carla luciane manske camargo professores: argimiro resende secchi evaristo chalbaud biscaia rio de...

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