Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-03T19:50:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalExcesso.pdf: 3388028 bytes, checksum: 89d3219641232ffac08847d5117dcebf (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-03T21:00:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalExcesso.pdf: 3388028 bytes, checksum: 89d3219641232ffac08847d5117dcebf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-03T21:00:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_EstudoExperimentalExcesso.pdf: 3388028 bytes, checksum: 89d3219641232ffac08847d5117dcebf (MD5) Previous issue date: 1990-08-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo principal deste trabalho foi a determinação experimental do excesso da energia livre de Gibbs de sistemas binários do tipo hidrocarboneto/álcool. A seleção dos sistemas teve como critérios a expansão de informações experimentais sobre o excesso da energia livre de Gibbs e um estudo sistemático do comportamento do excesso da energia livre de Gibbs face à variação da temperatura e à modificação da cadeia do hidrocarboneto. O excesso da energia livre de Gibbs foi determinado através de medidas isotérmicas do equilibrio de fases liquido/vapor. O equipamento u1ilizado para as determinações experimentais foi um ebuliometro de recirculação das fases em equilibrio de marca ¿FISCHER", que é uma versão comercial do ebuliometro Stage - MUller- (1961). Com a finalidade de testar o desempenho do equipamento foram de'terminadas as curvas de pressão de vapor do etanol e da água na faixa de 13 a 107 KPA, e os dados de equi1ibrio líquido/vapor para o sistema ciclohexano/tolueno a 323,15 K. Os dados ob'tidos Coram comparados com os da literatura. Foram estudados os sistemas ciclohexano/2-butanol e n-hexano/2-butanol a 323,15 K, 338,15 K e 348,15 K. Todos os dados experimentais foram testados quanto a consistência termodinâmica. Os dados experimentais do excesso da energia livre de Gibbs foram correlacionados através da teoria de solução associada UNlQUAC e através da equação UNIQUAC. Foram propostas duas modificações no modelo de solução associada UNIQUAC com a finalidade de diminuir o número de parâmetros ajustáveis. / The main propose or this work was the experimental determination or the excess Gibbs free energy or binary systems of the hydrocarbon/alcohol type. The criteria used for selection of the systems included the expansion or experimental information about, the excess Gibbs free energy and a systematic study of its behaviour with regard to temperature variation and modification in the hydrocarbon chain. The excess Gibbs free energy was determined through isotermal measures or vapor/liquid phase equilíbria. A ¿FISCHER¿ recirculating still,which is a commercial version of the Stage-Muller recirculating still (1961), was used for collecting experimental data. In order to test, the performance of the equipament the vapor pressure curves for ethanol and water in the range 13 to 107 kPa and the vapor/liquid equilibrium Data for the cyclohexane/toluene system at 323,15 K,were determined. The collected data were compared w1t,h literature results. The sstems,cyclohexane/2-butanol and n-hexane/2-butanol were studied at 323,15, 338,15 and 348,15 K. All experimental data were tested with regard to thermodynamic consistency. The excess Gibbs free energy experimental data were correlated through the UNIQUAC associated solution theory, and the UNIQUAC equation. In order to decrease the number of adjustable parameters, two modifications were proposed to the UNIQUAC associated solution theory.

Agência Nacional do Petróleo / O comportamento de fases para sistemas binários com um hidrocarboneto leve e um pesado é muito importante tanto para o projeto real de um processo quanto para o desenvolvimento de modelos teóricos. Para atender a crescente demanda por informação experimental de equilíbrio de fases a altas pressões, o objetivo deste estudo é obter uma metodologia que substitua parcialmente ou maximize a pouca informação experimental disponível. Para isto propõe-se a modelagem do equilíbrio de fases em misturas de hidrocarboneto leve com um pesado, sem o conhecimento da estrutura molecular do pesado, inferindo-se os parâmetros do modelo a partir da modelagem de dados de ponto de bolha obtidos na literatura. Esta metodologia implica não só na descrição do equilíbrio de fases de um sistema como na estimação das propriedades críticas do pesado, de difícil obtenção devido ao craqueamento destes a altas temperaturas. Neste contexto, este estudo apresenta uma estratégia que estima indiretamente as propriedades críticas dos compostos pesados. Para isto, foram correlacionados dados experimentais de ponto de bolha de misturas binárias contendo um hidrocarboneto leve e um pesado, usando-se dois modelos: o de Peng-Robinson e o TPT1M (Teoria da Polimerização Termodinâmica de primeira ordem de Wertheim modificada). Os parâmetros ajustados com o modelo de Peng-Robinson correspondem diretamente às propriedades críticas do composto pesado, enquanto os ajustados com o modelo TPT1M foram usados para obtê-las. Esta estratégia fornece parâmetros dependentes do modelo, porém permite o cálculo de outras propriedades termodinâmicas, como a extrapolação da temperatura dos dados estudados. Além disso, acredita-se que a correlação dos parâmetros obtidos com as propriedades críticas disponíveis ajudará na caracterização de frações pesadas de composição desconhecida / The phase behavior of binary systems with a light hydrocarbon and a heavy one is very important both for the design of a process and the development of theoretical models. To meet the growing demand for information from experimental phase equilibria at high pressures, this study aims to obtain a methodology to replace partially or maximize the little experimental data available. Therefore it is proposed to model the phase equilibria in hydrocarbon mixtures with a heavy compound, without the knowledge of its molecular structure, inferring the model parameters from the data modeling of bubble point from the literature. This methodology involves not only the description of phase equilibrium of a system as the estimation of critical properties of heavy hydrocarbons, difficult to obtain due to its cracking at high temperatures. In this context, this work presents a strategy that indirectly estimates critical properties of heavy compounds. Here, bubble point experimental data of binary mixtures containing a light HC and a heavy one are correlated by using a TPT1 (Wertheims first order thermodynamic polymerization theory) model of freely joined tangent spheres employing the square-well potential with variable well width as segment interaction potential. The fitted parameters are used in order to obtain the heavy compound critical properties. The Peng-Robinson model was also used for comparison. This strategy provides model dependent parameters, but allows the calculation of other thermodynamic properties, i.e. temperature extrapolation of the studied data. Besides, the correlation of the obtained parameters with available critical properties will help in the characterization of the heavy fractions

Atualmente, com tecnologias sendo desenvolvidas para que as plantas industriais se tornem cada vez mais eficientes, é necessário a compreensão e o conhecimento com grande precisão das propriedades termodinâmicas dos fluidos e compostos envolvidos em processos como a destilação, extração líquido-líquido, entre outros. Para tal, modelagens termodinâmicas são feitas visando determinar o comportamento de fases e a qualidade de misturas presentes nas etapas dos processos industriais e até mesmo do produto final. Entre os modelos termodinâmicos mais utilizados, a equação de estado de Peng-Robinson com Translação de Volume fornece ótimos resultados para o equilíbrio de fases líquido-vapor de substâncias puras e misturas. Esta equação foi utilizada, em conjunto ao método de Contribuição de Grupos, para realizar a modelagem termodinâmica de vários sistemas binários contendo componentes presentes no biodiesel, a baixas e altas pressões. Além disso, foi feita a análise experimental e o teste de consistência termodinâmica do sistema metanol + palmitato de metila à pressão constante de 1,0 