Orientador: Martin Aznar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T09:32:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezAlvarez_VictorHugo_M.pdf: 1355509 bytes, checksum: c9710252adab51dca90a695fc91a5aa6 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Os líquidos iônicos têm recebido considerável interesse devido a seu potencial como solventes projetados, que podem ser adaptados a vários tipos de processos industriais. A razão principal do interesse nos líquidos iônicos como solventes é sua baixa pressão de vapor, a qual minimiza os riscos de exposição e contaminação ambiental. Esta pesquisa visa realizar um estudo completo e sistemático sobre duas regras de mistura utilizando a equação de estado cúbica de Peng-Robinson para correlacionar o equilíbrio líquido-vapor em sistemas contendo líquidos iônicos. O problema principal nesta modelagem é a predição da baixa concentração do líquido iônico na fase vapor.Até o momento são escassas as publicações das propriedades críticas dos líquidos iônicos, motivo pelo qual escolheu-se uma equação com baixa quantidade de parâmetros, como a equação de estado cúbica de Peng-Robinson. Estudou-se o parâmetro dependente da temperatura a(T) e a regra de mistura de van der Waals. Os parâmetros a(T) comparados foram os propostos por Soave (1972) e por Almeida et al. (1991). Nos primeiros testes da modelagem foi utilizada a regra de mistura de van der Waals, mas para melhores resultados utilizou-se a regra de mistura de Wong-Sandler com os modelos UNIQUAC ou NRTL. Desenvolveu-se uma estratégia de modelagem molecular para calcular os parâmetros estruturais de área e volume do modelo UNIQUAC para os líquidos iônicos. Os parâmetros de interação foram calculados independentes da temperatura e concentração. Foram estudadas misturas binárias para descrever o equilíbrio líquido-vapor em altas pressões (CO2 ou CHF3 supercrítico + líquido iônico) e a baixas pressões (hidrocarbonetos + líquidos iônicos). Logo, os parâmetros de interação binária foram utilizados na correlação de sistemas ternários a baixa pressão com a regra de mistura de Wong-Sandler. A estimação dos parâmetros de interação binários foi realizada em um primeiro momento com o método de Levenberg-Marquardt e depois, com melhor sucesso, utilizou-se um algoritmo genético. A função objetivo utilizada contém a pressão do sistema e a composição do líquido iônico na fase gás. Os resultados para a modelagem com a regra de mistura de van der Waals apresentam altos desvios na pressão, mas com a regra de mistura de Wong-Sandler têm-se baixos desvios na pressão e uma baixa concentração do líquido iônico na fase gás até 100 atm. Os resultados mostram uma boa correlação dos sistemas ternários. Foi usado um teste de consistência termodinâmica para o sistema CO2 + hexafluorofosfato de 1-butil-3-metilimidazolio, para o qual há quatro conjuntos de dados conflitantes na literatura. Os resultados mostraram que, um conjunto de dados é termodinamicamente consistente, outro é não inteiramente consistente e os outros dois são termodinamicamente não consistentes / Abstract: The ionic liquids have received considerable interest due to his potential as designer solvents, that can be adapted in several types of industrial processes. The main reason of the interest in the ionic liquid as solvent is his negligible vapor pressure, which decreases the risks of exposition and environmental contamination. This research tries realize a complete and systematic study of two mixing rule in the Peng-Robinson equations of state for correlate and predict the equilibrium liquid-vapor in systems containing ionic liquids. The main problem in modeling the liquid-vapor equilibrium is the prediction of the negligible concentrations of ionic liquid in the phase vapor. Up to the moment the publications of the critical properties of the ionic liquids are scarce, reason for which chose an equation with low amount of parameters, as the cubic equation of state of Peng-Robinson. In this work, was studied the a(T): parameter dependent of the temperature and the mixing rule of van der Waals. The compared a(T): parameters were proposed for Soave 1972) and Almeida et al. (1991). In the first moment of the modeling was used the van der Waals mixing rule, after for good results was used the Wong-Sandler mixing rule with the UNIQUAC or NRTL model. A molecular modeling strategy was used to calculate the volume and surface area parameters of ionic liquids for UNIQUAC. Independent temperature and concentration interaction parameters were calculated. The binary mixtures were studied to describe the liquid-vapor equilibrium included high pressures (CO2 or CHF3 supercritical + ionic liquid) and low pressures (hydrocarbons + ionic liquid). After, the binary interaction parameters were used for correlated the ternary system at low pressure with the Wong-Sandler mixing rule. For evaluating the binary interaction parameters was used in first moment the Levenberg-Marquardt method and after, with best results was used a genetic algorithm. The objective function uses the pressure of the systems and the ionic liquid fraction mol in the gas phase. The results for correlation with van der Waals mixing rule show high deviations in the pressure system, but the Wong-Sandler mixing rule had low deviations in the pressure system and low concentration of the ionic liquid in the gas phase, up to 100 atm. The ternary system can be correlate with acceptable accuracy. A test of thermodynamic consistency was used for a binary system CO2 + 1-n-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, it has four conflicts data set in the literature. The results show one data set thermodynamically consistent, one data set not fully consistent and two data set thermodynamically inconsistent / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Reginaldo Guirardello, Edson Antonio da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T12:35:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TrindadeJunior_ValterNunes_M.pdf: 1919393 bytes, checksum: 3d6999675b8995d4420ac44773a78c43 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Em diversas aplicações industriais são utilizadas misturas contendo diferentes solutos, muitas vezes estes são solutos não voláteis, como por exemplo, os eletrólitos. O equilíbrio químico e de fases ocorrem nas diversas operações unitárias contidas nessas aplicações. As próprias etapas de produção, bem como as etapas de separação e purificação, são fundamentais para a qualidade dos produtos. Com isso, o cálculo do comportamento do equilíbrio de sais em solventes é de grande importância para o projeto e a otimização desses equipamentos. Desta forma, o objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia confiável e robusta para o cálculo do equilíbrio químico e de fases combinado, em soluções eletrolíticas. O estudo do comportamento do equilíbrio foi feito com a variação da pressão e/ou a temperatura nos sistemas estudados. Este trabalho propôs uma modelagem considerando uma fase vapor, n fases liquidas e uma fase sólida, por meio da metodologia de minimização da energia de Gibbs. A fase vapor foi considerada ideal e a fase solida foi considerada como sólido puro. Para representação da não idealidade da fase líquida foi utilizado o modelo NRTL eletrolítico, esta formulação matemática resulta em um problema que deve ser tratado como um problema de otimização não-linear. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais extraídos da literatura em sistemas contendo um sal em solução com um solvente ou misturas de solventes no equilíbrio sólido-líquido e no equilíbrio líquido-vapor. A vantagem desta abordagem é não ter que estabelecer previamente quais fases se formarão, o processo de minimização da energia de Gibbs estabelece o número de fases formadas nos sistema automaticamente. Para a resolução do problema de otimização foi utilizado o software GAMS® (General Algebraic Modeling Systems), versão 23.2.1, com o solver CONOPT que utiliza o algoritmo do Gradiente Generalizado Reduzido / Abstract: In several industrial applications are used mixtures containing different solutes, often these solutes are non-volatile, such as electrolytes. The phase and chemical equilibrium in these processes occur in the various unit operations. The stages of production, as well as the separation and purification steps are critical to product quality. Thus, the calculation of the behavior of the equilibrium of salts in solvents is of great importance for the design and optimization of this type of equipment. The main objective of this work was to develop a methodology for calculation of the combined phase and chemical equilibrium in electrolytic solutions. In this study, the behavior of the equilibrium was done by varying the pressure and the temperature in the systems studied. In the model were made the following considerations: a vapor phase, n liquid phase and a solid phase, using the methodology of minimizing the Gibbs energy. The vapor phase was considered ideal and phase solida was considered as pure solid. To represent the nonideality of the liquid phase we used the electrolyte NRTL model (e-NRTL), in this way, the problem should be treated as a nonlinear optimization problem. The results were compared with literature data with solutions containing an electrolyte in solvent or solvents mixtures for Solid-Liquid and vapor-Liquid equilibrium. The modeling was written as a nonlinear programming. The advantage of this program is not having to know in advance what phases will be formed, the process of minimization of Gibbs energy determines the phases automatically. The program was solved in GAMS® software (General Algebraic Modeling System), version 23.2.1, with CONOPT solver that uses the Generalized Reduced Gradient algorithm / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador : Martin Aznar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T10:07:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arce-Castillo_PedroFelipe_M.pdf: 13948249 bytes, checksum: 89b291cb7fd018bc32c50812717efa25 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A modelagem e simulação de processos de extração supercrítica requer uma boa predição das condições do equilíbrio entre fases, condições que determinam a maior concentração do líquido ou sólido (soluto) a ser extraído pelo fluido supercrítico (solvente). O problema principal na modelagem dos sistemas que se encontram em processos de extração supercrítica é a grande diferença de tamanho (peso molecular) entre as substâncias envolvidas (soluto e fluido supercrítico) e a baixa concentração do soluto no fluido supercrítico. Atualmente, as regras de mistura em uso não consideram de forma adequada o problema da grande assimetria; portanto, não permitem uma boa predição do equilíbrio entre fases. É proposta uma regra de mistura (Regra Não Quadrática Generalizada) baseada nas regras de mistura clássicas de van der Waals, com modificações nos parâmetros de interação, tanto na constante de energia quanto na de volume. Um parâmetro de interação binário, dependente da concentração, é usado para estimar a constante de energia; outro parâmetro de interação binário, independente da concentração e com um efeito diferenciado sobre o componente mais pesado quando comparado ao fluido supercrítico, é usado para estimar a constante de volume. Este novo arranjo considera como casos particulares os modelos conhecidos de Panagiotopoulos-Reid e Adachi-Sugie, entre outros. A forma não quadrática generalizada proposta tem todas as boas características desses modelos, permitindo maior flexibilidade na correlação dos dados experimentais. Usou-se outra regra de mistura, Regra de Kurihara-Tochigi-Kojima, a qual está baseada na parte residual da energia livre excedente à pressão infinita, atuando diretamente sobre a constante de energia da equação de estado. Os resultados obtidos com as duas regras de misturas citadas anteriormente são comparados com os resultados obtidos da regra modificada de W ong-Sandler e da regra convencional de van der Waals. As regras de mistura descritas anteriormente, junto com as equações cúbicas de estado de Soave-Redlich-Kwong, Peng-Robinson e a equação cúbica de estado generalizada de Patel-Teja-Valderrama, são usadas para descrever o equilíbrio líquidovapor e sólido-vapor em misturas assimétricas binárias (CO2 supercritico + um componente pesado ou produto natural). Neste trabalho foram estimados os parâmetros de interação binários tanto para a modelagem do equilíbrio líquido-vapor dos sistemas binários: CO2 +limoneno, linaloo_ ac. láurico, ac. palmítico, ac. oléico, ac. linoleico, 2-metil-pentanol, 1octanol, l-decanol e a.-pineno, quanto para a modelagem do equilíbrio sólido-vapor dos sistemas binários: CO2 + naftaleno, 2,3-dimetilnaftaleno, 2,6-dimetilnaftaleno, fenantreno,antraceno, p-colesterol, cafeína, p-caroteno e capsaicina. A predição dos parâmetros de interação binários realiza-se usando um método modificado de Marquardt com uma função objetivo que contém a pressão de saturação e a concentração na fase gás para o equilíbrio líquido-vapor e apenas a concentração na fase gás para o equilíbrio sólido-vapor. As sub-rotinas computacionais foram escritas considerando a possibilidade de múltiplas soluções e conseqüentemente, a busca dos parâmetros ótimos realiza-se sob um amplio intervalo de soluções possíveis. Os resultados (desvios na pressão e na fração molar na fase vapor para o ELV e apenas os desvios na fração molar na fase vapor para o ESV) indicam que as regras de mistura NQG e WS modificada permitem predizer melhor o comportamento dos sistemas binários estudados. A influencia das EDEs para uma mesma regra de mistura não é apreciável / Abstract: Modeling and simulation of supercritical extraction processes request a good prediction of conditions of phase equilibrium, conditions that determine the higher concentration of liquid or solid (solute) to be extracted by supercritical fluid (solvent). The main problem in modeling of systems found in supercritica1 extraction processes is the great size difference (molecular weights) between involved substances (solute and supercritical fluid) and low concentration of solute in supercritical fluid. Now, mixing roles in use don't consider of appropriate way the problem of great asymmetry, therefore don't alIow a good prediction of phase equilibrium. A mixing role is proposed (Generalized Non Quadratic Rule), which is based on c1assic mixing rules of van der Waals, with modifications in the interaction parameters, as much in energy constant as in volume constant. A binary interaction parameter, dependent of concentration, is used to estimate energy constant; another binary interaction parameter, independent of concentration and with a differentiated effect on heavier component when compared with supercritical fluid, is used to estimate volume constant. This new arrangement considers as private cases well-known models of Panagiotopoulos-Reid and Adachi-Sugie among others. This generalized non quadratic form has all good characteristics of those models, allowing larger flexibility in correlating experimental data. Other mixing rule was used, Kurihara-Tochigi-Kojima Rule (based on the residual part of the excess free energy to infinite pressure), acting direct1y on energy constant of the state equation. Results obtained with the two mixing roles previously mentioned are compared with obtained results of modified role of Wong-Sandler and conventional role of van der Waals. The mixing roles described previously, joined with the Soave-Redlieh-Kwong and Peng-Robinson's cubic equations of state and the Patel-Teja-Valderrama generalized cubic equation of state, are used to describe liquid-vapor and solid-vapor equilibrium in asymmetrie binary mixtures (supercritical CO2 + heavy component or natural product). In this work were estimated the binary interaction parameters as much for the modeling of liquid-vapor equilibrium of binary systems: COz + limonene, linalool, lauric acid, palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, 2-methyl-pentanol, l-octanol, l-decanol and a-pinene, as for modeling of solid-vapor equilibrium of the binary systems: CO2 + naphtalene, 2,3dimethylnaphtalene, 2,6-dimethylnaphtalene, phenanthrene, anthracene, B-eholesterol, caffeine, B-carotene and capsaicin. A Marquardt modified method with a objective function (saturation pressure and vapor phase concentration for liquid-vapor equilibrium and on1y vapor phase concentration for solid-vapor equilibrium) was used to predict binary interaction parameters. The computational subroutines were written considering the possibility of multiple solutions and consequently, the search of the optimum parameters was done on a large interval of possible solutions. Results (deviations in pressure and molar fraction in vapor phase for ELV and on1y deviations in fraction molar in phase vapor for ESV) indicate that mixture roles: NQG and modified WS allow to predict better the behavior of studied binary systems. The influence of EDEs for a same mixture role is not appreciable / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-27T04:22:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BarbosaNeto_AntonioMarinho_M.pdf: 2354581 bytes, checksum: dada46fe50ab798d217e21bcad15eeb1 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Fluidos de petróleo, incluindo gás, condensado e óleo leve, são misturas complexas de hidrocarbonetos. O conhecimento sobre o comportamento de fases destas misturas é de interesse para a indústria de petróleo, desde o reservatório, produção, transporte, até o processamento e refino de petróleo. Além disso, pacotes