Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-19T17:03:38Z No. of bitstreams: 1 WAGNER BRANDÃO RAMOS - TESE PPGEQ 2016..pdf: 17733872 bytes, checksum: 5e6f59ac00a4f15f43c3f335dc3b2075 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-19T17:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WAGNER BRANDÃO RAMOS - TESE PPGEQ 2016..pdf: 17733872 bytes, checksum: 5e6f59ac00a4f15f43c3f335dc3b2075 (MD5) Previous issue date: 2016-08-22 / Capes / A destilação extrativa é um método bastante utilizado em indústrias alcooleiras para se obter etanol anidro, cujo processo é composto por duas colunas de destilação, onde a primeira coluna (coluna de destilação extrativa) tem como função desidratar o etanol e a segunda coluna (coluna de recuperação) recuperar o solvente utilizado no processo. Colunas de destilação são responsáveis por um consumo bastante elevado de energia em uma planta e, por isso, diversos métodos de otimização têm sido publicados na literatura, cujos resultados propõem mudanças nas condições operacionais e design do sistema. Além da necessidade de que este sistema opere em condições ótimas, também é necessário se obter um sistema de controle eficiente e que seja capaz de manter o etanol anidro produzido dentro da especificação desejada, mesmo diante distúrbios que ocorrem normalmente neste processo. Sendo assim, o tema deste trabalho surgiu da união destes dois pontos importantes, otimização e controle, no qual o objetivo é estudar o comportamento dinâmico e o controle do processo de destilação extrativa para obtenção de etanol anidro, utilizando etileno glicol como solvente e com integração térmica entre correntes do processo. Sob este escopo, traçou-se objetivos específicos inexistentes na literatura consultada, que são as influências da integração térmica, do teor de solvente e do grau de pureza de etanol anidro que se deseja obter sobre o controle de sistemas de destilação extrativa. Os resultados mostram que o teor de solvente e a presença da integração térmica causam desvios na composição do produto de interesse (etanol anidro), em comparação com o processo sem integração térmica, quando ocorrem distúrbios na alimentação para o mesmo sistema de controle. O grau de pureza de etanol anidro que se deseja obter também causa influência no controle da pureza. De maneira geral, estes efeitos se apresentaram de forma mais acentuada nos casos em que o sistema opera com alto teor de solvente (condição que representa menor consumo energético). Sendo assim, foram propostas modificações no esquema de controle, proporcionando melhores resultados para estes casos. / Extractive distillation is a method widely used in the alcohol industry to obtain anhydrous ethanol, which process consists of two distillation columns where the first column (extractive distillation column) has the function to dehydrate ethanol and the second column (recovery column) recovers the solvent used in the process. Distillation columns are responsible for a very high energy consumption in a plant and thus various methods of optimization, which results suggest changes in operating conditions and system design, have been published in the literature. In addition to the need for this system to operate in optimum conditions, it is also necessary to provide an efficient control system that is able to maintain anhydrous ethanol produced within the desired specification even after the disturbances that normally occur in this process. Thus, the theme of this work arose from the union of these two important points, optimization and control, in which the goal is to study the dynamic behavior and the control of the extractive distillation process for obtaining anhydrous ethanol, using ethylene glycol as a solvent and thermal integration between process streams. Under this scope, specific objectives nonexistent in the literature were drawn, which are the influences of thermal integration, solvent content and the degree of purity of anhydrous ethanol to be obtained on the control of extractive distillation systems. The results show that the solvent content and the presence of thermal integration causes deviations in the product composition of interest (anhydrous ethanol) compared to the process without heat integration, when disturbances occur in the feed for the same control system. The degree of purity of anhydrous ethanol to be obtained also causes influence over controllability. Generally, these effects are exhibited more markedly when the system operates with high solvent content (optimum operating point). So changes were proposed for the control scheme, providing better results for these cases.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-08T19:42:36Z No. of bitstreams: 1 THIAGO GONÇALVES DAS NEVES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 9202960 bytes, checksum: bd716eca5d4f915809c1ee1d36838c10 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-08T19:42:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 THIAGO GONÇALVES DAS NEVES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 9202960 bytes, checksum: bd716eca5d4f915809c1ee1d36838c10 (MD5) Previous issue date: 2016-04-25 / CNPq / Em colunas de destilação, as rígidas especificações de qualidade do produto final exigem que o sistema de controle das colunas de destilação possua alto grau de desempenho. Nos casos em que ocorrem distúrbios na alimentação em colunas extrativas é muito difícil manter a composição do produto em seu valor referência, visto que, após o distúrbio, os setpoints dos controladores deixam de corresponder exatamente às especificações dos produtos. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e a implementação de um Soft Sensor inteligente para fins de controle em uma coluna extrativa de produção de etanol anidro, usando o etilenoglicol como solvente. Para fazer a previsão dos novos setpoints diante perturbações, foi utilizado o conceito de Redes Neurais Artificiais, que se mostrou como uma solução rápida e viável. Os resultados mostraram que para a faixa de distúrbios considerada, o Soft Sensor foi capaz de prever a nova condição de regime, por meio da determinação inteligente dos novos setpoints de controladores presentes na instrumentação original da coluna. O controle apresentou desempenho satisfatório, mantendo o produto no topo e no fundo da coluna dentro das especificações. / In high purity distillation columns, the strict quality specifications of the final product require that the distillation columns control system have a high degree of performance. In cases where disturbances occur in the extractive columns feed, it is very difficult to maintain the composition of the product in its reference value, since, after the disturbance, the setpoints of the controllers fail to correspond exactly to the products specifications. The aim of this work is the development and implementation of an inteligent Soft Sensor for control purposes in an extractive column for anhydrous ethanol production, using ethylene glycol as solvent. To forecast the new setpoints before disturbance, the concept of Artificial Neural Networks was usesd, which proved to be a fast and feasible solution. The results showed that for range considered disturbances, the Soft Sensor was able to predict the new system condition, by intelligently determining the new setpoints of the controllers present in the original instrumentation of the column. The control showed satisfactory performance, keeping the products at the top and bottom of the column within specifications.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-09T21:26:45Z No. of bitstreams: 1 ÍCARO CAZÉ NUNES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1246845 bytes, checksum: 5fd8aea1ce8a8a07ece97288182d8814 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-09T21:26:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ÍCARO CAZÉ NUNES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1246845 bytes, checksum: 5fd8aea1ce8a8a07ece97288182d8814 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / Devido a sua natureza de transição, a etapa de partida, para um processo de destilação, apresenta uma série de problemas operacionais. Esses problemas interferem quase sempre no tempo necessário para que se atinja o regime permanente e a planta comece a operar conforme desejado. A partir do desenvolvimento de um procedimento de partida adequado, é possível minimizar os transientes envolvidos nesta etapa, reduzindo dessa forma, o tempo empreendido para se alcançar o estado estacionário. O presente trabalho surgiu a partir da observação da literatura técnica consultada, o qual apresenta poucos relatos de estudos sistemáticos sobre estratégias para a redução do tempo de transição na partida de unidades de destilação, mais especificamente, à destilação extrativa. Portanto, este trabalho consistiu em desenvolver, implementar e avaliar procedimentos alternativos para a operação de partida aplicados a uma coluna de destilação extrativa, a qual faz parte do processo de produção de etanol anidro, a partir de uma mistura azeótropica originalmente composta por etanol-água utilizando o etilenoglicol como solvente. Este trabalho teve como objetivo minimizar o tempo necessario para que a coluna extrativa em estudo estabelecesse o regime estacionário. As simulações para representar o modelo de destilação multicomponente foram realizadas nos simuladores comerciais Aspen PlusTM e Aspen Plus DynamicsTM. O trabalho também contemplou a implementação de uma configuração de controle capaz de evitar a formação de transientes no processo, como também realizou o esvaziamento do sistema, resultando em um modelo de coluna vazia e fria a temperatura de 20º C e pressão de 1 bar. Analisaram-se três procedimentos para a operação de partida: alimentando a coluna com a mistura etanol-água e o solvente ao mesmo tempo, alimentando o solvente 0,5 horas após a alimentação da mistura etanol-água e alimentando o solvente 1,0 hora após a alimentação da mistura etanol-água. Como esperado, observa-se que ao alimentar a coluna de destilação com a mistura etanolágua e o solvente ao mesmo tempo, obteve como resultado um tempo para alcançar o estado estacionário menor que os demais. / Due to the nature of the transition the startup of a distillation process has a large number of operational problems. These problems often affect time undertaken for the attainment of the steady state and the plant begins to operate as desired. From the development of an appropriate starting, it is possible to minimize transients involved in this step, thereby reducing the time required to reach steady state. This work arose from the observation of technical literature consulted, which has few reports of systematic studies on strategies to reduce the transition time at the starting distillation units, particularly in terms of extractive distillation. Therefore, this study was to develop, implement and evaluate alternative procedures for starting operation applied to an extractive distillation column which is part of anhydrous ethanol production process, from an originally composed by azeotropic mixture ethanol- water using ethylene glycol as solvent. This study aimed to minimize the time required for the extraction column under study to establish the steady state. The simulations to represent the model of multicomponent distillation were carried out in the commercial simulator Aspen PlusTM and Aspen Plus DynamicsTM. The work also contemplated to implement a control configuration can avoid the formation of transients in the process, but also made the evacuation system, resulting in an empty column model and cold temperature of 20 C and pressure of 1 bar. Three procedures were analyzed for starter operation: feeding the column with the ethanol-water mixture and the solvent while feeding after 0.5 hours the solvent power of ethanol-water mixture, and feeding the solvent 1.0 hours after feeding the ethanol-water mixture. As expected, it was observed that feeding the distillation column with the ethanol-water mixture and the solvent at the same time, the time obtained as a result of transient lower than the others.

