Orientador : Roger Josef Zem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:00:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_SergioHenriqueBernardode_D.pdf: 4922037 bytes, checksum: 89a2b8549eebabf31b90e85dd94e0dd7 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Destilação é um dos processos de separação que mais consome energia. Isto é motivação importante para o estudo de diferentes configurações de sistemas de destilação, com o objetivo de obter-se processos mais eficientes, que desperdicem menos energia e causem menor impacto ambiental. No estudo de diferentes configurações de sistemas de destilação, necessariamente tenta-se encontrar a combinação ótima entre os fatores: Número de estágios, razão de refluxo, condição térmica da alimentação, estágio de alimentação e a utilização de trocadores intermediários. Neste trabalho, um método para encontrar esta combinação ótima, do pronto de vista da termodinâmica, é proposto. O método se baseia na análise de colunas de destilação através do estudo de perfis de perdas de exergia. O perfil de perdas de exergia, montado a partir de balanços de exergia em cada estágio de uma coluna de destilação, representa a distribuição de forças motrizes ao longo da coluna. É a análise do formato do perfil que permite identificar mudanças necessárias na coluna para que a sua eficiência aumente. Os testes feitos para colunas com o sistema °metanol/água, mostraram que os perfis obtidos efetivamente representam a distribuição de forças motrizes na coluna, desde que as propriedades entalpia, entropia e energia de Gibbs, envolvidas nos cálculos, sejam consistentes entre si. Para isto, foi provado que é necessário considerar-se os valores de excesso destas propriedades. Estendendo um pouco o trabalho, análises mais detalhadas mostraram que é possível desprezar-se os valores de entalpia de excesso, obtendo ainda assim perfis coerentes. Este procedimento tem a vantagem de permitir que o método seja estendido a sistemas muIticomponentes. Por fim, o perfil de perdas de exergia foi utilizado para direcionar modificações em duas colunas (acetona/água e etanol/água), com o objetivo de aumentar a eficiência termodinâmica destas colunas. Foi constatado que as colunas finais obtidas são termodinamicamente mais eficientes que as originais / Abstract: The most frequently used method of separating fluid mixtures is by distillation, which uses significant amounts of energy. For this reason, the study of column design modifications with respect to energy consumption, has been the subject of many recent works concerning the energy efficiency of distillation columns. Column design modification involves options such as different number of stages, reflux ratios, feed stage location, feed condition and the benefit of using side-condensers or/and side reboilers. In this work a new procedure to find the best combination of these options, from a thermodynamic point of view is presented. In this method, exergy loss profiles are used to analyse different columns layouts. The exergy loss profile is obtained from a stage-to-stage exergy balance and represent the distribution of driving forces in the column. Critical analysis of profile shapes identifies necessary column modifications to lead to higher column efficiency. The methodology was tested to a separation of a high nonideal mixture (methanol/water), concluding that exergy loss profiles can represent the distribution of driving forces in the column. However, to ensure thermodynamic consistency, when dealing with nonideal systems excess properties cannot be ignored. Detailed studies showed that it is possible to simplify the method, ignoring excess enthalpy contribution and still ensure reasonable thermodynamic consistency. This modification allows the method to be applied to multicomponent systems. Finally, exergy 10ss profiles were used to identify suitable column modifications for acetone/water and ethanol/water splits. Results showed that the columns obtained after modifications are thermodynamically more efficient / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Tese (doutorado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2011 / Bibliografia: f. 96-108 / O objetivo deste trabalho é analisar as perdas e a eficiência exergética do metabolismo da glicose, composta da Glicólise, do Ciclo de Krebs e da Oxidação Fosforilativa, com o objetivo de formar ATP, utilizando uma metodologia de análise exergética do met / The objective of this work is analyze the losses and exergetic efficiency for the glucose metabolism, comprised of Glycolysis, Krebs Cycle and the Oxidative Phosphorylation, which goal is form ATP, using a methodology for the exergetic analysis of metabol

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_8477_DISSERTAÇÃO LETICIA.pdf: 7202 bytes, checksum: 0eaa29cc040b1d62f4542fe106132285 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES / Nos processos para produção de aço em uma usina siderúrgica são produzidos gases que normalmente podem ser aproveitados como combustíveis pela própria planta. Os gases de alto forno, de coqueria, de aciaria e o alcatrão compõem frequentemente a mistura de combustíveis alimentados nas caldeiras de diversas usinas siderúrgicas. A combustão de diferentes misturas (mix) de combustíveis na caldeira pode gerar altos níveis de gases não oxidados, especialmente o CO. Altas concentrações destes gases acarretam problemas ambientais, o que não é desejado. Como tentativa de solução do problema, significativos níveis de excesso de ar são inseridos no sistema. Entretanto, o excesso de ar pode acarretar na redução da eficiência energética do processo e pode não solucionar o problema. Neste contexto, os objetivos deste trabalho são: (i) Testar diferentes composições para a alimentação de uma caldeira em operação em uma indústria siderurgia e calcular a composição da saída dos gases de exaustão; (ii) Investigar o efeito do aumento do excesso de ar na composição dos gases de exaustão e na eficiência energética