Avaliação dos coeficientes de transferência de massa e hidrodinâmica de diferentes geometrias de células eletroquímicas para o tratamento de BTX

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2015
Autor(a) principal: Nóbrega, Diogo Rosembergh da Silva
Orientador(a): Huitle, Carlos Alberto Martinez
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Água produzida
Células eletroquímicas
Transferência de massa
BTX
Eletro-oxidação
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/20336
Resumo: Na indústria do petróleo, a água produzida é o maior volume líquido produzido com grande capacidade poluidora. Dentre os contaminantes orgânicos, os aromáticos apresentam o principal risco ao meio ambiente e à saúde da população principalmente BTEX. Ao longo dos últimos anos, a eletroquímica tem se mostrado eficiente na degradação desses compostos, envolvendo apenas a utilização de elétrons como reagentes. Entretanto, o desenho do reator eletroquímico, hidrodinâmica e, consequentemente, o coeficiente de transferência de massa são parâmetros determinantes na eficiência do processo eletroquímico. Dentro desse contexto, o objetivo deste trabalho foi investigar geometrias de células eletroquímicas, visando determinar os coeficientes de transferência de massa e entender a sua hidrodinâmica. Foram estudadas células em batelada e em fluxo, variando a potência da agitação, posição da agitação e espaçamento entre os eletrodos, empregando a técnica de corrente limite, com um gradiente de concentração de 4 a 24 mmol/dm³ de K4[Fe(CN)]6 em proporção molar de 2:1 para K3[Fe(CN)]6 em meio de NaOH 0,5 mol/dm³, a fim de determinar a corrente limite, e consequentemente o coeficiente de transferência de massa (km). Os resultados obtidos mostraram claramente que na célula em batelada, o aumento da agitação e a posição da agitação influenciaram o km; na célula em fluxo, o afastamento dos eletrodos não mostra influencia significativa quando a agitação (fluxo) é direcionada à superfície do eletrodo; e ainda, as células em fluxo se mostraram mais eficientes no que diz respeito à eliminação de resistências físicas inerentes ao tratamento eletro-oxidativo. Por fim, os resultados alcançados mostraram que é possível a aplicação do reator eletroquímico no tratamento de BTX, uma vez que foi identificada uma geometria com o melhor coeficiente de massa, favorecendo a oxidação das espécies na superfície do eletrodo, de forma mais rápida e eficiente.
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Dentre os contaminantes orgânicos, os aromáticos apresentam o principal risco ao meio ambiente e à saúde da população principalmente BTEX. Ao longo dos últimos anos, a eletroquímica tem se mostrado eficiente na degradação desses compostos, envolvendo apenas a utilização de elétrons como reagentes. Entretanto, o desenho do reator eletroquímico, hidrodinâmica e, consequentemente, o coeficiente de transferência de massa são parâmetros determinantes na eficiência do processo eletroquímico. Dentro desse contexto, o objetivo deste trabalho foi investigar geometrias de células eletroquímicas, visando determinar os coeficientes de transferência de massa e entender a sua hidrodinâmica. Foram estudadas células em batelada e em fluxo, variando a potência da agitação, posição da agitação e espaçamento entre os eletrodos, empregando a técnica de corrente limite, com um gradiente de concentração de 4 a 24 mmol/dm³ de K4[Fe(CN)]6 em proporção molar de 2:1 para K3[Fe(CN)]6 em meio de NaOH 0,5 mol/dm³, a fim de determinar a corrente limite, e consequentemente o coeficiente de transferência de massa (km). Os resultados obtidos mostraram claramente que na célula em batelada, o aumento da agitação e a posição da agitação influenciaram o km; na célula em fluxo, o afastamento dos eletrodos não mostra influencia significativa quando a agitação (fluxo) é direcionada à superfície do eletrodo; e ainda, as células em fluxo se mostraram mais eficientes no que diz respeito à eliminação de resistências físicas inerentes ao tratamento eletro-oxidativo. Por fim, os resultados alcançados mostraram que é possível a aplicação do reator eletroquímico no tratamento de BTX, uma vez que foi identificada uma geometria com o melhor coeficiente de massa, favorecendo a