termodinâmicos computacionais para predizer o comportamento de tais misturas são de grande interesse nesta indústria. Neste sentido, uma ferramenta computacional para prever com precisão as propriedades termodinâmicas utilizando cálculos de equilíbrio de fases pode desempenhar um papel importante para aplicações de projeto e operações de campo. Equações de estado cúbicas tem sido amplamente utilizada para predizer o comportamento de fases e propriedades volumétricas de fluidos de petróleo devido a sua simplicidade e alto desempenho computacional. Diante deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal desenvolver um simulador PVT composicional, de fácil manuseio, porém completo, capaz de avaliar o comportamento volumétrico e de fases de fluidos de petróleo em diferentes condições operacionais (P, T) a partir da modelagem do equilíbrio líquido-vapor e do equilíbrio líquido-líquido-vapor. A ferramenta computacional foi desenvolvida na linguagem de programação Visual Basic Applications (VBA) em aplicativo Excel. Uma interface gráfica foi construída em aplicativo Excel. O programa, denominado PVTpetro, consiste basicamente em três módulos computacionais e suas funções auxiliares. O módulo de cálculo de flash (P, T) 2 fases isotérmico para misturas de hidrocarbonetos consiste no equilíbrio líquido-vapor (ELV) para sistemas óleo-gás multicomponentes. O módulo de cálculo de flash (P, T) 3 fases isotérmico avalia sistemas envolvendo óleo, água e gás (OWG). E, o módulo de cálculo de propriedades volumétricas de fluidos de petróleo que calcula o peso molecular, o volume e a massa específica das fases existentes no sistema. A ferramenta foi validada via comparação entre os resultados de pacotes termodinâmicos comerciais (Wimprop, Hysys, COMThermo) e os do programa desenvolvido. Os resultados gerados pelo PVTpetro foram avaliados através do cálculo do desvio relativo em relação às respostas dos softwares comerciais. Desta forma, verificou-se para o módulo de cálculo flash (P, T) 2 fases que os valores de desvio em relação ao Wimprop e Hysys foram inferiores a 1% para os estudos realizados. Enquanto que, para o módulo de cálculo flash (P, T) 3 fases os valores de erro relativo se concentraram na faixa de 0 ¿ 5% quando comparados com os pacotes termodinâmicos Hysys e COMThermo. De uma maneira geral, os resultados gerados pelo PVTpetro apresentaram-se satisfatórios em todos os cálculos propostos. Na validação do módulo de cálculo das propriedades volumétricas, feita de forma qualitativa, observou-se que o comportamento das propriedades em função da pressão e em diferentes temperaturas, gerado pelo PVTpetro, reproduziram as curvas fornecidas pelo Hysys, em todas as condições investigadas. Portanto, além de se apresentar confiável em seus cálculos o PVTpetro mostrou ser de fácil manuseio e intuitivo para o usuário, facilitando assim o trabalho em vários casos / Abstract: Petroleum fluids, which include gas, condensate and light oil, are complex hydrocarbons mixtures. There is a great deal of interest in the oil industry in computational thermodynamic packages able to predict the phase behavior of such mixtures, from the reservoir, production, transportation until the oil processing and refining. In this sense, a computational tool that accurately predicts thermodynamic properties using phase equilibrium calculations have an important role in designing applications and field operations. Cubic equations of state have been widely used to predict the phase behavior and bulk properties of petroleum fluids due to its simplicity and high computational performance. This study focused on developing a PVT compositional simulator, easy to use, able to assess the bulk properties and phase behavior of petroleum fluids at different operating conditions (P, T) from the modeling of the vapor-liquid equilibrium (VLE) and the vapor-liquid-liquid equilibrium (VLLE). The computational tool was developed in Visual Basic Applications (VBA) programming language, with a graphic interface built in Excel. The program, named PVTpetro, consists in three basic computational modules and their auxiliary functions. The isothermal two phase flash (P, T) module calculation to hydrocarbon mixtures consists of VLE for multi-component oil-gas systems. The isothermal three phase flash (P, T) module calculation evaluates oil, water and gas (OWG) systems. Lastly, the bulk properties of petroleum fluids calculation module calculates the molecular weight, the volume and density of the system phases. The tool has been validated through the comparison between the results of commercial thermodynamic packages (Wimprop, Hysys, COMThermo) with the developed program. The results were evaluated by the relative deviation calculation between these commercial software and PVTpetro results. For the isothermal two-phase flash (P, T) calculation module were observed deviations below 1% for Wimprop and Hysys results. For the isothermal three phase flash (P, T) calculation module the deviations were about 0 and 5% for Hysys and COMThermo. For the bulk properties calculation module the results by PVTpetro and Hysys showed a good agreement in all investigated conditions, ensuring the PVTpetro reliability / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

A absorção é a etapa determinante da recuperação de acetona no Filter Tow, por reduzir a emissão de acetona e trazer melhorias à economia. Por isso, ela constitui o objeto deste estudo, que inclui desde a revisão dos conceitos fenomenológicos, considerando a escolha do melhor modelo de equilíbrio líquido-vapor, passando pela execução dos balanços coerentes de massa e o estabelecimento da Fotografia da situação original, relatando um caso complexo de transposição de pratos para recheios. Contudo, a operação das colunas de absorção é influenciada por outras variáveis de caráter desconhecido, ruídos em relação à fenomenologia, o que se pretende avaliar, justificando-se desenvolver estudo para avaliar seus efeitos. Com o objetivo geral de otimizar absorção, uma análise estatística foi executada a partir do levantamento de dados operacionais, utilizando todas suas variáveis, sejam as fenomenológicas, como os ruídos, com o objetivo específico de obter modelos empíricos que complementem as simulações fenomenológicas, aumentando sua abrangência. Para a execução da análise estatística, os conjuntos de dados históricos foram levantados e validados pelos balanços coerentes de massa e pela Fotografia, o que tornou possível sua evolução, desde a seleção das variáveis, até estabelecer os modelos de regressão, com os quais pode-se obter um novo modo de controle, que estabiliza a operação, possibilitando a otimização. Em termos ambientais, a utilização destes modelos resulta em redução de até 15% das perdas de acetona para o ambiente, como também de consumo energético, com uma economia da ordem de 1 milhão de reais por ano, sem quaisquer custos adicionais. / Absorption is the key step of the acetone recovery at Filter Tow production, for reducing the acetone emission and improving economics. For this reason it is the subject of this study, including the revision of phenomenological concepts, considering the choice of the best vapor liquid equilibrium model, passing by the improvement of coherent mass balances and establishing the Photography of the original situation, detailing a complex case of transposition of sieve trays to structured packing. However, the operation of the absorption columns is influenced by other variables, with unknown impacts, noises in relation to the phenomenology, justifying the development of this study, for evaluating them. With the general objective of optimizing the absorption, a statistical analysis is performed from collecting operating data, considering all variables, phenomenological and noises, with the specific objective of getting empirical models complementing the phenomenological simulations, increasing their comprising. For performing the statistical analysis sets of historical data have been collected and validated by coherent mass balances and the Photography, making possible its evolution, from the selection of the variables till establishing the regression models, and with them getting a new control way, which stabilizes the operation, allowing the optimization. In environmental terms, the use of these models results in up to 15% decrease in acetone losses to the environment, as well as power consumption with a saving of approximately 1 million reais per year, without any additional costs.