Submitted by Dilene Paulo (dilene.fatima@ufcg.edu.br) on 2018-04-13T15:41:27Z No. of bitstreams: 1 RIVANA MABEL LUCENA OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1154206 bytes, checksum: 45fbf5b56861974e34403f5a5215119d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-13T15:41:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RIVANA MABEL LUCENA OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEQ) 2017.pdf: 1154206 bytes, checksum: 45fbf5b56861974e34403f5a5215119d (MD5) Previous issue date: 2017 / Capes / Sequências de destilação extrativa têm recebido uma atenção especial dos pesquisadores devido ao alto consumo energético e à baixa eficiência termodinâmica associados a esse processo. A eficiência termodinâmica vem sendo abordada de forma bastante simplificada pela literatura, e neste trabalho, este termo foi abordado intrinsecamente, de modo que o sentido físico dos termos: trabalho mínimo, trabalho equivalente, trabalho perdido e produção de entropia, relacionados à eficiência, foram discutidos do ponto de vista físico e matemático. Técnicas de intensificação vem recebendo destaque no que se refere a redução do consumo energético e custos de processos de destilação, e a integração térmica surge como alternativa para reduzir o consumo energético de processos de destilação. As sequências de destilação extrativa convencional sem e com integração térmica foram abordadas neste trabalho dos pontos de vista ótimo econômico, termodinâmico e energético, utilizando o parâmetro teor de solvente como principal parâmetro de análise. Além do alto consumo energético e baixa eficiência termodinâmica, os processos de destilação extrativa incluem ainda uma fonte de irreversibilidade que é relatado como responsável pela baixa eficiência termodinâmica desses processos, e este foi outro ponto de análise para os fluxogramas abordados. Os estudos de caso foram as misturas azeotrópicas etanol-água e acetona-metanol utilizando etileno glicol e água, como solventes, respectivamente. Usando o procedimento proposto, as sequências com e sem integração térmica foram analisadas considerando o sistema como um todo, para os termos econômicos e termodinâmicos, e, cada coluna (extrativa e de recuperação) em separado para termos termodinâmicos, além da avaliação do efeito remixing. Os resultados mostram que a configuração com integração térmica não só é termodinamicamente mais eficiente quando comparada a configuração sem integração, como também apresentou menores valores de TAC e consumo energético, mesmo quando valores negativos para eficiência termodinâmica são encontrados, e que os termos termodinâmicos devem ser comparados para casos que envolvem a separação da mesma mistura. / Extractive distillation sequences have received special attention from researchers due to the high energy consumption and the low thermodynamic efficiency associated to this process. The thermodynamic efficiency has been simplified in the literature, but in this work it was approached intrinsically, thus the physical meaning of the terms related to efficiency like minimum work, work equivalent, lost work and entropy production were discussed from a physical and mathematical point of view. Process intensification alternatives have been highlighted in the reduction of energy consumption and costs in the distillation processes. Likewise, thermal integration is an alternative to reduce the energy consumption of distillation processes. The conventional extractive distillation sequences with and without thermal integration were approached in this work. They were analyzed from the economic, thermodynamic and energy optimum points of view and the main parameter of analysis was the solvent content. In addition to the high energy consumption and low thermodynamic efficiency, the extractive distillation also include a irreversibility that is reported as responsible for the low thermodynamic efficiency of this process, and this was another point of analysis on the flowcharts studied. The study cases were the azeotropic mixtures formed from ethanol-water and acetone-methanol using ethylene glycol and water as solvents, respectively. The sequences with and without thermal integration were studied considering the proposed procedure and the whole system was analyzed for the economic and thermodynamic terms, also each column (extractive and recovery columns) was separately analyzed for thermodynamic terms, besides the evaluation of the remixing effect. The results show that the configuration with thermal integration is thermodynamically more efficient when compared to the non-integration configuration, moreover the configuration with thermal integration presented lower values of TAC and energy consumption, even when negative values for thermodynamic efficiency are found, and that the thermodynamic terms must be compared to cases involving the separation of the same mixture.

Etanol é um dos combustíveis renováveis mais importantes e contribui com a redução dos impactos negativos causados pela utilização de combustíveis fósseis por todo o mundo. É obtido principalmente pela fermentação dos açúcares provenientes da cana-de-açúcar e do milho. O produto da fermentação possui aproximadamente 96,5% molar de água, e um dos desafios é a obtenção econômica de um produto com pureza acima dos 99% molar em etanol para a utilização no setor de transporte. O presente trabalho tem por objetivo a otimização do processo de destilação extrativa do etanol utilizando glicerol como agente extrator. Esse solvente é um subproduto no processo de produção do diesel renovável, e estudou-se sua viabilidade como substituto do solvente derivado de fontes naturais não-renováveis, etileno glicol. Vinte e duas diferentes configurações de colunas de destilação simples e complexas foram avaliadas nesta investigação. O recente modelo de coeficientes de atividade F-SAC foi ajustado para a melhor representação de dados de equilíbrio líquido-vapor e de coeficiente de atividade em diluição infinita coletados na literatura. A predição do modelo F-SAC foi superior comparando-se a outros modelos de atividade. A média na diferença absoluta, quando comparado ao modelo NRTL chegou a valores aproximadamente 47% menores. O modelo do processo foi construído em um simulador baseado em equações, onde balanços de massa e de energia são resolvidas simultaneamente, buscando possíveis alterações para a redução do consumo energético e aumento na produtividade. A influência dos principais parâmetros do processo foi avaliada via simulações e descobriu-se que uma configuração e operação ótimas do sistema por destilação extrativa podem gerar significativa redução no consumo energético do processo. A economia em termos energéticos pode atingir valores de até 10% quando comparados com a melhor configuração disponível na literatura. / Ethanol is one of the most important renewable fuels and contributes to reducing the negative impacts caused by the use of fossil fuels worldwide. It is mainly obtained by the fermentation of sugars from sugar cane and corn. The fermentation broth has approximately 96.5% of water molar, and an economic challenge is to obtain a product with purity above 99% of ethanol molar to use in the transportation sector. The present work aims at optimizing the process of extractive distillation of ethanol using glycerol as extracting agent. This solvent is a byproduct in the renewable diesel production and was then studied as an alternative for ethylene glycol, the curently used non-renewable solvent. Twenty-two different configurations of simple and complex column sequences were evaluated in this investigation. The recent F-SAC activity coefficient model was adjusted to the best representation of vapor-liquid equilibrium and infinite dilution activity coefficient data from the literature. The prediction of the F-SAC model was superior when compared with other activity coefficient models. The average absolute difference was up to 47% smaller when compared with the NRTL model. The process model was built on an equation-based simulator, where mass and energy balances are solved simultaneously, looking for possible changes to reduce the energy demands and raise the production. The influence of the main process parameters was evaluated via simulations and we have found that an optimal operation of the system by extractive distillation with glycerol can lead to significant reduction in the energy consumption of the process. The energy savings could reach values up to 10% when compared with the best configuration available in the literature using ethylene glycol as entrainer.

O processo de destilação extrativa com N-formilmorfolina (NFM) pode ser utilizado para separação do benzeno de uma corrente contendo hidrocarbonetos não aromáticos com seis carbonos. Cerca de 20 componentes distintos constituem a corrente de interesse. Neste trabalho, primeiramente, buscou-se o conjunto de dados experimentais disponíveis de equilíbrio de fases e coeficiente de atividade em diluição infinita para estimar os parâmetros de interação binária do modelo NRTL capaz de representar o processo de separação de uma planta existente. Os parâmetros faltantes foram estimados a partir do modelo de predição baseado em contribuição de grupos, UNIFAC. O processo de destilação extrativa foi simulado utilizando-se um simulador comercial e uma boa correlação com os dados de planta foi encontrada. A influência na operação de diversos parâmetros, como relação solvente/carga e temperatura do solvente foram estudadas. Os valores ótimos teóricos foram obtidos e podem ser implementados para melhoria do processo. Identificou-se uma extrema sensibilidade do perfil da coluna com o calor fornecido pelo refervedor, indicando que pode ser uma fonte de instabilidades. Além disso, foi identificada baixa eficiência na seção de recheio, que também dificulta a especificação dos produtos de interesse. / Extractive distillation processes with N-formylmorpholine (NFM) are industrially used to separate benzene from non-aromatics hydrocarbons of six carbons. In the process studied in this work, the stream of interest consists of nearly 20 different hydrocarbons. A new set of NRTL parameters was correlated based on literature experimental data. Both vapor-liquid equilibrium data as well as infinite dilution activity coefficient were taken into account; missing parameters were estimated with the UNIFAC group contribution model. The extractive distillation process was simulated using a commercial simulator. Very good agreement with plant data was obtained. The influence of the main parameters in operation, solvent to feed ratio and solvent temperature were studied. The theoretical optimum values were obtained and can be implemented to improve the industrial process. Extreme static sensitivity with respect to reboiler heat was observed indicating that this can be the source of instabilities. In addition a low efficiency was identified at the packing section, contributing to the products specification problem as well.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-08T20:19:59Z No. of bitstreams: 1 BRUNO BRITO DANTAS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1656780 bytes, checksum: eef180b8a56ee0bcd0361febde377c56 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-08T20:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BRUNO BRITO DANTAS - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016..pdf: 1656780 bytes, checksum: eef180b8a56ee0bcd0361febde377c56 (MD5) Previous issue date: 2016-10 / Capes / A destilação extrativa é um dos mais importantes procedimentos utilizados para a separação de misturas azeotrópicas na indústria química, porém é um método relativamente caro, tendo em vista sua alta demanda energética. As limitações dessa operação vêm estimulando durante décadas, estudos acerca de alternativas que os minimizem. A intensificação de processos por meio do acoplamento térmico entre colunas de destilação é uma opção que vem recebendo cada vez mais atenção, haja vista os bons resultados que trabalhos publicados nessa área têm apresentado. Porém, recentemente alguns estudiosos tiveram conclusões que vão de encontro à toda eficiência creditada ao acoplamento térmico, o que torna necessário ainda mais estudos a cerca dessa tecnologia. Devido a essas divergências, surgem também dúvidas a respeito do método mais adequado para a implementação de um sistema de destilação termicamente acoplado, uma vez que se observa o emprego de diversos métodos na tentativa de alcançar um design para essas configurações que nem sempre repercutem na melhor alternativa. Neste trabalho foi descrito um procedimento para a obtenção do ótimo design de sequências de destilação convencional (CS) e termicamente acoplada (TCS), além da obtenção do ótimo operacional, baseado no método de otimização desenvolvido por Figueiredo et al. (2015). A metodologia foi aplicada à simulação de dois sistemas, acetonametanol-água (M1) e acetona-metanol-DMSO (M2), e seus resultados foram comparados em termos de consumo anual total (TAC) e consumo específico de energia (SEC) com a literatura. A aplicação do procedimento de otimização alcançou reduções de até 30% e 15% do TAC das configurações CS e TCS, respectivamente, quando comparadas com a literatura, comprovando sua eficiência. Ademais, o uso de diferentes solventes nos permitiu chegar à conclusão de que nem sempre o acoplamento térmico é a melhor opção. / Extractive distillation is one of the most important procedures for the separation of azeotropic mixtures in the chemical industry, but it is a relatively expensive method, given its high energy demand. The limitations of this operation has been stimulating for decades, studies on alternatives to minimize them. The intensification process through thermal coupling between distillation columns is an option that has been receiving increasing attention, considering the good results that papers published in this area have shown. But recently some researchers presented findings that go against all efficiency credited to the thermal coupling, which makes it even more necessary studies about this technology. Due to such differences, questions arise regarding the most appropriate method for implementing a distillation system thermally coupled, as observed employing various methods in the attempt at achieving a design for those configurations that impact is not always the best alternative. This paper described a procedure for obtaining the optimal design of conventional distillation sequences (CS) and thermally coupled (TCS), in addition to obtaining the optimum operating based on the optimization method developed by Figueiredo et al. (2015). The methodology was applied to the simulation of two systems, acetone-methanol-water (M1) and acetone-methanol-DMSO (M2), and their results were compared in terms of TAC and SEC with literature. The application of the optimization procedure resulted in reductions of 30% and 15% of the TAC of the CS and TCS configurations, respectively, when compared with the literature, proving its efficiency. Futhermore, the use of different solvents has allowed us to reach the conclusion that not always the thermal coupling is the best option.