oxidação das espécies na superfície do eletrodo, de forma mais rápida e eficiente.The oil and gas production processes generate large volumes of waste with high toxicity. In this industry, produced water is the most produced liquid volume with great polluting capacity. Among the organic contaminants, the aromatics, mainly BTEX, present a major risk to the environment and people's health. Over the past years, many studies have been conducted under the electrooxidation of aromatic compounds, showing that the electrochemical degradation is efficient for these substances, even more importantly, the process involves only the use of electrons as reactants. However, the design of the electrochemical reactor, hydrodynamics and mass transfer coefficients are critical parameters on the efficiency of the electrochemical process. In this context, the objective of this study was to investigate geometries of electrochemical cells, to determine the mass transfer coefficients and understand their hydrodynamics. Cells were studied in batch and flow design, varying stirring rate, the stirring position and spacing between electrodes. In order to determine the current limit, and thus the mass transfer coefficient (Km), it was used a concentration gradient of K4[FeCN]6 / K3[FeCN]6 (2:1) from 4 to 24 mM, in medium of 0.5 M NaOH. The results clearly showed that regarding the batch cell, increasing stirring rate and changing its position promote a considerable effect on Km; in the flow cell, no influences were achieved when the spacing of the electrodes was modified when the stirring (flow) is directed to the electrode surface; and, the flow cells are more efficient with regard to the elimination of inherent physical resistance to the electrochemical treatment. Finally, the results showed that the application of reactor is possible to treat electrochemically BTX because the better geometry has been identified, favoring the oxidation of the species on the electrode surface more rapidly and efficiently.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEOUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICAÁgua produzidaCélulas eletroquímicasTransferência de massaBTXEletro-oxidaçãoAvaliação dos coeficientes de transferência de massa e hidrodinâmica de diferentes geometrias de células eletroquímicas para o tratamento de BTXEvaluation of mass transfer coeficients and hydrodinamics from diferents geometrys of electrochemical cells for BTXinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALAvaliacaoCoeficientesTransferência_Nobrega_2015.pdfAvaliacaoCoeficientesTransferência_Nobrega_2015.pdfapplication/pdf3146655https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/20336/1/AvaliacaoCoeficientesTransfer%c3%aancia_Nobrega_2015.pdfa9a8a1e615a5945c289a76fc8e176b6dMD51TEXTDiogoRosemberghDaSilvaNobrega_DISSERT.pdf.txtDiogoRosemberghDaSilvaNobrega_DISSERT.pdf.txtExtracted texttext/plain184502https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/20336/6/DiogoRosemberghDaSilvaNobrega_DISSERT.pdf.txt9af6f1027f8d03f7f624f58b2ead2015MD56AvaliacaoCoeficientesTransferência_Nobrega_2015.pdf.txtAvaliacaoCoeficientesTransferência_Nobrega_2015.pdf.txtExtracted texttext/plain184502https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/20336/8/AvaliacaoCoeficientesTransfer%c3%aancia_Nobrega_2015.pdf.txt9af6f1027f8d03f7f624f58b2ead2015MD58THUMBNAILDiogoRosemberghDaSilvaNobrega_DISSERT.pdf.jpgDiogoRosemberghDaSilvaNobrega_DISSERT.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4100https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/20336/7/DiogoRosemberghDaSilvaNobrega_DISSERT.pdf.jpg2b4ac63bd93b8faa51267e3e08125e19MD57AvaliacaoCoeficientesTransferência_Nobrega_2015.pdf.jpgAvaliacaoCoeficientesTransferência_Nobrega_2015.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4100https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/20336/9/AvaliacaoCoeficientesTransfer%c3%aancia_Nobrega_2015.pdf.jpg2b4ac63bd93b8faa51267e3e08125e19MD59123456789/203362019-01-29 20:04:11.959oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/20336Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2019-01-29T23:04:11Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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