Avaliação cinética da síntese de carbeto de tungstênio (WC) via reação gás-sólido entre paratungstato de amônio (APT) e a mistura gasosa CH4-H2 em reator de leito fixo
The application of tungsten carbide (WC) stands out in the mechanical, chemical and aerospace industries for presenting a unique combination of properties, such as high hardness, high melting point, high wear resistance, great chemical and thermal stability. Traditionally, its production occurs v...
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| Autor principal: | |
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| Outros Autores: | |
| Formato: | bachelorThesis |
| Idioma: | pt_BR |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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| Assuntos: | |
| Endereço do item: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/39574 |
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Cinética química Reação gás-sólido Modelo de Avrami Lei de Potências |
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Cinética química Reação gás-sólido Modelo de Avrami Lei de Potências Silva, Amanda Araujo Gomes da Avaliação cinética da síntese de carbeto de tungstênio (WC) via reação gás-sólido entre paratungstato de amônio (APT) e a mistura gasosa CH4-H2 em reator de leito fixo |
| description |
The application of tungsten carbide (WC) stands out in the mechanical,
chemical and aerospace industries for presenting a unique combination of properties,
such as high hardness, high melting point, high wear resistance, great chemical and
thermal stability. Traditionally, its production occurs via a carburization reaction
between a tungsten source and a carbon source at high temperatures (1400°C and
1800°C) and long reaction time. Several WC synthesis methods have been
investigated in order to obtain powders with high purity and high surface area, and to
optimize processing. The Department of Chemical Engineering at UFRN (DEQ)
developed a synthesis route via gas-solid reaction between ammonium paratungstate
(APT) and the CH4-H2 mixture capable of producing pure tungsten carbide after one
hour of reaction at a temperature of 850 °C in a fixed bed reactor. Various processing
conditions were studied, but kinetic data analysis was not performed. This type of
analysis is a fundamental step in evaluating the feasibility of implementing the
synthesis process on a large scale. Thus, the present work aims to carry out a kinetic
evaluation of the WC synthesis developed by DEQ from methane conversion data
available in the literature. The synthesis data were obtained using the "Digitalize" tool
of the Origin® software, and modeled to verify which kinetic model best fits the
reaction: the Power Law Model (first order reaction) or the Avrami Model. The results
indicate that the 1st order model fits the analyzed experimental data (R2 > 0.90). Kinetic
constant of k= 0.0017 min-1 with R² = 0.935 was determined for synthesis reactions at
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ri-123456789-395742022-09-29T23:24:00Z Avaliação cinética da síntese de carbeto de tungstênio (WC) via reação gás-sólido entre paratungstato de amônio (APT) e a mistura gasosa CH4-H2 em reator de leito fixo Silva, Amanda Araujo Gomes da Araújo, Camila Pacelly Brandão de http://lattes.cnpq.br/4474516366734941 Mashhadikarimi, Meysam http://lattes.cnpq.br/9422624675887080 Silva, Rayane Ricardo da ttp://lattes.cnpq.br/9763159668414027 Costa, Ruan Sávio da http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4381218Z3 Cinética química Reação gás-sólido Modelo de Avrami Lei de Potências The application of tungsten carbide (WC) stands out in the mechanical, chemical and aerospace industries for presenting a unique combination of properties, such as high hardness, high melting point, high wear resistance, great chemical and thermal stability. Traditionally, its production occurs via a carburization reaction between a tungsten source and a carbon source at high temperatures (1400°C and 1800°C) and long reaction time. Several WC synthesis methods have been investigated in order to obtain powders with high purity and high surface area, and to optimize processing. The Department of Chemical Engineering at UFRN (DEQ) developed a synthesis route via gas-solid reaction between ammonium paratungstate (APT) and the CH4-H2 mixture capable of producing pure tungsten carbide after one hour of reaction at a temperature of 850 °C in a fixed bed reactor. Various processing conditions were studied, but kinetic data analysis was not performed. This type of analysis is a fundamental step in evaluating the feasibility of implementing the synthesis process on a large scale. Thus, the present work aims to carry out a kinetic evaluation of the WC synthesis developed by DEQ from methane conversion data available in the literature. The synthesis data were obtained using the "Digitalize" tool of the Origin® software, and modeled to verify which kinetic model best fits the reaction: the Power Law Model (first order reaction) or the Avrami Model. The results indicate that the 1st order model fits the analyzed experimental data (R2 > 0.90). Kinetic constant of k= 0.0017 min-1 with R² = 0.935 was determined for synthesis reactions at T=850°C, Q=17L/h and 1 hour of isotherm. CNPQ A aplicação do carbeto de tungstênio (WC) destaca-se na indústria mecânica, química e aeroespacial por apresentar uma combinação única de propriedades, como elevada dureza, alto ponto de fusão, alta resistência ao desgaste, grande estabilidade química e térmica. Tradicionalmente, sua produção ocorre via reação de carburização entre uma fonte de tungstênio e uma fonte de carbono em altas temperaturas (1400ºC e 1800°C) e longo período de reação. Diversos métodos de síntese de WC vêm sendo investigados com o intuito de obter pós com alta pureza e alta área superficial, e de otimizar o processamento. O Departamento de Engenharia Química da UFRN (DEQ) desenvolveu uma rota de síntese via reação gás-sólido entre paratungstato de amônio (APT) e a mistura de CH4-H2 capaz de produzir carbeto de tungstênio puro após uma hora de reação à temperatura de 850°C em reator de leito fixo. Foram estudadas variadas condições de processamento, mas não foi realizada a análise cinética dos dados. Esse tipo de análise é uma etapa fundamental para avaliar a viabilidade da implementação do processo de síntese em grande escala. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo realizar uma avaliação cinética da síntese de WC desenvolvida pelo DEQ a partir de dados de conversão de metano disponíveis na literatura. Os dados da síntese foram obtidos por meio da ferramenta "Digitalize" do software Origin®, e modelados para verificar qual modelo cinético melhor se adequa a reação: a Lei de Potências (reação de primeira ordem) ou o modelo de Avrami. Os resultados indicam que o modelo de 1ª ordem se adequa aos dados experimentais analisados (R2 > 0, 90). Constante cinética de k= 0,0017 min-1 com R² = 0,935 foi determinada para reações de síntese a T=850°C, Q=17L/h e 1 hora de isoterma. 2021-09-28T00:16:45Z 2021-09-28T00:16:45Z 2021-09-13 bachelorThesis SILVA, Amanda Araujo Gomes da. Avaliação cinética da síntese de carbeto de tungstênio (WC) via reação gás-sólido entre paratungstato de amônio (APT) e a mistura gasosa CH4-H2 em reator de leito fixo. 2021. 43f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/39574 pt_BR Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN ENGENHARIA DE MATERIAIS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS |