Estudio de la devolatilización térmica y Evaluación cinética de la

Estudio de la devolatilización térmica y Evaluación cinética de
la pirolisis de Manihot Esculenta por medio de Balanza
termogravimétrica acoplado a espectrómetro de masas TG/MS
C. Ariza*, A. Albis* , E. Ortiz‡ , A. Suarez῀ , A. Díaz‡ , E. Donado‡
*Grupo de Investigación Bioprocesos, Facultad de Ingeniería, Universidad del
Atlántico
‡ Grupo de Investigación en Física de materiales, Facultad de Ciencias Básicas,
Universidad del Atlántico,
῀Grupo de Investigación en Ingeniería de procesos y sistemas inteligentes,
Universidad Jorge Tadeo Lozano
Agenda
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Introducción
Materiales y Metodos
Resultados
Conclusiones
Introducción
Devolatilizacion de los residuos agroindustriales de yuca.
Pirolisis
• Líquidos combustibles
• Muchas reacciones
• Varias fases
• Mecanismos desconocidos
TG/MS
• Cinética
• Identificación de productos
Manihot Esculenta
• Residuo agroindustrial
Proceso de devolatización
Descomposicion termica en ausencia de Oxigeno.
Proceso de devolatización
Pirólisis
Torrefacción lenta
Gasificación
Gas
Char
Carbonización lenta
Agua
Organicos
Intermedia
Rapida
0%
20%
40%
60%
80% 100%
TG/MS
Materiales y métodos
Manihot Esculenta
• 90 µm < fraction < 120 µm
Helio
• 99,999 %
Condiciones experimentales
• Rango de temperatura: 25-1000 °C
• Purga: 4 horas + 1 hora de enfriamiento
• Rampas de calentamiento: 10 y 100 K/min
• Temperatura del capilar: 200 °C
• Flujo de helio: 120 ml/min
• Tamaño de la muestra: 2-8 mg
Equipos
Balanza
Termogravimetrica,
TA-Instument
Espectrofotometro de masas, Balzer Thermostar
2950,
acoplado
a
Modelo DAEM
Modelo cinético
• Conversion:
𝛼=
𝑚0 −𝑚
𝑚0 −𝑚𝑓
• Ecuación cinética:
• n=1
𝐸
𝑑𝛼
−
= 𝑘𝑒 𝑅𝑇 1 − 𝛼
𝑑𝑡
• Dependencia de la temperatura:
𝑘 = 𝑘0 exp(−
• EA es normalmente distribuido.
• k0 es similar para grupos de reacciones
• Resolucion del modelo: MatLab®
Açıkalın. 2012. J Therm Anal Calorim. v 109, 227
Várhegyi. 2002. Energy and Fuels, v 16, 724.
𝐸𝐴
)
𝑅𝑇
𝑛
Modelo de Energía de
Activación Distribuida
• Señal (DTA o intensidad de masa ):
𝑀
𝑌 𝑐𝑎𝑙𝑐 𝑡 = −
𝑐𝑗
𝑗=1
𝑑𝑥𝑗
𝑑𝑡
• Ecuación cinética
𝑑𝑋𝑗 𝑡, 𝐸
−
= 𝐴𝑗 𝑒 −𝐸/𝑅𝑇
𝑑𝑡
𝑡
𝑋𝑗 𝑡, 𝐸
• Si a una función de distribución D es asumido por E para cada
grupo de reacciones, entonces xj es:
∞
𝑥𝑗 𝑡 =
0
𝐷𝑗 𝐸 𝑋𝑗 𝑡, 𝐸 𝑑𝐸
• La integral es evaluada como:
1
𝑥𝑗 𝑡 ≅ 𝜋 −1/2
2
𝑁
𝑤𝑖 𝑒𝑥𝑝 0.75 𝑋𝑗 𝑡, 𝜇𝑖𝑗
𝑖=1
Várhegyi. 2009. J. Anal. Appl. Pyrolysis, v 86, 310.
Várhegyi. 2002. Energy and Fuels, v 16, 724.
𝜇𝑗 =
2 𝐸 − 𝐸0,𝑗
2𝜎𝑗
Resultados
Resultados
Resultados
Resultados
masa/carga Posible molécula
masa/carga Posible molécula
2
H2
31
CH3O
12
C
32
O2, CH4O
14
CH2
40
C3H4
44
CO2 , C3H8
17
18
H2O
46
NO2
26
C2H2, CN
53
C7H6O++
28
CO, C2H4
55
C3H3O-, C4H7+
30
HCHO+ (CH3NH+,NO+),
C2H6
58
C2H2O2, C3H6O,
C4H10
Resultados
Resultados
Conclusiones
• Nuevos datos sobre la devolatilización térmica de Manihot
Esculenta lo que permite optimizar el proceso
• Se observan un evento térmico el cual corresponde a la
pirolisis de la holocelulosa
• Muchos fragmentos de moléculas corresponden a sus
respectivas señales m/z, fueron identificados
Bibliografía
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Agradecimientos