bar. Os pontos experimentais deste sistema considerados termodinamicamente consistentes também foram modelados com a mesma equação de estado. Os resultados mostraram que a equação de Peng-Robinson com Translação de Volume e Contribuição de Grupos fornece baixos erros relativos, podendo ser usada em simulações de processos de produção e purificação de biodiesel. / Nowadays, with technologies being developed for industrial plants to increase their efficiency, it is necessary to understand and to know with good accuracy the thermodynamic properties of the fluids and compounds involved in processes such as distillation, liquid-liquid extraction, and others. To this purpose, thermodynamic modeling for these substances is done aiming to determine the phase behavior of mixtures present in the industrial processes and even in the final product. Among the used thermodynamic models, there is the Volume Translated Peng-Robinson equation of state, which provides good results for the liquid-vapor phase equilibrium of mixtures and pure substances. This equation was used with the Group Contribution method to model thermodynamically several binary systems containing biodiesel components at low and high pressures. In addition, the experimental analysis and the thermodynamic consistency test for the system methanol + methyl palmitate at constant pressure of 1,0 bar was done. The points of this system considered thermodynamically consistent were also modeled with the same equation of state. The results showed that the Volume Translated Peng-Robinson equation with Group Contribution provides low relative errors and can be used in simulations of biodiesel production and purification processes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas. / Nowadays, there are mathematical models capable of predicting accurately the relationships among state properties; and this task is very important in Chemical Engineering context, since these models can be used to evaluate the performance of chemical processes. Moreover, they are of fundamental importance for oil reservoir simulation and separation processes. These models are known as equations of state and can be used in phase equilibrium problems, mainly in vapor-liquid equilibrium. Recently, a mathematical theorem was formulated (Reduction Theorem), which provides the conditions for the reduction in the dimensionality of the phase equilibrium problem for multicomponent mixtures described by cubic equations of state and classical mixing and combination rules. This theorem shows how to a well-defined class of thermodynamic models (cubic equations of state and classical mixing rules), one can reduce the dimensionality of various phase equilibrium problems. This method is very advantageous for mixtures of many components, providing a significant reduction in the computation time and producing accurate results. In this work, we presented some numerical experiments with test-mixtures using the reduction technique to obtain dew point pressures at specified temperatures.

Agência Nacional do Petróleo / O comportamento de fases para sistemas binários com um hidrocarboneto leve e um pesado é muito importante tanto para o projeto real de um processo quanto para o desenvolvimento de modelos teóricos. Para atender a crescente demanda por informação experimental de equilíbrio de fases a altas pressões, o objetivo deste estudo é obter uma metodologia que substitua parcialmente ou maximize a pouca informação experimental disponível. Para isto propõe-se a modelagem do equilíbrio de fases em misturas de hidrocarboneto leve com um pesado, sem o conhecimento da estrutura molecular do pesado, inferindo-se os parâmetros do modelo a partir da modelagem de dados de ponto de bolha obtidos na literatura. Esta metodologia implica não só na descrição do equilíbrio de fases de um sistema como na estimação das propriedades críticas do pesado, de difícil obtenção devido ao craqueamento destes a altas temperaturas. Neste contexto, este estudo apresenta uma estratégia que estima indiretamente as propriedades críticas dos compostos pesados. Para isto, foram correlacionados dados experimentais de ponto de bolha de misturas binárias contendo um hidrocarboneto leve e um pesado, usando-se dois modelos: o de Peng-Robinson e o TPT1M (Teoria da Polimerização Termodinâmica de primeira ordem de Wertheim modificada). Os parâmetros ajustados com o modelo de Peng-Robinson correspondem diretamente às propriedades críticas do composto pesado, enquanto os ajustados com o modelo TPT1M foram usados para obtê-las. Esta estratégia fornece parâmetros dependentes do modelo, porém permite o cálculo de outras propriedades termodinâmicas, como a extrapolação da temperatura dos dados estudados. Além disso, acredita-se que a correlação dos parâmetros obtidos com as propriedades críticas disponíveis ajudará na caracterização de frações pesadas de composição desconhecida / The phase behavior of binary systems with a light hydrocarbon and a heavy one is very important both for the design of a process and the development of theoretical models. To meet the growing demand for information from experimental phase equilibria at high pressures, this study aims to obtain a methodology to replace partially or maximize the little experimental data available. Therefore it is proposed to model the phase equilibria in hydrocarbon mixtures with a heavy compound, without the knowledge of its molecular structure, inferring the model parameters from the data modeling of bubble point from the literature. This methodology involves not only the description of phase equilibrium of a system as the estimation of critical properties of heavy hydrocarbons, difficult to obtain due to its cracking at high temperatures. In this context, this work presents a strategy that indirectly estimates critical properties of heavy compounds. Here, bubble point experimental data of binary mixtures containing a light HC and a heavy one are correlated by using a TPT1 (Wertheims first order thermodynamic polymerization theory) model of freely joined tangent spheres employing the square-well potential with variable well width as segment interaction potential. The fitted parameters are used in order to obtain the heavy compound critical properties. The Peng-Robinson model was also used for comparison. This strategy provides model dependent parameters, but allows the calculation of other thermodynamic properties, i.e. temperature extrapolation of the studied data. Besides, the correlation of the obtained parameters with available critical properties will help in the characterization of the heavy fractions

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Atualmente, existem modelos matemáticos capazes de preverem acuradamente as relações entre propriedades de estado; e esta tarefa é extremamente importante no contexto da Engenharia Química, uma vez que estes modelos podem ser empregados para avaliar a performance de processos químicos. Ademais, eles são de fundamental importância para a simulação de reservatórios de petróleo e processos de separação. Estes modelos são conhecidos como equações de estado, e podem ser usados em problemas de equilíbrios de fases, principalmente em equilíbrios líquido-vapor. Recentemente, um teorema matemático foi formulado (Teorema de Redução), fornecendo as condições para a redução de dimensionalidade de problemas de equilíbrios de fases para misturas multicomponentes descritas por equações de estado cúbicas e regras de mistura e combinação clássicas. Este teorema mostra como para uma classe bem definidade de modelos termodinâmicos (equações de estado cúbicas e regras de mistura clássicas), pode-se reduzir a dimensão de vários problemas de equilíbrios de fases. Este método é muito vantajoso para misturas com muitos componentes, promovendo uma redução significativa no tempo de computação e produzindo resultados acurados. Neste trabalho, apresentamos alguns experimentos numéricos com misturas-testes usando a técnica de redução para obter pressões de ponto de orvalho sob especificação de temperaturas. / Nowadays, there are mathematical models capable of predicting accurately the relationships among state properties; and this task is very important in Chemical Engineering context, since these models can be used to evaluate the performance of chemical processes. Moreover, they are of fundamental importance for oil reservoir simulation and separation processes. These models are known as equations of state and can be used in phase equilibrium problems, mainly in vapor-liquid equilibrium. Recently, a mathematical theorem was formulated (Reduction Theorem), which provides the conditions for the reduction in the dimensionality of the phase equilibrium problem for multicomponent mixtures described by cubic equations of state and classical mixing and combination rules. This theorem shows how to a well-defined class of thermodynamic models (cubic equations of state and classical mixing rules), one can reduce the dimensionality of various phase equilibrium problems. This method is very advantageous for mixtures of many components, providing a significant reduction in the computation time and producing accurate results. In this work, we presented some numerical experiments with test-mixtures using the reduction technique to obtain dew point pressures at specified temperatures.

