Um grande problema atual do mundo é o efeito estufa causado pela combustão de petróleo e seus derivados. Além disso, as reservas de petróleo não são ilimitadas, nem renováveis. Uma maneira de minimizar o problema é a utilização de combustíveis renováveis, tais como o etanol, derivado da cana de açúcar. É o caso dos motores de ignição por centelha que usam o etanol há décadas no Brasil. Este trabalho descreve as tecnologias existentes para utilização de etanol em motores de ignição por compressão. Apresenta resultados energéticos e de consumo de mistura de etanol anidro com diesel em diversas proporções. Mostra como substituir parcialmente o Diesel pelo etanol hidratado em determinadas proporções, sem realizar a mistura de combustíveis. Os combustíveis entram no motor por caminhos diferentes. Finaliza realizando estudos econômicos da utilização do etanol etílico em conjunto com o óleo diesel. / A major problem in the world nowadays is the \"green-house\" effect, caused by the combustion of petrol and its derivatives. Besides, oil reserves are not lirnitless, nor renewable. One way to rninirnize this problem is by using renewable combustibles, like ethanol, derived from sugar cane. This is the case of ignition spark engines, that have been using ethanol for decades, in Brazil. This thesis describes the existing technologies for ethanol utilization in ignition compression engines. It also presents energy and consumption results for the rnixture of anhydrous ethanol and diesel, in different proportions. It shows how to partially replace the diesel by hydrated ethanol in certain proportions, without fuel\'s blend. The fuels enter into the motor by different routes. It finally describes econornic studies for the utilization of ethylic alcohol m association to diesel.

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.