O processo de destilação extrativa com N-formilmorfolina (NFM) pode ser utilizado para separação do benzeno de uma corrente contendo hidrocarbonetos não aromáticos com seis carbonos. Cerca de 20 componentes distintos constituem a corrente de interesse. Neste trabalho, primeiramente, buscou-se o conjunto de dados experimentais disponíveis de equilíbrio de fases e coeficiente de atividade em diluição infinita para estimar os parâmetros de interação binária do modelo NRTL capaz de representar o processo de separação de uma planta existente. Os parâmetros faltantes foram estimados a partir do modelo de predição baseado em contribuição de grupos, UNIFAC. O processo de destilação extrativa foi simulado utilizando-se um simulador comercial e uma boa correlação com os dados de planta foi encontrada. A influência na operação de diversos parâmetros, como relação solvente/carga e temperatura do solvente foram estudadas. Os valores ótimos teóricos foram obtidos e podem ser implementados para melhoria do processo. Identificou-se uma extrema sensibilidade do perfil da coluna com o calor fornecido pelo refervedor, indicando que pode ser uma fonte de instabilidades. Além disso, foi identificada baixa eficiência na seção de recheio, que também dificulta a especificação dos produtos de interesse. / Extractive distillation processes with N-formylmorpholine (NFM) are industrially used to separate benzene from non-aromatics hydrocarbons of six carbons. In the process studied in this work, the stream of interest consists of nearly 20 different hydrocarbons. A new set of NRTL parameters was correlated based on literature experimental data. Both vapor-liquid equilibrium data as well as infinite dilution activity coefficient were taken into account; missing parameters were estimated with the UNIFAC group contribution model. The extractive distillation process was simulated using a commercial simulator. Very good agreement with plant data was obtained. The influence of the main parameters in operation, solvent to feed ratio and solvent temperature were studied. The theoretical optimum values were obtained and can be implemented to improve the industrial process. Extreme static sensitivity with respect to reboiler heat was observed indicating that this can be the source of instabilities. In addition a low efficiency was identified at the packing section, contributing to the products specification problem as well.

Etanol é um dos combustíveis renováveis mais importantes e contribui com a redução dos impactos negativos causados pela utilização de combustíveis fósseis por todo o mundo. É obtido principalmente pela fermentação dos açúcares provenientes da cana-de-açúcar e do milho. O produto da fermentação possui aproximadamente 96,5% molar de água, e um dos desafios é a obtenção econômica de um produto com pureza acima dos 99% molar em etanol para a utilização no setor de transporte. O presente trabalho tem por objetivo a otimização do processo de destilação extrativa do etanol utilizando glicerol como agente extrator. Esse solvente é um subproduto no processo de produção do diesel renovável, e estudou-se sua viabilidade como substituto do solvente derivado de fontes naturais não-renováveis, etileno glicol. Vinte e duas diferentes configurações de colunas de destilação simples e complexas foram avaliadas nesta investigação. O recente modelo de coeficientes de atividade F-SAC foi ajustado para a melhor representação de dados de equilíbrio líquido-vapor e de coeficiente de atividade em diluição infinita coletados na literatura. A predição do modelo F-SAC foi superior comparando-se a outros modelos de atividade. A média na diferença absoluta, quando comparado ao modelo NRTL chegou a valores aproximadamente 47% menores. O modelo do processo foi construído em um simulador baseado em equações, onde balanços de massa e de energia são resolvidas simultaneamente, buscando possíveis alterações para a redução do consumo energético e aumento na produtividade. A influência dos principais parâmetros do processo foi avaliada via simulações e descobriu-se que uma configuração e operação ótimas do sistema por destilação extrativa podem gerar significativa redução no consumo energético do processo. A economia em termos energéticos pode atingir valores de até 10% quando comparados com a melhor configuração disponível na literatura. / Ethanol is one of the most important renewable fuels and contributes to reducing the negative impacts caused by the use of fossil fuels worldwide. It is mainly obtained by the fermentation of sugars from sugar cane and corn. The fermentation broth has approximately 96.5% of water molar, and an economic challenge is to obtain a product with purity above 99% of ethanol molar to use in the transportation sector. The present work aims at optimizing the process of extractive distillation of ethanol using glycerol as extracting agent. This solvent is a byproduct in the renewable diesel production and was then studied as an alternative for ethylene glycol, the curently used non-renewable solvent. Twenty-two different configurations of simple and complex column sequences were evaluated in this investigation. The recent F-SAC activity coefficient model was adjusted to the best representation of vapor-liquid equilibrium and infinite dilution activity coefficient data from the literature. The prediction of the F-SAC model was superior when compared with other activity coefficient models. The average absolute difference was up to 47% smaller when compared with the NRTL model. The process model was built on an equation-based simulator, where mass and energy balances are solved simultaneously, looking for possible changes to reduce the energy demands and raise the production. The influence of the main process parameters was evaluated via simulations and we have found that an optimal operation of the system by extractive distillation with glycerol can lead to significant reduction in the energy consumption of the process. The energy savings could reach values up to 10% when compared with the best configuration available in the literature using ethylene glycol as entrainer.

Etanol é um dos combustíveis renováveis mais importantes e contribui com a redução dos impactos negativos causados pela utilização de combustíveis fósseis por todo o mundo. É obtido principalmente pela fermentação dos açúcares provenientes da cana-de-açúcar e do milho. O produto da fermentação possui aproximadamente 96,5% molar de água, e um dos desafios é a obtenção econômica de um produto com pureza acima dos 99% molar em etanol para a utilização no setor de transporte. O presente trabalho tem por objetivo a otimização do processo de destilação extrativa do etanol utilizando glicerol como agente extrator. Esse solvente é um subproduto no processo de produção do diesel renovável, e estudou-se sua viabilidade como substituto do solvente derivado de fontes naturais não-renováveis, etileno glicol. Vinte e duas diferentes configurações de colunas de destilação simples e complexas foram avaliadas nesta investigação. O recente modelo de coeficientes de atividade F-SAC foi ajustado para a melhor representação de dados de equilíbrio líquido-vapor e de coeficiente de atividade em diluição infinita coletados na literatura. A predição do modelo F-SAC foi superior comparando-se a outros modelos de atividade. A média na diferença absoluta, quando comparado ao modelo NRTL chegou a valores aproximadamente 47% menores. O modelo do processo foi construído em um simulador baseado em equações, onde balanços de massa e de energia são resolvidas simultaneamente, buscando possíveis alterações para a redução do consumo energético e aumento na produtividade. A influência dos principais parâmetros do processo foi avaliada via simulações e descobriu-se que uma configuração e operação ótimas do sistema por destilação extrativa podem gerar significativa redução no consumo energético do processo. A economia em termos energéticos pode atingir valores de até 10% quando comparados com a melhor configuração disponível na literatura. / Ethanol is one of the most important renewable fuels and contributes to reducing the negative impacts caused by the use of fossil fuels worldwide. It is mainly obtained by the fermentation of sugars from sugar cane and corn. The fermentation broth has approximately 96.5% of water molar, and an economic challenge is to obtain a product with purity above 99% of ethanol molar to use in the transportation sector. The present work aims at optimizing the process of extractive distillation of ethanol using glycerol as extracting agent. This solvent is a byproduct in the renewable diesel production and was then studied as an alternative for ethylene glycol, the curently used non-renewable solvent. Twenty-two different configurations of simple and complex column sequences were evaluated in this investigation. The recent F-SAC activity coefficient model was adjusted to the best representation of vapor-liquid equilibrium and infinite dilution activity coefficient data from the literature. The prediction of the F-SAC model was superior when compared with other activity coefficient models. The average absolute difference was up to 47% smaller when compared with the NRTL model. The process model was built on an equation-based simulator, where mass and energy balances are solved simultaneously, looking for possible changes to reduce the energy demands and raise the production. The influence of the main process parameters was evaluated via simulations and we have found that an optimal operation of the system by extractive distillation with glycerol can lead to significant reduction in the energy consumption of the process. The energy savings could reach values up to 10% when compared with the best configuration available in the literature using ethylene glycol as entrainer.