Neste trabalho foi estudada a reação de transesterificação em fase líquida entre etanoato de 2-etoxietila (CAS 111-15-9) e 2-butoxietanol (CAS 111-76-2), catalisada com óxido de nióbio, para obtenção do etanoato de 2-butoxietila (CAS 112-07-2). Aplicando-se a técnica de planejamento de experimentos (Design of Experiments, DOE), foram avaliados os efeitos de temperatura, catálise, agitação e composição inicial no resultado de conversão do reagente limitante. Foi identificada a forte influência da razão molar inicial de reagentes na velocidade de reação, além das influências também significativas da temperatura e % de catalisador. O melhor resultado de conversão foi de 76,1 % do reagente limitante, obtido para a temperatura de 130°C, 20 % de catalisador e razão molar de 6 mols de etanoato de 2-etoxietila para 1 mol de 2-butoxietanol, ao final de 5 horas de reação. O modelo cinético pseudo-homogêneo de segunda ordem foi utilizado para descrever a velocidade da reação no intervalo de reação de 110 a 130°C. As constantes cinéticas e de equilíbrio foram calculadas a partir das concentrações molares e atividades dos componentes da mistura reacional. As velocidades de reação no intervalo de temperatura estudado são mais baixas em relação às outras reações de transesterificação. As constantes de equilíbrio de reação obtidas para o intervalo de temperatura estudado são próximas do valor unitário, estando de acordo com o que a literatura relata para reações reversíveis de 2° ordem. O modelo pseudohomogêneo ajustou-se bem aos resultados de conversão. O catalisador (óxido de nióbio) apresentou alta seletividade. Para o cálculo das atividades utilizadas na obtenção da constante cinética de reação, foram realizados ensaios de equilíbrio líquido-vapor para estimativa dos parâmetros do modelo de atividade NRTL (Nonrandom, two-liquid). Os resultados dos ensaios de equilíbrio líquido-vapor mostraram pequenos desvios de idealidade para as seis misturas binárias estudadas. O modelo de atividade e seus parâmetros estimados mostraram bom ajuste dos resultados experimentais. / In this work, the transesterification reaction in liquid phase between 2-etoxyethyl acetate (CAS 111-15-9) and 2-butoxyethanol (CAS 111-76-2) to obtain the 2- butoxyethyl acetate (CAS 112-07-2) catalyzed by niobium oxide was studied. The effects of temperature, catalysis, agitation and initial composition on the result of conversion for limiting reagent were evaluated applying the technique of Design of Experiments (DOE). The strong influence of the initial molar ratio of reactants and also significant influences of temperature and % catalyst in reaction rate were indentified. The best result of conversion of limiting reagent was 76.1%, obtained for the 130°C, 20% catalyst and the molar ratio of 6 moles of 2-etoxyethyl acetate to 1 mol of 2-butoxyethanol, at the end 5 hours of reaction. The second order pseudohomogeneous kinetic model was used to describe the reaction rate in the range 110- 130°C. The kinetic and equilibrium constants were calculated from the molar concentrations and activities of the mixtures components. The reaction rates in the temperature range studied are lower when compared to other transesterification reactions. The reaction equilibrium constants obtained for the temperature range studied are close to the unit value, which is consistent with literature reports for the reversible reactions of 2nd order. The pseudo-homogeneous model fitted well the results of conversion. The catalyst (niobium oxide) showed high selectivity. Vaporliquid equilibrium assays were performed to estimate parameters of the NRTL (nonrandom, two-liquid) activity model for the calculation of components activities used to obtain the kinetic constant of reaction. The kinetic models proposed showed a good fit of the experimental data. The results of vapor-liquid equilibrium assays showed small deviations from ideality for the six binary mixtures evaluated. The activity model and its estimated parameters showed good fit of the experimental results.