Um grande problema atual do mundo é o efeito estufa causado pela combustão de petróleo e seus derivados. Além disso, as reservas de petróleo não são ilimitadas, nem renováveis. Uma maneira de minimizar o problema é a utilização de combustíveis renováveis, tais como o etanol, derivado da cana de açúcar. É o caso dos motores de ignição por centelha que usam o etanol há décadas no Brasil. Este trabalho descreve as tecnologias existentes para utilização de etanol em motores de ignição por compressão. Apresenta resultados energéticos e de consumo de mistura de etanol anidro com diesel em diversas proporções. Mostra como substituir parcialmente o Diesel pelo etanol hidratado em determinadas proporções, sem realizar a mistura de combustíveis. Os combustíveis entram no motor por caminhos diferentes. Finaliza realizando estudos econômicos da utilização do etanol etílico em conjunto com o óleo diesel. / A major problem in the world nowadays is the \"green-house\" effect, caused by the combustion of petrol and its derivatives. Besides, oil reserves are not lirnitless, nor renewable. One way to rninirnize this problem is by using renewable combustibles, like ethanol, derived from sugar cane. This is the case of ignition spark engines, that have been using ethanol for decades, in Brazil. This thesis describes the existing technologies for ethanol utilization in ignition compression engines. It also presents energy and consumption results for the rnixture of anhydrous ethanol and diesel, in different proportions. It shows how to partially replace the diesel by hydrated ethanol in certain proportions, without fuel\'s blend. The fuels enter into the motor by different routes. It finally describes econornic studies for the utilization of ethylic alcohol m association to diesel.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-16T18:20:30Z No. of bitstreams: 1 ANGELA LUCÍNIA URTIGA VASCONCELOS - TESE PPGEQ 2015..pdf: 3505212 bytes, checksum: 24fcdf4a2acef884f73f1502723a100d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-16T18:20:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANGELA LUCÍNIA URTIGA VASCONCELOS - TESE PPGEQ 2015..pdf: 3505212 bytes, checksum: 24fcdf4a2acef884f73f1502723a100d (MD5) Previous issue date: 2015-08 / Capes / As operações de processos químicos periodicamente são interrompidas para realização de procedimentos de manutenção preventiva e/ou corretiva nos equipamentos que fazem parte do processo. Após a parada e as etapas do comissionamento dos equipamentos, dá-se início a operação de partida. A operação de partida dos processos químicos, em especial das colunas de destilação, é uma das etapas mais complexas observadas na prática industrial. O procedimento de partida de uma coluna de destilação pode levar desde algumas horas até dias para atingir o estado estacionário. Quanto maior o tempo necessário para que a operação da coluna alcance o regime estacionário, maior será a quantidade de produtos fora de especificação e maior será o consumo de energia, o que eleva os custos da operação. Embora a operação de partida seja uma etapa de extrema importância nas plantas químicas, ainda é pouco o número de pesquisas realizadas com relação a esse tema. Além disso, não foi encontrado na literatura consultada nenhum trabalho sobre a operação de partida dos sistemas de colunas de destilação termicamente acopladas. O sistema estudado consiste de duas colunas de destilação interconectadas por duas correntes, uma corrente no estado vapor e outra no estado líquido, onde uma das colunas é do tipo extrativa, utilizada para a separação da mistura azeotrópica etanol-água, e a outra é uma coluna de recuperação do solvente etilenoglicol. O presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de procedimento de partida para o sistema de destilação extrativa termicamente acoplado estudado. Foi avaliado o comportamento dinâmico do sistema durante a operação de partida, bem como o efeito da variação do perfil da vazão do vapor de aquecimento no refervedor sobre o tempo total da partida, do efeito da composição da corrente de alimentação da coluna de recuperação sobre o tempo total da partida e do efeito do instante de alimentação do solvente na coluna extrativa sobre o tempo total da partida. A partir dos resultados e das análises realizadas, foi observado que a coluna de recuperação é quem demanda mais tempo para que a operação de partida do sistema seja concluída, logo quanto menor a quantidade de etanol que é alimentada na coluna de recuperação, menor o tempo total da partida do sistema. Foi observado também, que o solvente deve ser alimentado desde o início da operação de partida, pois quanto mais tardia a alimentação do solvente na coluna extrativa, maior é o tempo total da partida. / Preventive and/or corrective maintenance procedures in equipment’s process operations provoke periodically shut down in the plants. After the maintenance and commissioning step conclusions, initiate the equipment’s startup operation. The start-up operation of chemical processes, in particular distillation columns, is one of the most complex operations in industrial practice. The start-up procedure of a distillation column occurs in few hours or can to wait days to reach steady state. The longer the time required for the operation of the column reaches the steady state, the greater the amount of off-spec product and greater energy consumption. Therefore, the starting operation has a significant impact on operating costs. Although the startup operation is a step of great importance in chemical plants, still is little the number of researches performed with respect to this subject. Moreover, the literature focuses on startup conventional distillation columns. To fill this gap, this work focused startup distillation column thermally coupled. The system studied consists of two distillation columns. One of the columns is extractive distillation type used for separating the azeotropic mixture ethanol-water. The other is a solvent recovery column. The two column is interconnected by two streams. A stream is in vapor phase, and the another stream is in liquid phase. The dynamic behavior of the system was evaluated during the startup operation in a reference configuration. Then was studied the effect of varying the heating steam flow profile in the reboiler, the effect of the feed stream composition of the recovery column and the effect of the start solvent feed extraction column in the total startup time. From the results obtained, it was observed that the recovery column is responsible for most of the time required for completion of the starting. The smaller the amount of ethanol fed to the recovery column, the lower the total time of system startup. It was also observed that the solvent should be fed since the beginning of the start-up operation, because the later the feed of the solvent in the extractive column, the greater the total start-up time.

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.

Orientador: Ricardo Alan Verdú Ramos / Resumo: Resumo / Abstract: Abstract / Doutor

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JessicaCSLM_DISSERT.pdf: 2011571 bytes, checksum: 8e087d35d6e4c83d4f7eda24cd8d3e57 (MD5) Previous issue date: 2012-09-21 / Anhydrous ethanol is used in chemical, pharmaceutical and fuel industries. However, current processes for obtaining it involve high cost, high energy demand and use of toxic and pollutant solvents. This problem occurs due to the formation of an azeotropic mixture of ethanol + water, which does not allow the complete separation by conventional methods such as simple distillation. As an alternative to currently used processes, this study proposes the use of ionic liquids as solvents in extractive distillation. These are organic salts which are liquids at low temperatures (under 373,15 K). They exhibit characteristics such as low volatility (almost zero/ low vapor ), thermal stability and low corrosiveness, which make them interesting for applications such as catalysts and as entrainers. In this work, experimental data for the vapor pressure of pure ethanol and water in the pressure range of 20 to 101 kPa were obtained as well as for vapor-liquid equilibrium (VLE) of the system ethanol + water at atmospheric pressure; and equilibrium data of ethanol + water + 2-HDEAA (2- hydroxydiethanolamine acetate) at strategic points in the diagram. The device used for these experiments was the Fischer ebulliometer, together with density measurements to determine phase compositions. The experimental data were consistent with literature data and presented thermodynamic consistency, thus the methodology was properly validated. The results were favorable, with the increase of ethanol concentration in the vapor phase, but the increase was not shown to be pronounced. The predictive model COSMO-SAC (COnductor-like Screening MOdels Segment Activity Coefficient) proposed by Lin & Sandler (2002) was studied for calculations to predict vapor-liquid equilibrium of systems ethanol + water + ionic liquids at atmospheric pressure. This is an alternative for predicting phase equilibrium, especially for substances of recent interest, such as ionic liquids. This is so because no experimental data nor any parameters of functional groups (as in the UNIFAC method) are needed / O etanol anidro tem ampla aplica??o em ind?strias qu?mica, farmac?utica e de combust?veis. No entanto, os processos atuais para a sua obten??o envolvem custo elevado, alta demanda de energia e a utiliza??o de solventes t?xicos e poluentes. Esse problema ocorre devido ? forma??o de aze?tropo na mistura etanol + ?gua, n?o permitindo a separa??o completa por m?todos convencionais tais como destila??o simples. Como uma alternativa aos processos atualmente utilizados, este estudo prop?e a utiliza??o de l?quidos i?nicos como agentes na destila??o extrativa. Trata-se de sais org?nicos l?quidos a baixas temperaturas (abaixo de 373,15 K). Suas caracter?sticas, tais como baixa volatilidade (press?o de vapor muito baixa), estabilidade t?rmica e baixa corrosividade os tornam interessantes para aplica??es como catalisadores e solventes. Neste trabalho, dados experimentais de press?o de vapor de etanol e ?gua puros na faixa de press?o de 20 a 101 kPa, assim como dados de equil?brio l?quido-vapor(ELV) do sistema etanol + ?gua a press?o atmosf?rica, e dados de equil?brio do sistema etanol + ?gua + 2-HDEAA (acetato de 2-hidrodietanolamina) foram obtidos em pontos estrat?gicos do diagrama. O dispositivo usado para esses experimentos foi o ebuliometro de Fischer, juntamente com medidas de densidade para determinar a composi??o das fases. Os dados obtidos apresentaram coer?ncia com dados da literatura e consist?ncia termodin?mica, desta forma, a metodologia foi devidamente validada. Os resultados foram favor?veis, com o aumento da concentra??o de etanol na fase vapor, por?m o aumento n?o demonstrou ser elevado. O modelo preditivo COSMO-SAC (COnductor-like Screening MOdels Segment Activity Coefficient), desenvolvido por Lin e Sandler (2002), foi aplicado para os c?lculos de predi??o de Equil?brio L?quido-Vapor do sistema etanol + ?gua com l?quido i?nico a press?o atmosf?rica. Essa ? uma alternativa para a previs?o do equil?brio de fases, especialmente para subst?ncias de interesse recente, tais como l?quidos i?nicos, uma vez que nem dados experimentais, nem par?metros de grupos funcionais (como no m?todo UNIFAC) s?o necess?rios