do processo. Para isto é proposta a utilização da técnica de minimização da energia livre de Gibbs. Esta metodologia é frequentemente utilizada para se calcular a composição química de um sistema fechado em equilíbrio químico com uma ou mais fases. Portanto é possível afirmar que a energia livre de Gibbs é mínima quando o sistema atinge o estado de equilíbrio químico. Para a obtenção da composição química do sistema, um problema de otimização restrito deve ser resolvido. As variáveis a serem ajustadas representam a composição de equilíbrio do sistema. Assim, com o desenvolvimento deste estudo espera-se ser possível predizer quais a condições operacionais maximizam a eficiência energética do processo e minimizam a emissão de gases não oxidados. / The development of the steel industry has increased energy demand, exerting strong influence on the use of energy resources. The utilization energetic is extremely important because it enables the steel industry greatly reduce their costs. In the steelmaking process, they are produced four by-products with high capacity for energy generation. The produced by-products are directed to thermoelectric plants and used as fuel for the generation of electricity. In this work it proposed a modeling for the prediction of the equilibrium concentration of the chemical species present in the furnace of a steel boiler installed in a thermoelectric plant. The employed technique consists of the minimization of the Gibbs energy of the reaction medium present in the furnace of steel boiler equipment on the thermoelectric central plant. The optimization problem was proposed, by defining thus the objective function and restrictions to be resolved employing the commercial software Matlab® . The solution of the optimization problem resultant provides the description of composition output of the exhaust gases. This work it was possible to evaluate the impact of changes in air feed flow rate and operating temperature of the composition of the exhaust gases. The applied methodology is able to reproduce satisfactorily the information provided by industry and obtained in the literature, that describe the combustion of the byproducts on the steel industry by-products.

Orientador: Reginaldo Guirardello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T02:10:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YancyCaballero_DaisonManuel_M.pdf: 4027109 bytes, checksum: 0eb7d2d1826a2d09c663855c9ad4360c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho tem como objetivo o estudo e aplicação da metodologia da minimização da energia de Gibbs no sistema para o cálculo do equilíbrio de fases, com e sem reação química, para o sistema reacional do biodiesel, utilizando técnicas de otimização global aliadas ao software GAMS, ferramenta computacional utilizada nesta pesquisa. Desse modo, diferentes algoritmos para o cálculo do equilíbrio químico e de fases foram desenvolvidos na forma de programação não-linear para testar diferentes casos de estudo; o primeiro caso envolve apenas a formação de possíveis fases líquidas, e são comparados alguns dados disponíveis na literatura de sistemas contendo os componentes presentes na formação do biodiesel com os resultados obtidos mediante a minimização da função de Gibbs; o segundo caso, equilíbrio de fases com reação química, envolve a formação de uma possível fase vapor e possíveis fases liquidas; dessa forma foi simulada a reação de transesterificação de óleos vegetais para produção de biodiesel, fazendo alguns testes em que são considerados pseudo-componentes e outros em que não. Desse modo foram utilizados os modelos termodinâmicos NRTL, UNIQUAC e UNIFAC para a representação das fases líquidas, com ajustes dos parâmetros de interação binária dos modelos NRTL e UNIQUAC mediante o principio de máxima-verossimilhança para os sistemas envolvidos; nesse caso também foi usado o GAMS. Os resultados obtidos demonstraram que o uso das técnicas de otimização global aliadas ao GAMS são ferramentas úteis e eficientes para calcular o equilíbrio químico e de fases mediante a minimização da energia de Gibbs, além de apresentar tempos computacionais razoavelmente pequenos. Além disso, para os casos que foram comparados com dados da literatura, observou-se uma boa concordância entre os dados simulados e experimentais / Abstract: In this work, the Gibbs energy minimization method was used in chemical and phase equilibrium calculations for system containing compounds in biodiesel production processes. So, global optimization techniques associated with the GAMS software were utilized. Thus, different algorithms to simultaneous calculations of chemical and phase equilibrium were developed in form of non-linear programming to test different case studies; in the first case, only the formation of liquid phases were considered, and the results obtained by direct minimizing of the Gibbs energy were compared with some data available in literature for the systems evaluated; in the second case, phase equilibrium with chemical reaction, were considered the formation of one vapor phase and several liquid phases. In such a way, the transesterification reaction of vegetable oils for biodiesel production was simulated, considering and no considering pseudo-components. In this way, different thermodynamic models were applied to represent the non-idealities of the liquid phases, such as, NRTL, UNIQUAC and UNIFAC models. Also, binary interaction parameters for NRTL and UNIQUAC models were adjusted using the maximum-likelihood method. Additionally, in adjustment process was used the GAMS software too. The results obtained showed that the use of global optimization techniques associated with the GAMS software are useful and efficient tools to calculate the chemical and phase equilibrium by minimizing of the Gibbs energy. Furthermore, the computational times spent in the calculations were quite small in all systems studied. Moreover, in the cases that were compared with literature data, a good agreement