A absorção é a etapa determinante da recuperação de acetona no Filter Tow, por reduzir a emissão de acetona e trazer melhorias à economia. Por isso, ela constitui o objeto deste estudo, que inclui desde a revisão dos conceitos fenomenológicos, considerando a escolha do melhor modelo de equilíbrio líquido-vapor, passando pela execução dos balanços coerentes de massa e o estabelecimento da Fotografia da situação original, relatando um caso complexo de transposição de pratos para recheios. Contudo, a operação das colunas de absorção é influenciada por outras variáveis de caráter desconhecido, ruídos em relação à fenomenologia, o que se pretende avaliar, justificando-se desenvolver estudo para avaliar seus efeitos. Com o objetivo geral de otimizar absorção, uma análise estatística foi executada a partir do levantamento de dados operacionais, utilizando todas suas variáveis, sejam as fenomenológicas, como os ruídos, com o objetivo específico de obter modelos empíricos que complementem as simulações fenomenológicas, aumentando sua abrangência. Para a execução da análise estatística, os conjuntos de dados históricos foram levantados e validados pelos balanços coerentes de massa e pela Fotografia, o que tornou possível sua evolução, desde a seleção das variáveis, até estabelecer os modelos de regressão, com os quais pode-se obter um novo modo de controle, que estabiliza a operação, possibilitando a otimização. Em termos ambientais, a utilização destes modelos resulta em redução de até 15% das perdas de acetona para o ambiente, como também de consumo energético, com uma economia da ordem de 1 milhão de reais por ano, sem quaisquer custos adicionais. / Absorption is the key step of the acetone recovery at Filter Tow production, for reducing the acetone emission and improving economics. For this reason it is the subject of this study, including the revision of phenomenological concepts, considering the choice of the best vapor liquid equilibrium model, passing by the improvement of coherent mass balances and establishing the Photography of the original situation, detailing a complex case of transposition of sieve trays to structured packing. However, the operation of the absorption columns is influenced by other variables, with unknown impacts, noises in relation to the phenomenology, justifying the development of this study, for evaluating them. With the general objective of optimizing the absorption, a statistical analysis is performed from collecting operating data, considering all variables, phenomenological and noises, with the specific objective of getting empirical models complementing the phenomenological simulations, increasing their comprising. For performing the statistical analysis sets of historical data have been collected and validated by coherent mass balances and the Photography, making possible its evolution, from the selection of the variables till establishing the regression models, and with them getting a new control way, which stabilizes the operation, allowing the optimization. In environmental terms, the use of these models results in up to 15% decrease in acetone losses to the environment, as well as power consumption with a saving of approximately 1 million reais per year, without any additional costs.

Orientador: Martin Aznar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T00:40:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arce-Castillo_PedroFelipe_D.pdf: 4607592 bytes, checksum: 216de649e3febd33712f357f832e071f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Durante a presente década, vários resultados experimentais sobre fenômenos críticos no equilíbrio de fases, tais como efeito de co-solvência, janelas de miscibilidade e regiões de duas fases LV em superfícies de três fases LLV em sistemas ternários foram obtidos experimentalmente por vários grupos de pesquisa. Estes fenômenos são de grande influência em aplicações industriais de tecnologia supercrítica ou quase crítica, já que eles são observados dentro do intervalo de pressão, temperatura e concentração onde acontecem estes processos tecnológicos. O presente trabalho de tese visou modelar computacionalmente o equilíbrio multifásico (ELL, ELV, ELLV) e predizer esses fenômenos, que acontecem perto da região crítica, em sistemas simples (CO2 + n-alcano + n-alcanol, CO2 + 2-nitrofenol + n-alcanol) e complexos, tais como polímero + CO2 + cosolvente [polipropileno (iPP) + CO2 + n-pentano; poliestireno (PS) + CO2 + ciclohexano e poli(D,L-lactida) + CO2 + dimetileter)], fazendo uso de equações de estado (EDE) não cúbicas, que possuem algum embasamento teórico, como modelos termodinâmicos. Esses modelos foram a equação da Teoria Estatística do Fluido Associado de Cadeia Perturbada (Perturbed Chain ¿ Statistical Associating Fluid Theory, PC-SAFT) e de Sanchez- Lacombe (SL). Os resultados obtidos na modelagem do equilíbrio de fases a altas pressões desses sistemas foram comparados com os obtidos pela tradicional EDE de Peng-Robinson (PR). Estes modelos termodinâmicos também foram usados na modelagem do ELV e ELL de sistemas binários compostos de copolímeros comuns e biodegradáveis com solventes a baixas e altas pressões. Cada modelo termodinâmico possui parâmetros de componente puro e um parâmetro de interação (na sua regra de cruzamento) para cada sistema binário. Em todos os modelos termodinâmicos foi usada uma regra de cruzamento convencional e uma regra de mistura de primeira ordem de van der Waals. Os parâmetros de componente puro foram obtidos ajustando por regressão os dados de pressão de vapor e do volume molar do líquido saturado para o componente simples e dados de densidade, pressão e temperatura para o polímero na fase líquida. A modelagem de cada sistema binário foi feita a partir de dados de ELL, ELV e ELLV obtendo um parâmetro de interação binária (que leva em conta as interações entre duas moléculas). A predição do comportamento de fases do sistema ternário foi feita usando os parâmetros de interação binária dos três sistemas binários envolvidos e os resultados foram comparados com os dados experimentais. A otimização foi feita usando o método modificado de Máxima Verossimilhança para determinar o ótimo global dos dois tipos de parâmetros. Em todas as modelagens do comportamento do equilíbrio multifásico dos sistemas apresentados acima, a EDE PC-SAFT teve a melhor performance em termos dos desvios relativos na pressão quando comparada à performance das EDEs SL e PR / Abstract: During the present decade, several experimental results on critical phenomena in phase equilibria, such as co-solvency effect, miscibility windows and two-phases LV regions in three phases LLV surfaces in ternary systems were obtained experimentally by several research groups. These phenomena are of great influence in industrial applications of near-critical and supercritical technology, since they are observed within the pressure, temperature and concentration intervals where these technological processes happen. The present thesis aimed for modeling computationally the phase equilibria (LLE, VLE, VLLE) and predict those phenomena that happen near to critical region in simple systems (CO2 + n-alkane + n-alkanol, CO2 + 2-nitrophenol + n-alkanol) and complex systems, such as polymer + CO2 + co-solvent [polypropylene (iPP) + CO2 + n-pentane; polystyrene (PS) + CO2 + cyclohexane and poly(D,L-lactide) + CO2 + dimethyl ether)] using non-cubic equations of state (EoS), with some theoretical base, as thermodynamic models. Those models were the Perturbed Chain - Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) and the Sanchez - Lacombe (SL) EoS. The results obtained in modeling of high-pressure phase equilibria of those systems were compared with those obtained by the traditional Peng- Robinson (PR) EoS. These thermodynamic models were also used in modeling the VLE and LLE of binary systems composed of common and biodegradable copolymers with solvents at low and high pressures. Each thermodynamic model has pure component parameters and one interaction parameter (in its combining rule) for each binary system. Conventional combining and van der Waals one-fluid mixing rules were used in all thermodynamic models. Pure component parameters were obtained by regression of liquid saturated vapor pressure and volume molar data for each simple component, and liquid density, pressure and temperature data for each polymer. The modeling of each binary system was made from LLE, VLE and VLLE data, obtaining one binary interaction parameter (which takes into account the interactions between two molecules). The prediction of phase behavior of ternary system was made using the binary interaction parameters of its three binary systems and the results were compared with experimental data. Optimization was made using the modified likelihood maximum method to determine the global optimum of the two types of parameters. In all the modeling of the multiphase equilibria behavior of the systems presented above, the PC-SAFT EoS had the best performance in terms of relative deviations in pressure when compared to performance of SL and PR EoS / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química