Queda de pressão em um leito de partículas de xisto : avaliação de modelos para distribuição granulométrica e diâmetros médios equivalentes, estudo do efeito da altura do leito e avaliação de modelos para predição da queda de pressão

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2009
Autor(a) principal: Motta, Éder Presa
Orientador(a): Knesebeck, Alexandre, 1964-
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Eletroquímica
Xisto
Materiais granulados
Particulas
Medidores de pressão
Engenharia Química
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1884/22634
Resumo: Orientador: Prof. Alexandre Knesebeck
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaKnesebeck, Alexandre, 1964-Motta, Éder Presa2024-07-17T20:31:00Z2024-07-17T20:31:00Z2009https://hdl.handle.net/1884/22634Orientador: Prof. Alexandre KnesebeckDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencia e Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 30/10/2009Bibliografia: fls.117-121Ádea de concentração: Desenvolvimento de Processos QuímicosResumo: Este trabalho tem como objetivo avaliar os modelos matematicos existentes para previsao da queda de pressao em um leito de particulas de xisto (Folhelho pirobetuminoso) durante a passagem de um gas. Trata-se, portanto, de um sistema de particulas nao esfericas e de tamanhos e formas nao regulares. Tambem foram avaliados os modelos existentes para descricao das PSD (Particle Size Distribution), os iametros equivalentes sugeridos para representar particulas isoladas e os varios metodos de calculo de diametros medios equivalentes, alem de analisada a influencia da altura do leito na queda de pressao. As amostras estudadas consistem nas massas retidas em quatro peneiras (. h, 1 h, 2 h e 3 h) e a massa retida na bandeja de fundo, proveniente de uma amostra maior de xisto em granulometria usual para retortagem pelo processo PetrosixR. Da parcela retida na bandeja de fundo foram retiradas por peneiramento as particulas passantes na peneira numero 6 (abertura de 3,35 mm). Para cada faixa granulometrica foram pesadas uma serie de particulas (1633 medicoes) com o objetivo de determinar a distribuicao de cada faixa e testar alguns dos modelos para ajuste da PSD encontrados na literatura. Os experimentos foram realizados em um equipamento chamado permeametro, no qual e possivel medir a queda de pressao para um determinado leito de particulas em varias condicoes de velocidade do gas que o atravessa. O gas utilizado nos experimentos foi ar atmosferico. Foram obtidas 13 curvas de queda de pressao em funcao da velocidade do gas, totalizando 288 pontos experimentais, abrangendo uma faixa de numero de Reynolds da particula de 255 . Rep . 4946. Como ferramentas estatisticas para avaliacao dos modelos foram utilizadas o Desvio Padrao dos Residuos, o Desvio Medio Relativo, o Coeficiente de Correlacao e o Desvio Medio Quadratico. O primeiro e o terceiro apresentaram maior coerencia de resultados e, por isso, sao os mais recomendados para este tipo de avaliacao. Foi realizado ajuste comparativo de modelos de PSD, utilizando 23 modelos, atraves da analise dos desvios padrao dos residuos. Foram avaliados tambem os ajustes dos modelos atraves dos diametros equivalentes e do uso da categorizacao por progressao geometrica. Os resultados indicam que a PSD e melhor representada pela distribuicao Log- Normal e, d ntre os modelos empiricos, os de melhores resultados foram os de Griffith (1943) e de Haverkamp 3P (1986). As constantes da Equacao de Ergun (EE) (ERGUN, 1952) foram ajustadas aos dados experimentais e as curvas para a granulometria de . h foram comparadas buscando-se determinar a influencia da altura do leito na queda de pressao. O efeito da altura so foi percebido para Rep maiores que 780. Um modelo empirico foi proposto para incorporar a influencia da altura do leito da constante B da EE. Foram calculadas as contribuicoes de cada parcela da EE e verificado que a maioria dos testes encontram-se na faixa de regime turbulento. Foram avaliados 29 modelos para queda de pressao, com as constantes originais e com as constantes ajustadas aos dados experimentais atraves da minimizacao dos SQerro ( Soma do quadrado das diferencas entre o valor calculado e o experimental), totalizando 52 avaliacoes. O modelo de Oman e Watson (1944) com uma adaptacao empirica proposta neste trabalho foi o que melhor representou os dados, sendo que os desvios em relacao aos valores experimentais apresentam uma clara tendencia em superestimar a queda de pressao em uma faixa de valores nao maiores que 15 %. Caso o efeito de parede seja importante, o uso do modelo de Eisfeld e Schnitzlein (2001) e o mais adequado. Foram avaliados 15 metodos de calculo de diametros medios equivalente para tres diametros equivalentes de particulas isoladas: Diametro Volumetrico, Superficial e Superficial-Volumetrico. Quando do uso da EE com as constantes originais, e mais adequada a utilizacao do diametro superficial-volumetrico como representacao da particula isolada, e o diametro medio volumetrico para representar a mistura de particulas. Quando ha a possibilidade de ajuste das constantes da EE atraves de dados experimentais, pode-se optar tambem pelo uso do dsv ou de um diametro caracteristico ajustado para representar a mistura de particulas. Neste caso, o diametro equivalente utilizado para representar a particula isolada nao tem influencia na qualidade do ajuste, modificando apenas o valor das constantes da EE ajustadas. Para a utilizacao do modelo de Oman e Watson (1944) os melhores resultados foram obtidos com o uso do diametro de peneira.Abstract: This study is aimed at evaluating the current mathematical models for predicting the pressure drop in a bed of shale particles (oil shales) during the passage of a gas. It is therefore a system of non-spherical particles and of irregular sizes and shapes. Current models for description of the PSD (Particle Size Distribution), the equivalent diameter suggested representing individual particles and the various methods for alculating the equivalent average diameters were also evaluated, in addition to analyses of the influence of bed height on pressure drop. The studied samples consist of masses held in four sieves (.,h 1h, 2h and 3h) and mass held in the bottom pan, originating from a larger sample of usual granulometry shale for retorting using the PetrosixR process. The flow-through particles in the number 6 sieve (3.35 mm opening) were removed by sieving from the portion held in the bottom pan. A number of particles (1633 measurements) were weighed for each granulometric range in order to determine the distribution within each range and test some of the models to suit the PSD found in the literature. The experiments were performed in a permeameter device, which enables measuring the pressure drop for a given bed of particles under various onditions of speed of the gas passing through it. Atmospheric air was used as the experiment gas. Thirteen pressure drop curves were obtained as a function of the gas speed, totaling 288 experimental points, covering a range of Reynolds number of particle from 255 . Rep . 4946. The Residue Standard Deviation, the Relative Mean Deviation, the Correlation Coefficient and Square Mean Deviation were used as statistical tools for model evaluation. The first and third yielded more consistent results and therefore are the most recommended for this type of evaluation. Comparative fitting of PSD models were carried out, using 23 models, by analyzing the standard deviations of residues. We also evaluated adjustments of the models thr ugh equivalent diameters and use of categorization by geometric progression. The results indicate that PSD is best represented by the log-normal distribution and from the empirical models, the best results were those of Griffith (1943) and Haverkamp 3P (1986). The constants in the Ergun Equation (EE) (ERGUN, 1952) were itted to the experimental data and ." granulometry curves were compared seeking to determine the impact of bed height on pressure drop. The height effect was perceived only to Rep greater than about 780. An empirical model was proposed to incorporate the impact of bed height of the EE constant B. The contributions of each EE portion were calculated and found that most tests are in the range of turbulent regime. We evaluated 29 models for pressure drop, with the constants given by the authors and with the constant adjusted to the experimental data by minimizing the SQerror, totaling 52 evaluations. The OMAN model (OMAN; WATSON, 1944.) model with an empirical adjustment as proposed in this paper was the one to best represent the data, and the deviations regarding the experimental data show a clear trend to overestimate the pressure drop in a range of values no larger than 15 %. If the wall effect is important, use of the EISFELD model (EISFELD; SCHNITZLEIN, 2001) is the most appropriate. Were evaluated 15 methods for calculating equivalent average diameters for three equivalent diameters of individual particles: Volumetric Diameter, Surface Diameter and Surface-Volumetric Diameter. When using the EE with the original constants, it is more appropriate to use the surface-volumetric diameter as a representation of individual particle, and t e average volumetric diameter to represent the mixture of particles. Where there is the possibility of adjusting the EE constants through experimental data, one can also opt for using the dsv or a characteristic diameter adjusted to represent the mixture of particles. In such case, the equivalent diameter used to represent the ndividual particle has no impact on the quality of the adjustment, changing only the value of the adjusted EE constants. To use the OMAN model (OMAN; WATSON, 1944) the best results were obtained using the diameter of sieving.134f. : il. [algumas color.], tabs.application/pdfDisponível em formato digitalEletroquímicaXistoMateriais granuladosParticulasMedidores de pressãoEngenharia QuímicaQueda de pressão em um leito de partículas de xisto : avaliação de modelos para distribuição granulométrica e diâmetros médios equivalentes, estudo do efeito da altura do leito e avaliação de modelos para predição da queda de pressãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALRelatorio Dissertacao - Eder v5.3x.pdfapplication/pdf2115268https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/22634/1/Relatorio%20Dissertacao%20-%20Eder%20v5.3x.pdf967958e041f42e3339d05278ff730d89MD51open accessTEXTRelatorio Dissertacao - Eder v5.3x.pdf.txtExtracted Texttext/plain223497https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/22634/2/Relatorio%20Dissertacao%20-%20Eder%20v5.3x.pdf.txta8daaaa15a942f99e3c541591b8d22daMD52open accessTHUMBNAILRelatorio Dissertacao - Eder v5.3x.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1162https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/22634/3/Relatorio%20Dissertacao%20-%20Eder%20v5.3x.pdf.jpg9f877b7b62ebd87c28bc37ed1d82b0acMD53open access1884/226342024-07-17 17:31:00.981open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/22634Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082024-07-17T20:31Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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