Orientadores: Eduardo Augusto Caldas Batista, Antonio José de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Fauldade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T21:09:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_LucianaAparecidaAndradePreviato_M.pdf: 1748931 bytes, checksum: 613a144c2469dfa664248bafa33dc2ac (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Dados de equilíbrio são úteis para o projeto e otimização de processos que envolvem separação de fases, como destilação e extração. Os álcoois superiores são subprodutos do processo de destilação relacionados com o aroma de bebidas alcoólicas e que, quando purificados podem agir como solvente. Esse estudo tem por objetivo a obtenção de dados isobáricos de Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV) para sistemas binários e ternários envolvendo álcoois superiores. Dados de Equilíbrio Líquido-Vapor foram medidos para os sistemas binários compostos por 2-propanol/2-metil-1-butanol a 560 e 760 mmHg e para os sistemas ternários compostos por 2-propanol/1-butanol/3-metil-1-butanol e 2-propanol/2-metil-1-propanol/2-metil-1butanol, ambos a 760 mmHg. As medidas experimentais foram realizadas em ebuliômetro Fischer (VLE 602) e as composições das fases foram determinadas por cromatografia gasosa. A consistência termodinâmica dos dados de ELV binário P-T-x-y foi avaliada pelo teste de área e teste de van Ness-Fredenslund e os resultados comprovaram a boa qualidade dos dados de ELV determinados nesse trabalho. Os parâmetros de interação binária dos modelos NRTL, Wilson e UNIQUAC foram ajustados aos dados experimentais dos sistemas binários utilizando-se o software comercial Aspen Plus 12.1. Os resultados mostram uma boa descrição do ELV por esses modelos. Esses parâmetros foram ainda utilizados para descrever ELV dos sistemas ternários. Esses últimos resultados mostram uma boa concordância entre os dados experimentais e os calculados / Abstract: Equilibrium data are useful for design and optimization of processes involving phase separation, such as distillation and extraction. The higher alcohols are byproducts of the distillation process related to the flavor of alcoholic beverages and that when purified can act as a solvent. This study aims to obtain isobaric Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) data for binary and ternary systems involving higher alcohols. Vapor Liquid Equilibrium were measured for the binary system composed by 2-propanol/2-methyl-1-butanol at 560 and 760 mmHg and for the ternary systems composed by 2-propanol/1-butanol/3-methyl-1-butanol and 2-propanol/2-methyl-1-propanol/2-methyl-1butanol, both at 760 mmHg. The experimental measurements were performed in a Fischer ebulliometer (VLE 602) and the phase compositions were determined by gas chromatography. Thermodynamic consistency of the VLE binary data P-T-x-y was evaluate by area test and van Ness-Fredenslund test and the results proved the good quality of the VLE data determined in this work. The binary interaction parameters of the NRTL, Wilson and UNIQUAC models were fitted to the experimental binary VLE data in the commercial software Aspen Plus 12.1. The results show a good description of the VLE data. These parameters were used to describe the VLE data for the ternary systems and the results show a good agreement between experimental and calculated data / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador : Maria Regina Wolf Maciel / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:22:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MiriaHespanholMiranda_D.pdf: 3186781 bytes, checksum: ed9c594aabf9a348666496468982cf5b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A destilação é, certamente, o processo mais aplicado na separação de misturas líquidas. Embora esta seja uma operação unitária conhecida de longa data, ainda, nos dias de hoje persistem algumas dificuldades na proposição de esquemas de destilação apropriados. Sendo assim, o objetivo deste trabalho de tese foi aplicar modelos mais realistas na caracterização de misturas e na simulação de processos de destilação, em regimes estacionários e dinâmicos. Para tanto, foram avaliados dois softawes, desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimentos de Processos de Separação, para simulações de colunas de destilação considerando os modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio. Os resultados obtidos mostraram que, geralmente, os perfis obtidos com as duas modelagens são diferentes, em ambos os regimes. A modelagem de estágios de não equilíbrio foi aplicada também para a caracterização de sistemas, utilizando mapas de curvas residuais. Avaliou-se, ainda, a influência das correlações de eficiência de Barros & Wolf em mapas de curvas residuais. Os perfis obtidos com as correlações de eficiência de Barros & Wolf mostram grande concordância com os calculados pelo modelo de estágios de não equilíbrio. Com os mapas de curvas residuais calculados