between predicted and experimental data was observed / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Rahoma Sadeg Mohamed. / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T04:27:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PessoaFilho_PedrodeAlcantara_D.pdf: 10293388 bytes, checksum: d2122777bc0a4783f681b4c94289e6de (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A fonnação de sistemas aquosos bifásicos em conseqüência da adição à água de alguns pares de polímeros, ou de certos polímeros e sais, é um fenômeno bem estabelecido e conhecido. Esses sistemas encontram larga aplicação na separação de moléculas biológicas em laboratório e têm conhecido nos últimos tempos incipiente aplicação industrial; sua correta modelagem tennodinâmica é o objetivo deste trabalho. Inicialmente consideraram-se sistemas formados por dois polímeros. Procurou-se incorporar à equação de Flory-Huggins modificações que levassem em conta a formação de ligações de hidrogênio entre moléculas de água e entre moléculas de água e de polímero, no caso, o poli(etileno glicol). Em uma primeira análise utilizou-se como base do desenvolvimento a teoria quimica, que considera a ligação de hidrogênio uma ligação covalente. Os resultados foram bastante adequados e indicavam que a consideração das ligações cruzadas era suficiente para permitir uma boa modelagem. Assim, outros modelos que levavam em conta a solvatação foram desenvolvidos, em uma primeira abordagem considerando o número de moléculas de água na camada de solvatação constante, depois permitindo que esse valor variasse com a composição. Todos esses modelos tiveram bastante sucesso; entretanto, resultados pouco adequados foram obtidos na utilização da SAFT (teoria estatistica do fluido associativo). A polidispersão da dextrana também foi considerada em alguns cálculos, com sucesso; entretanto, dadas as diferenças existentes entre dados experimentais obtidos em grupos de pesquisa diversos, não foi possivel construir um modelo totalmente preditivo. Estudaram-se também sistemas formados por polímeros e sais. Nesse caso, o esforço teórico foi direcionado à compreensão do papel dos componentes nos tennos devidos à interação eletrostática ¿ por exemplo, polímeros presentes alteram a constante dielétrica e a densidade do meio, devendo portanto alterar a equação de Debye-Hückel, o que, por sua vez, faz com que se prevejam comportamentos irrealistas. Análise acurada revelou que a solução completa do problema demanda a conversão de propriedades obtidas no formalismo de McMillan e Mayer ao formalismo de Lewis e Randall para misturas de solventes ¿ esforço teórico cujo vulto ultrapassa o escopo deste trabalho. Desenvolveu-se também um modelo para sistemas fonnados por polieletrólitos e polímeros neutros. Esse modelo é baseado em uma equação empirica do virial, e considera a ocorrência de várias reações, por meio das quais foi possivel obter um novo modelo de energia de Gibbs excedente que levasse em conta a variação do grau de dissociação iônica em soluções aquosas de polieletrólitos. O modelo fisico de solvatação constante, desenvolvido para sistemas formados por dois polímeros, foi utilizado no estudo da partição de moléculas biológicas. O modelo foi capaz de descrever muito bem resultados de experimentos de partição. Nesse caso, a consideração da polidispersão da dextrana, que afeta muito pouco cálculos de equilíbrio líquido-líquido, modificou de maneira adequada a densidade numérica dessas fases, tomando o modelo mais confiável / Abstract: Aqueous two-phase systems are formed when either two polymers or a polymer and a salt are added to water at certain concentrations. These systems have been widely used to separate biological molecules in laboratory, and have recently found incipient industrial application. This work is aimed at the development of reliable thennodynamic models for these systems. First, systems fonned by two polymers were examined. The Flory-Huggins equation was modified to account for hydrogen bonding occurring between water molecules (self-association) and between water and polymer molecules (solvation). The first modification uses the chemical theory, according to which hydrogen bonding is considered to be equivalent to a covalent bonding. The results obtained were very good and indicated that cross-association alone might bring about this improvement. Purely physical models accounting for solvation were subsequently developed, first by considering the number of water molecules bonded to each polymer molecule as a constant value, and later allowing it to vary with concentration. These models were found very successful. A similar attempt to use the SAFT (statistical associating fluid theory), however, did not provide good results. Polydispersion in polymers such as Dextran was also successfully accounted for, even though it was not possible to establish a completely predictive model due to the discrepancies in experimental data obtained by different research groups. Systems fonned by polymers and salts were dealt with next. In this case, the theoretical investigation was aimed at the understanding of the role of the different compounds in the ca1culation of the tenn that accounts for long range interactions. For instance, polymers modify the dielectric constant and the specific gravity ofthe surrounding medium, thus modifying the Debye-Hückel equation; however, accounting for this effect introduces spurious terms in phase equilibrium ca1culations. A more detailed analysis showed that the correct solution to this problem would require the conversion of properties of mixing ca1culated in the McMillan and Mayer forrnalism to that of Lewis and Randal, a serious and challenging theoretical problem whose solution is beyond the scope of this work. A new thennodynamic model tailored for solutions of polyelectrolytes and neutral polymers was also developed. This model is based on an empirical virial equation and considers the occurrence of some ionic dissociation reactions. