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Orientador: Sandra Cristina dos Santos Rocha Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: o papel ainda desempenha um fator chave na cultura e na difusão da informação apesar dos grandes avanços tecnológicos. Embora seja produzido a partir de um recurso renovável, como é a madeira, existe tecnologia que permite a sua reutilização a partir de fibras recuperadas. A recic1agem do papel permite uma grande redução na quantidade de resíduos sólidos urbanos, evitando a utilização de recursos naturais tais como a madeira e a água, além de diminuir bastante o consumo energético na indústria papeleira. A produção da polpa de celulose é o grande consumidor de energia no processo de fabricação do papel, seguido da secagem do papel, que é o segundo processo neste tipo de indústria que mais consome energia. A secagem é um processo complexo, de grande importância tanto em termos energéticos como também na qualidade do produto final. Neste contexto, este trabalho teve como proposta analisar a secagem de polpa de celulose a partir de fibras recuperadas para a fabricação de papel cartão recic1ado. Para tanto, projetou-se um secador convectivo, em escala laboratorial, para a secagem da polpa de papel. Foram determinadas as curvas de secagem em função de diferentes condições operacionais e as isotermas de dessorção do papel pelo método dinâmico. Uma análise da qualidade do produto foi realizada para as diferentes condições, além da análise energética do processo. Paralelamente, fez-se um estudo comparativo entre a secagem natural ao ar livre (utilizada em pequenas produções) e a secagem .por convecção forçada no secador projetado. Complementando o estudo da secagem, analisou-se o encolhimento do papel durante a secagem, relacionando-o com as condições operacionais do processo, as características físicas e a qualidade do produto. O secador desenvolvido neste trabalho mostrou-se adequado para a secagem do papel recic1ado tipo cartão, apresentando uma eficiência energética compatível com a dos secadores utilizados na indútria papeleira (24,53%). Verificou-se que o aumento da temperatura e da velocidade do ar de secagem influencia positivamente no processo, reduzindo significativamente o tempo de secagem. No entanto, a qualidade do papel é inferior nas condições mais dráticas de secagem, obtendo-se um produto final com superfície menos uniforme e mais ressecada. No estudo de encolhimento durante a secagem, assim como na análise da qualidade da superfície (J Abstract: Even though the great technological advances, the paper still carries out an important role in the culture and in the diffusion of information. Although it is produced by a renewable source, as the wood, technology allowing paper reuse is available. A selective pick up is necessary for the pulp processing from recovered fibers. The paper recycling allows a great reduction of the amount of urban solid residues, avoiding the use of natural sources as wood and water, besides decreasing a lot the energy consumption in the paper industry. The production of the cellulose pulp is the first great energy consumer in the process of paper production, followed by the paper drying process. The drying is a complex process, of great importance, not only in energy terms, but for the quality of the final product. In this context, this work had the objective to analyze the drying of cellulose pulp made from recovered fibers for the production of card type recycled paper. For this, a convective dryer was projected, in laboratorial scale, for the drying of the paper pulp. The drying curves as a function of different operating conditions were analyzed and the paper dessorption isotherms were determined by the dynamic method. An analysis of the product quality was accomplished for different conditions, as well as the process energy consumption evaluation. A comparative study between the natural drying (used in small productions) and the drying by forced convection was also effectuated. To complement the drying analysis, the shrinkage of the paper was evaluated during the drying and related to the operating conditions, physical characteristics and quality of the product. The dryer developed in this work showed to be appropriate for the drying of the recycled card type paper , presenting energy efficiency compatible with dryers used in paper industries (24,53%). It was verified that the increase of the temperature and velocity of the drying air influenced the process reducing the drying time. However, the quality of the paper is poor for severe operating conditions, leading to a less uniform final product, having a very dry surface. In the paper shrinkage study during drying, as well as in the analysis of the surface quality, similar results were gotten for the papers dried at 70 and 80°C. Significant modifications of structural properties and a low quality of the product were verified for the paper dried at 90°C, indicating a limit to the air temperature for the convective drying of the analyzed recycled papeI. The paper dried at 90°C suffered 15% of surface shrinkage and also 40% of linear and volume reduction during the falling rate drying phase. The paper dried under softer operating conditions (66°C; O,22m/s) presented characteristics similar to the paper naturally dried. Thus, a type card recycled paper can be producted with adequate quality using the convective drier, reducing significantly the necessary time for the drying af the paper sheet Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Sandra Cristina dos Santos Rocha, Antonio Marsaioli Junior Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: O aproveitamento de resíduos industriais tem se tornado muito importante para evitar contaminação do meio e reaproveitar recursos até então considerados desperdícios ou perdas nas indústrias químicas e de alimentos. Na atualidade não se tem um valor aproximado da produção de leite de soja no mundo, mas sabe-se que grandes quantidades de resíduo são geradas pela produção do leite de soja, resíduo este que na literatura se denomina "Okara". Uma forma de aproveitar este resíduo é através de uma operação de secagem. A secagem é uma tecnologia amplamente utilizada pelas indústrias para manter a qualidade e prolongar a vida de prateleira dos produtos devido à diminuição das reações degradativas. Outro resultado da secagem é a diminuição do tamanho e peso do produto, facilitando assim seu transporte e armazenamento. No entanto, ainda hoje, apesar dos avanços tecnológicos nas indústrias químicas e de alimentos, persistem problemas quanto aos métodos específicos adequados para a secagem dos diferentes materiais biológicos, especialmente aqueles usados para alimentação humana. O resíduo de leite de soja é rico em proteínas, fibras e vitaminas, o que o torna de grande importância para diminuir o grande déficit de proteína que tem a população mundial, além de ser possível elaborar novos produtos utilizando o Okara seco como ingrediente e desta forma dar valor agregado aos novos produtos. O Okara apresenta-se como um material particulado muito úmido 80% (b.u.), e com alto teor de umidade superficial. A realização de uma operação mecânica de prensagem anterior à operação de secagem é necessária, para reduzir o teor de umidade até cerca de 60% (b.u.), otimizando dessa maneira a secagem, sem gastos não necessários de energia. O Okara é um material termo-sensível e, enquanto úmido, altamente deteriorável. Após o processo de prensagem, este material é particulado, altamente coesivo, de difícil escoamento, poroso e com alto teor de umidade interna (não podendo ser caracterizado como uma pasta). O objetivo desta pesquisa é estudar a secagem do resíduo do leite de soja, Okara, utilizando três tipos de secadores: secador de leito de jorro, secador de cilindro rotativo com aplicação de microondas e secador de forno de microondas. A secagem no leito de jorro foi realizada em batelada, enquanto, no secador de cilindro rotativo com aplicação de microondas, foi realizada em forma contínua. Foi necessária a utilização de material inerte nestes dois secadores: no secador de leito de jorro o inerte que apresentou melhor fluidodinâmica junto com o Okara úmido foi o polipropileno; diferente do secador rotativo, onde o inerte que apresentou melhor acompanhamento no transporte do Okara. dentro do cilindro foi o poliestireno. O processo de elaboração do Okara foi o mesmo para os dois equipamentos. As variáveis de processo analisadas no secador de leito de jorro foram: temperatura do ar de secagem, razão entre a vazão do ar e a vazão de jorro mínimo e tempo de trituração do material; no secador rotativo com aplicação de microondas as variáveis independentes analisadas foram: temperatura e vazão do ar de secagem e potência das microondas. Para os dois secadores foi elaborado um planejamento fatorial 2³, tendo como respostas avaliadas: teor de umidade para um determinado tempo de secagem e constantes do modelo de Page para a cinética de secagem (esta última apenas para o secador de leito de jorro). Foi ainda avaliado o desempenho operacional de ambos secadores, através da produtividade e eficiência térmica do processo. Foram também determinadas as propriedades físicas para o material antes e à saída nos secadores. O secador de forno de microondas foi utilizado para determinar as curvas de secagem, controlando-se as mesmas variáveis independentes analisadas no secador de cilindro rotativo. Abstract: The use of industrial residues has become more and more important to avoid the environment contamination and to make use of resources considered wastes in the chemical and food industries. Actually, the approximated soy milk production in the world is unknown; however, it is known that large amounts of its residue, named "Okara", are generated by its production. Drying is an operation that could make this residue viable. The drying is a technology widely used by the industries to improve the quality and extend the shelf-life of the products due the decrease of the degraded reactions. Another result of a drying process is the decrease of the product's weigh and size, facilitating its transport and storage. However, until now, despite the technologic overhauls in the chemical and food industries, problems persist on defining the specific appropriate methods to dry different biological materials, mainly those used as human food. The soy milk residue is rich in proteins, fibers and vitamins, what makes it important in decreasing the enormous protein deficit of the world population, beyond the possibility of elaborating new products using Okara as ingredient, thus giving aggregate value to these new products. Okara is a very moist particulate material, 80% (b.u.), with high content of superficial moisture. A mechanic pressing operation before drying is indicated to decrease the Okara initial moisture content