Análise da torrefação e projeto sistemático para dimensionamento de roscas transportadoras de reatores tipo Auger para processamento termoquímico de biomassas

Abstract

Este trabalho dispõe de duas partes: a primeira referente a uma ampla análise sobre torrefação e a segunda referente uma proposta metodológica para dimensionamento de roscas transportadoras para reatores tipo Auger. A biomassa, quando submetida ao processo de torrefação adquire propriedades aprimoradas, quando comparadas a biomassa original. Esse tratamento térmico custa à biomassa uma certa parcela de massa e energia, devido, principalmente a degradação da hemicelulose de sua estrutura. Os rendimentos mássicos e energéticos para biomassas lenhosas são relativamente elevados até temperaturas de 270°C, logo após esse ponto, a celulose inicia sua degradação e os rendimentos são semelhantes aos da biomassa não-lenhosa. De modo geral o material volátil diminui, teor de cinzas aumenta e características da biomassa se aproximam de tipologias de carvão mineral conforme é aumentado a temperatura de torrefação. Na segunda parte desse trabalho é proposta uma metodologia de cálculo para dimensionamento de roscas transportadoras, utilizadas em reatores Auger/parafuso, em que contabiliza varáveis de projeto básico (diâmetro auger, passo, comprimento, RPM, grau de preenchimento) e confronta com capacidade de carga e comprimento demandado para um determinado tempo de processamento (controlado pela rotação). O dimensionamento serve tanto para reatores de roscas simples, como de roscas duplas, sendo que esta última possui algumas vantagens em termos de eficiência operacional, bem como são menores em comprimento e diâmetro auger.

This work has two parts: the first refers to a broad analysis of roasting and the second refers to a methodological proposal for sizing screw conveyors for auger reactors. Biomass, when subjected to the torrefaction process, acquires improved properties when compared to the original biomass. This thermal treatment costs the biomass a certain amount of mass and energy, mainly due to the degradation of the hemicellulose in its structure. The mass and energy yields for woody biomass are relatively high up to temperatures of 270°C. Soon after this point, cellulose begins to degrade and the yields are similar to those of non-woody biomass. In general, volatile material decreases, ash content increases and biomass characteristics approach those of mineral coal as the torrefaction temperature is increased. In the second part of this work, a calculation methodology is proposed for sizing screw conveyors, used in auger/screw reactors, in which it takes into account basic design variables (auger diameter, pitch, length, RPM, degree of filling) and compares it with the capacity of load and length required for a given processing time (controlled by rotation). The sizing applies to both single-thread and double-thread reactors, the latter of which has some advantages in terms of operational efficiency, as well as being smaller in length and auger diameter.