presença de S e estrutura da matriz sólida;
• Dificuldades relacionadas à remoção de Hg em baixas concentrações.
INTRODUÇÃO
Adsorventes regenerávei
s
Adsorventes com fixação
ADSORVENTE DESENVOLVIDO PELO GRIFIT: HAp-CuS
ADSORÇÃO
Grandes quantidades processadas Baixas concentrações
Presença de Hg: variabilidade espacial e temporal
Afeta estruturas e equipamentosExposição ocupacional
Gás natural
Poluente amplamente difundido no
meio ambiente
UNIDADE EXPERIMENTAL
EntradaSaídaREATO
R
Gás de arraste (N2)
Leito de Mercúrio (Hg0)
Adsorvente
ANALISADOR
Filtro
Dados Experimentai
s
T=cte
T=cte
SATURADOR
Lavador de gases
MODELAGEM-MESTRADO
Hg0
Hg0
Hg0
Hg0
Hg0
Hg0
Hg*
DIFUSÃO
REAÇÃO QUÍMICA
REATOR DE LEITO FIXO
HAp-CuS-Hg
ADSORÇÃO
q
rRp- Rp
qRp
q
C
RQRQm RQ
qk q q q
t
NOVA MODELAGEM
DIFUSÃO
REAÇÃO QUÍMICA
REATOR DE LEITO FIXO
ADSORÇÃO
Cp
Cp
S
q
C
C
2
2
1. p
L p S
R Rp
CC C Cv D Dp A
t Z Z R
22
1 .p p pp p p
C D CQR
t t R R R
1
pR A eq
p
QK S Cp K Q Q
t
R p p
SK E S C
t
(2)
BALANÇO MACROSCÓPICO
BALANÇO MICROSCÓPICO
NOVA MODELAGEM
0
,,0 L
f
Z
C t ZDC t C t
v Z
,
0Z L
C t Z
Z
(5)
max
1p
eqp
Q B CQ
B C
, , ,1p pC t Z Rp C t Z
CC (r=Rp)
CC (Z=0)
CI
(0, ) 0C Z
(0, , ) 0pC Z r
(0, , ) 0q Z r
max(0, , )S Z r S
CC (Z=L)
ADIMENSIONAMENTO
2
2
1
16 p
R
x
yy y yk
z Pe z x
2
26 4p p p
R R
y y yqk k x
x x
p A eq
qSR y k q q
RR R p
SE S y
max
1p
eqp
q b yq
b y
0
,1,0f
z
y zy y
Pe z
1
,0
z
y z
z
, ,1 ,py z y z
CI
(0, ) 0C Z
(0, , ) 0pC Z r
(0, , ) 0q Z r
max(0, , )S Z r S
CC
COLOCAÇÃO ORTOGONAL- Técnica de Resíduos Ponderados
- Aproximação da variável dependente por um
polinômio
- Resíduo é nulo nos pontos de colocação
- Grandes mudanças na inclinação: Aproximação é
oscilatória
SOLUÇÃO NUMÉRICA
0 500 1000 1500 2000 25000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t(h)
C/C
oDADOS EXPERIMENTAIS:Dinâmica na saída do leito
‘ SOLUÇÃO NUMÉRICA
BALANÇO MACROSCÓPICO
BALANÇO MICROSCÓPICO
COLOCAÇÃO ORTOGONAL EM ELEMENTOS FINITOS
COLOCAÇÃO ORTOGONAL CLÁSSICA
i=1 i=2 i=ne... ... ...
ξ(2)=+1ξ(2)=0
np nr
Pontos de colocação: Raízes do polinômio de Jacobi +
ambas as extremidades
Pontos de colocação: Raízes do polinômio de Jacobi + extremidade
superior
Equações de continuidade nas interfaces
Plugin OCFEM: Método de Colocação ortogonal
DAESolver: “dasslc” - Integração do sistema de
equações algébrico-diferencial não-linear
NLASolver : “complex” – Otimização (Método
dos poliedros flexíveis)
IMPLEMENTAÇÃO EM EMSO
VARIÁVEISyypq
SR
PARÂMETROSη
ERb
qmax
PARÂMETROS
ESTIMADOSPeKRKA
Pe = 1.76509;KR=0.4951; eta = 2.67e-7; KA=2.24003; ER=7.68e-7; b = 4.67;qmax=4.33e6;
CONCENTRAÇÃO NO FLUIDO
0 500 1000 1500 2000 2500-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t(h)
y
z
AJUSTE AOS DADOS EXPERIMENTAIS
0 500 1000 1500 2000 25000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t(h)
ysaí
da
DINÂMICA AO LONGO DO LEITO
INFLUÊNCIA DA REAÇÃO QUÍMICA
KR
INFLUÊNCIA DA DISPERSÃO AXIAL
Pe
INFLUÊNCIA DA ADSORÇÃO
Perfil axial de y
0 500 1000 1500 2000 2500
0
0.5
1-0.5
0
0.5
1
tz
y
PERFIL DE y NA DIREÇÃO AXIAL
0500
10001500
20002500
0
0.2
0.4
0.6
0.8-2
0
2
4
6
8
10
x 10-12
tz
yp
x=1
0 500 1000 1500 2000 2500
0
0.5
1-5
0
5
10
15
20
x 10-14
tz
yp
x=0,9
0500
10001500
20002500
00.2
0.40.6
0.8-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
tz
yp
x=0,16
PERFIL DE yp NA DIREÇÃO AXIAL
0500
10001500
20002500
0
0.2
0.4
0.6
0.8-5
0
5
10
15
x 10-5
t
Perfil axial de q para r=3
r
q
0500
10001500
20002500
0
0.2
0.4
0.6
0.8-5
0
5
10
15
x 10-5
t
Perfil axial de q para r=1
r
q
x=0,16
x=0,9
PERFIL DE q NA DIREÇÃO AXIAL
Z
Z
Perfil axial de SR
0500
10001500
20002500
0
0.2
0.4
0.6
0.80
0.5
1
1.5
2
SR
Perfil axial de SR para r=3
tr
0500
10001500
20002500
0
0.2
0.4
0.6
0.80
0.5
1
1.5
2
SR
Perfil axial de SR para r=1
tr
x=0,16
x=0,9
PERFIL DE SR NA DIREÇÃO AXIAL
Z
Z
Perfil de yp na partícula
0500
10001500
20002500
0
0.5
1-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t
Perfil de yp na partícula na entrada do leito
r
yp
0500
10001500
20002500
0
0.5
1-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t
Perfil de yp na partícula no final do leito
r
yp
PERFIL DE yp NA PARTÍCULA
Próximo à entrada do leito
Próximo à saída do leito
x
x
Perfil de q na partícula
0500
10001500
20002500
0
0.5
1-5
0
5
10
15
x 10-5
t
Perfil de q na partícula na entrada do leito
r
q
0
1000
2000
3000
00.20.40.60.81
-5
0
5
10
x 10-5
rt
q
Próximo à entrada do leito
Próximo à saída do leito
PERFIL DE q NA PARTÍCULA
xx
x
Perfil de SR na partícula
0500
10001500
20002500
0
0.5
10
0.5
1
1.5
2
SR
Perfil de SR na partícula na entrada do leito
tr
0500
10001500
20002500
0
0.5
10
0.5
1
1.5
2
SR
Perfil de SR na partícula no final do leito
tr
Próximo à entrada do leito
Próximo à saída do leito
PERFIL DE SR NA PARTÍCULA
x
x
0 500 1000 1500 2000 2500-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t(h)
ysaí
da
Dados Experimentais
ne=4
ne=8
Número de Elementos
ne=4 t=0,208s
ne=8t=0,351
Número de Pontos de Colocação nos Elementos
0 500 1000 1500 2000 2500-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t(h)
ysaí
da
Dados Experimentais
np=5
np=6
np=3+2 t=0,208s
np=4+2t=0,236
Número de Pontos de Colocação na Partícula
0
500
1000
1500
2000
2500
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
tr
yp
01000
20003000
0
0.5
1-2
0
2
4
x 10-4
tr
q
01000
20003000
0
0.5
10
0.5
1
1.5
2S
R
tr
nr=3+1 t=0,208s
nr=4+1t=0,222
x
x
x
01000
20003000
0
0.5
10
0.5
1
1.5
2
SR
Perfil de SR na partícula na entrada do leito
tr
Influência da relação Dp/Rp
0500
10001500
20002500
0
0.5
1-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t
Perfil de q na partícula na entrada do leito
r
q
0500
10001500
20002500
0
0.5
1-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t
Perfil de yp na partícula na entrada do leito
r
yp
Aumento de 104 vezes
x
x
x
x
Um maior entendimento do modelo é necessário!!!
Desafios
0 500 1000 1500 2000
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Calculado Experimental
CCo
t (horas)
0 500 1000 1500 2000 25000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t(h)
ysaí
da
MODELO ATUAL MODELO ANTERIOR