Modelagem e simulação do processo de troca iônica para remoção de Zn²+(aq) utilizando a zeólita NaY.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: GALLINDO, Andrezza de Araújo Silva. lattes
Orientador(a): RAMOS, Wagner Brandão. lattes, RODRIGUES, Meiry Gláucia Freire. lattes
Banca de defesa: VASCONCELOS, Luís Gonzaga Sales. lattes, LIMA, Lígia Maria Ribeiro. lattes, BARBOSA, Antusia dos Santos. lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Campina Grande
Programa de Pós-Graduação: PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA
Departamento: Centro de Ciências e Tecnologia - CCT
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/handle/riufcg/23570
Resumo: O tratamento de água contaminada por metais tóxicos utilizando troca iônica com zeólitas vêm se tornando atrativo pelos baixos custos de capital e alto potencial de capacidade de remoção. A modelagem matemática desse processo permite o controle operacional e estimativa da capacidade de remoção desses metais. Neste trabalho, a partir de dados da literatura, foi realizada a modelagem cinética em banho finito com os modelos de difusão intrapartícula (DIF) e transferência de massa em filme líquido externo (MFE), e, em coluna de leito fixo com modelos de Thomas (TH), YoonNelson (YN) e de transferência de massa em filme sólido (TMFS), a fim de estimar o tempo de saturação, a capacidade de troca iônica e variáveis de dimensionamento da coluna. No sistema de banho finito a transferência de massa foi melhor representada pelo fenômeno DIF. Nos dados de curva de ruptura referentes à coluna de leito fixo, o modelo do Aspen Adsorption® (TMFS) apresentou melhor ajuste com R2 ≥0,9923, seguido pelos outros modelos com R 2 ≥0,9683. A capacidade média de troca iônica calculada para TMFS, TH e YN foram respectivamente de 2,22, 2,12 e 2,07 meq Zn2+.g1 de zeólita. O software Aspen Adsorption® também foi usado para simular sistemas contínuos variandose a altura do leito e foi constatado que o aumento da altura eleva o tempo de saturação e a capacidade de troca iônica com o metal, enquanto a redução da altura resulta numa dispersão axial como o fenômeno de transferência de massa predominante que reduziu a difusão de íons metálicos zinco (II).
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Neste trabalho, a partir de dados da literatura, foi realizada a modelagem cinética em banho finito com os modelos de difusão intrapartícula (DIF) e transferência de massa em filme líquido externo (MFE), e, em coluna de leito fixo com modelos de Thomas (TH), YoonNelson (YN) e de transferência de massa em filme sólido (TMFS), a fim de estimar o tempo de saturação, a capacidade de troca iônica e variáveis de dimensionamento da coluna. No sistema de banho finito a transferência de massa foi melhor representada pelo fenômeno DIF. Nos dados de curva de ruptura referentes à coluna de leito fixo, o modelo do Aspen Adsorption® (TMFS) apresentou melhor ajuste com R2 ≥0,9923, seguido pelos outros modelos com R 2 ≥0,9683. A capacidade média de troca iônica calculada para TMFS, TH e YN foram respectivamente de 2,22, 2,12 e 2,07 meq Zn2+.g1 de zeólita. O software Aspen Adsorption® também foi usado para simular sistemas contínuos variandose a altura do leito e foi constatado que o aumento da altura eleva o tempo de saturação e a capacidade de troca iônica com o metal, enquanto a redução da altura resulta numa dispersão axial como o fenômeno de transferência de massa predominante que reduziu a difusão de íons metálicos zinco (II).The treatment of water contaminated by toxic metals using ion exchange with zeolites is becoming attractive due to its low capital costs and high potential for removal capacity. Mathematical modeling of this process allows for operational control and estimation of the ability to remove these metals. In this work, the kinetic modeling was performed based on finite bath experimental data, with Intraparticle Diffusion (IPD) and External Liquid Film Mass Transfer (MTEF) models. The models Thomas (TH), YoonNelson (YN) and Solid Film Mass Transfer (MTSF) were used to estimate the saturation time, ion exchange capacity and sizing variables of a fixed bed column. For the finite bath system, the results showed that the mass transfer was better represented by the IPD phenomenon. The breakthrough curve obtained by the Aspen Adsorption® (MTSF) model presented the best fit, compared with experimental data, with R2 ≥0.9923. The average ion exchange capacities calculated for MTSF, TH and YN were respectively 2.22, 2.12 and 2.07 meq Zn2+.g1 of zeolite. The model simulated with Aspen Adsorption was also used to analyze the continuous system behavior, by varying the height of the bed. It was observed that increasing the height, the saturation time and ion exchange capacity also increase, while reducing the height makes axial dispersion the predominant mass transfer phenomenon, which reduces the diffusion of Zn2+ (aq) ions.Submitted by Myleid Lucena (myleid.rafaele@tecnico.ufcg.edu.br) on 2022-02-15T19:44:54Z No. of bitstreams: 1 ANDREZZA DE ARAÚJO SILVA GALLINDO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2021.pdf: 1077882 bytes, checksum: 97e3d57f8f2fdd579826db230a54bcc9 (MD5)Made available in DSpace on 2022-02-15T19:44:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANDREZZA DE ARAÚJO SILVA GALLINDO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2021.pdf: 1077882 bytes, checksum: 97e3d57f8f2fdd579826db230a54bcc9 (MD5) Previous issue date: 2021-12-06Universidade Federal de Campina GrandePÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFCGBrasilCentro de Ciências e Tecnologia - CCTEngenharia QuímicaTroca iônicaZeólita NaYCurva de rupturaAspen AdsorptionSimulaçãoTransferência de massaModelagem cinéticaIon exchangeNaY zeoliteBreakthrough curveAspen AdsorptionSimulationMass transferKinetic modelingModelagem e simulação do processo de troca iônica para remoção de Zn²+(aq) utilizando a zeólita NaY.2021-12-062022-02-15T19:44:54Z2022-02-152022-02-15T19:44:54Zhttps://dspace.sti.ufcg.edu.br/handle/riufcg/23570GALLINDO, Andrezza de Araújo Silva. Modelagem e simulação do processo de troca iônica para remoção de Zn²+(aq) utilizando a zeólita NaY. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2021.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCGTEXTANDREZZA DE ARAÚJO SILVA GALLINDO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2021.pdf.txtANDREZZA DE ARAÚJO SILVA GALLINDO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2021.pdf.txttext/plain172206https://dspace.sti.ufcg.edu.br/bitstream/riufcg/23570/3/ANDREZZA+DE+ARA%C3%9AJO+SILVA+GALLINDO+-+DISSERTA%C3%87%C3%83O+%28PPGEQ%29+2021.pdf.txtd65f455407d7f0333653508379fe3790MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://dspace.sti.ufcg.edu.br/bitstream/riufcg/23570/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINALANDREZZA DE ARAÚJO SILVA GALLINDO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2021.pdfANDREZZA DE ARAÚJO SILVA GALLINDO - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2021.pdfapplication/pdf1077882https://dspace.sti.ufcg.edu.br/bitstream/riufcg/23570/1/ANDREZZA+DE+ARA%C3%9AJO+SILVA+GALLINDO+-+DISSERTA%C3%87%C3%83O+%28PPGEQ%29+2021.pdf97e3d57f8f2fdd579826db230a54bcc9MD51riufcg/235702025-07-24 08:36:48.599oai:dspace.sti.ufcg.edu.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512025-07-24T11:36:48Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false
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