concluiu-se que as trajetórias líquidas de composição não cruzam as fronteiras de destilação, sendo esta um questão de polêmica na atualidade, no entanto, nossos resultados mostram os perfis corretos. Além disso, desenvolveu-se, neste trabalho de tese, um programa computacional para a caracterização de sistemas reativos. A vantagem do novo algoritmo proposto está, principalmente, no fato do programa não depender de estimativas inicias e ser de fácil convergência. O programa é, também, capaz de predizer todos os azeótropos presentes na mistura, quando existam um ou mais de um, ou ainda de afirmar que a mistura é zeotrópica. Os resultados obtidos são concordantes com valores experimentais ou calculados por outros métodos. Na linha do processo de destilação reativa, sendo este um processo inovador, foi proposta a separação da mistura fenol + água. A separação desta mistura é de grande interesse, por questões econômicas e ambientais. Preliminarmente, fez-se um estudo na busca de uma reação apropriada para o consumo de fenol. O processo proposto atende completamente às questões ambientais, visto que gera somente correntes limpas e é, portanto, uma nova alternativa para o tratamento de correntes fenólicas. Por fim, desenvolveu-se neste trabalho um conjunto completo para caracterização de sistemas e simulação de processos, envolvendo desde o modelo de estágios de equilíbrio até o modelo de estágios de não equilíbrio. Propôs-se, ainda, um eficiente processo para o tratamento de águas fenólicas / Abstract: Distillation is, certainly, the most applied process in the separation of liquid mixtures. Although this is a very known unit operation, still nowadays some difficulties persist in the proposal of appropriate distillation schemes. Thus, the objective of this work was to apply more realistic models in the characterization of mixtures and in the simulation of distillation process in, both, steady state and dynamic regime. In this way, two softwares developed in the Laboratory of Separation Processes Development were evaluated. These softwares consider the equilibrium and the nonequilibrium stage models in steady state and dynamic regime. The results show that, generally, the profiles obtained with the two models are different, in both regimes. The nonequilibrium stage model was also applied for the systems characterization, in residue curve maps. It was evaluated, still, the influence of Barros & Wolf correlations for efficiencies on residue curve maps. The profiles obtained with the Barros & Wolf correlations show good agreement with the calculated with the nonequilibrium stage model. The calculated residue curve maps showed that residue curves do not cross distillation boundaries. Nowadays, this is a question of controversy, however our results show the correct behavior. Moreover, it was developed in this work a computational program for the characterization of reactive systems. The advantage of the new proposed algorithm is mainly because the program does not depend on initial estimates and it is of easy convergence. The program is, also, able to predict all the azeotropes present in the mixture, when one or more than one exist, or still to affirm that the mixture is zeotropic. The obtained results are in agreement with experimental values or values calculated by other methods. Regarding to reactive distillation, being an innovative process, it was proposed the separation of the mixture phenol + water. The separation of this mixture is of great interest, for economic and environmental issues. Preliminarily, it was carried out a study of an appropriate reaction for the phenol consumption. The considered process takes care of environmental questions, since it only generates current clean and it is, therefore, an alternative process for the phenolic wastewater treatment. Finally, in this work, it was developed a complete set for characterization of systems and simulation of processes, involving the equilibrium and the nonequilibrium stage modes, in steady state and dynamic regime. It was considered, still, an efficient process for the phenolic wastewater treatment / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Antonio Andre Chivanga Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-27T23:52:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Cintia_M.pdf: 6610044 bytes, checksum: 4b52b82aa749a3987b506a6240f74361 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Devido à sua abrangência com os fenômenos de transferência de massa, calor e quantidade de movimento, capacidade e características operacionais, relações termodinâmicas e o amplo envolvimento com outros equipamentos industriais, o estudo dos processos de separação por destilação toma-se muito complexo, apesar de sua extensiva utilização nas indústrias químicas e petroquímicas. Por isto, trabalhos de grande relevância científica são ainda desenvolvidos para melhor entender os fenômenos relacionados e que permitem melhorar a sua operacionalidade. Assim, este trabalho teve como objetivo a avaliação experimental de uma coluna de destilação com pratos perfurados, permitindo averiguar o comportamento das eficiências de Murphree, O'Connell e da correlação de Barros & Wolf, além da avaliação dos perfis dos coeficientes de transferência de massa e calor ao longo do equipamento. Os dados experimentais obtidos foram utilizados para a validação dos modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio e da correlação de eficiência desenvolvida por Barros & Wolf. Para a realização deste trabalho, uma coluna de destilação, em aço inoxidável, contendo 8 pratos perfurados com vertedor e um sistema para controle da potência foram projetados e construídos. A coluna contém 8 pontos para a coleta de amostras de líquido e termopares acoplados em cada prato para a leitura de temperatura. Para cada experimento foram variadas as composições do etanol na alimentação e a potência fomecida ao refervedor para avaliar a influência da carga térmica sobre o comportamento das frações molares e da temperatura em uma coluna operada a refluxo total. Nos ensaios, trabalhou-se com o sistema etanolágua por ser de fácil determinação analítica e por existirem dados de equilíbrio precisos e alguns valores de eficiência. Após o alcance do estado estacionário, determinado a partir de leituras periódicas de temperatura ao longo do equipamento, foram feitas coletas de amostras de líquido em cada estágio da coluna, as quais foram analisadas empregando a técnica de cromatografia à gás. Com os dados da temperatura, composição do etanol e da água em cada estágio e da potência fomecida ao refervedor, foram calculadas as eficiências de Murphree e de O'Connell. Com a utilização de programas computacionais envolvendo a modelagem de estágios de equilíbrio (com a correlação de Barros & Wolf) e de não equilíbrio, desenvolvidos no Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação da UNICAMP, foram realizadas simulações nas condições de operação dos experimentos, cujos dados obtidos foram utilizados para comparação com dados experimentais de forma a corroborar tais modelos. Os resultados obtidos mostraram que as modelagens de estágios de equil íbrio e de não equilíbrio reproduzem, com grande fidelidade, as condições reais do processo e representam o comportamento real dos coeficientes de transferência de massa e calor ao longo da coluna de destilação. Os resultados obtidos mostraram-se compatíveis com os dados da literatura / Abstract: Due to the relation with the mass, heat and momentum transfer phenomena, capacity and operational characteristics, thermodynamic properties and the wide relationship with other industrial equipment, the study of the separation processes by distillation becomes very complex, in spite of its extensive use in the chemical and petrochemical industries. For this reason, researches of great scientific relevance are still being developed for better understanding the related phenomena and for allowing the improvement of the operation. Thus, this work presents as objective the experimental study of a distillation column with sieve plates to evaluate the behaviour of the Murphree efficiency, Q'Connell and Barros & Wolf correlations and the mass and heat transfer coefficients along the equipment. The experimental data were obtained used for the validation of the equilibrium and nonequilibrium stage models and of the new efficiency correlation developed by Barros & Wolf. For these purposes, a stainless steel distillation column with eight sieve plates with down comer and a system for the power measuring were designed and built. The column contains eight spaced temperature/sample points. For each experiment, the ethanol feed composition and the heat duty were changed to evaluate the influence of the heat duty on the behaviour of the mole fractions and on the temperature profiles in the column operating at total reflux. After established the steady state, the liquid samples and the temperature were taken in each stage of the column, and the samples were analyzed using the gas chromatography technique. Using the temperature and ethanol and water compositions in each stage and the heat duty supplied to the reboiler, Murphree and Q'Connell efficiency were calculated. The programs involving the equilibrium stage model (with Barros & Wolf correlation) and the nonequilibrium stage model developed in the Laboratory of Separation Process Development (UNICAMP) were used in the simulations at the same conditions of the experiments. The data obtained with simulations were compared with experimental data to corroborate such models. The obtained results showed that the equilibrium stage model and the nonequilibrium stage model reproduce, with great fidelity, the real conditions of the process and they can be used to represent the real behaviour of the mass and heat transfer coefficients along the distillation column / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química