to around 60% (b.u.) and in this way optimize the drying process, without non-necessaries energy losses. The Okara is a thermo-sensible material and, while wet, highly deteriorative. After pressing, this material is particulate, highly cohesive, hard flowing, porous and with highly internal moist content (being not possible to be characterized as a paste). The objective of this research is the analysis of the soy milk residue drying using three types of dryers: conventional spouted bed dryer, rotary cylindrical dryer assisted by microwaves and microwave oven drier. The drying in the spouted bed was made in batch process while, in the rotary cylindrical dryer with application of microwaves it was conducted continuously. The use of inert material inside the dryer was necessary in both cases: in the spouted bed dryer, the inert that showed better fluid-dynamic with the Okara was the polypropylene, while in the rotary dryer the inert that showed better transport monitoring of Okara particles was the polystyrene. The same procedure was followed to prepare the Okara for both equipments. The variables analyzed in the spouted bed dryer were: drying air temperature, ratio between the air flow rate and minimum spout flow rate and time of material shredding; in the rotary cylindrical dryer assisted by microwaves, the independent variables were: drying air temperature and flow rate and microwave power. For both dryers, an experimental factorial design, 2³, was applied and the responses analyzed were: Okara moisture content for a fixed drying time and parameters of Page model for the drying kinetics (the last for the spouted bed dryer only). Operational performance was also determined for both dryers by productivity and process thermal efficiency. Physical properties were determined for Okara before drying and after the dryer exit. The microwave oven dryer was used to determine the drying kinetics, controlling the same variables as in the rotary cylindrical dryer. Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Marcelo Nitz da Costa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Acetato de sódio e um sal orgânico produzido pela reação do acido acético com hidróxido de sódio. Depois da cristalização e separação os cristais úmidos são secos. Já o cloreto de potássio e um sal inorgânico extraído de rochas e águas salinas muito utilizado na industria química como fertilizante. Esses sais são higroscópicos, coesivos quando úmidos, e geralmente são secos em secadores de leitos fluidizados. No presente trabalho foi utilizado um secador de leito pulso-fluidizado (PFB) que e uma modificação do secador de leito fluidizado convencional. Neste equipamento uma taxa constante de ar e suprido para o secador. Um distribuidor de gás instalado sob a câmara de secagem promove a pulsação pela corrente de gás alternada. A principal vantagem desta técnica e o uso de uma vazão de ar menor quando comparada com outras. O PFB utilizado neste trabalho possui uma área de secção transversal de 0,18 metros quadrados e constituído de quatro seções. Inicialmente foi realizado o estudo fluidodinâmico dos sais secos e úmidos. Posteriormente as curvas de secagem do acetato de sódio e cloreto de potássio foram determinadas para diferentes condições de secagem (temperatura do ar e freqüência de pulsação). A secagem e fluidodinâmica em leito fluidizado convencional foram feitas para que a comparação com o leito pulsado fosse possível. Resultados mostraram que as taxas de secagem foram maiores na fluidizarão pulsante devido ao melhor comportamento fluidodinâmico: o fluxo intermitente ajuda a romper partículas aglomeradas e conseqüentemente prover melhor contato entre gás - partícula. Abstract: Sodium acetate is a salt produced by the reaction of acetic acid with sodium hydroxide. After crystallization and separation, the wet crystals are dried. Potassium chloride is an inorganic salt extracted from rocks and saline water. It is mainly used in the chemical industry as a fertilizer. These salts are hygroscopic particulate materials, which are dried in fluidized beds or rotary dryers. In this work a pulsed-fluid bed (PFB) dryer was used, which is a variation of the conventional fluidized bed dryer. In this equipment, a constant airflow rate is supplied to the dryer. A gas distributor installed upstream of the drying chamber provides the pulsed-flow by alternating the gas stream. The main advantage of this technique is the lower airflow rate supplied when compared with competitive techniques. The PFB used in this work has a cross section area of 0.18 m2 and it has four sections. Initially, the fluid-dynamic study of dry and wet salts was performed. Subsequently the drying curves of sodium acetate and potassium chloride were determined for different drying conditions (inlet air temperature and pulsation frequency). Drying and Fluid-dynamic was performed in conventional fluidized bed drying, so that results could be compared. Results showed that the drying rates were higher under pulsed fluidization due to the better fluid-dynamic behavior: the intermittent flow can help to break particle agglomerates and therefore provide better contact between particles and the gas. Mestrado Engenharia de Processos Mestre em Engenharia Química

Orientadores : Sandra Cristina dos Santos Rocha, Meuris Gurgel Carlos da Silva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Doutorado Engenharia de Processos Doutor em Engenharia Química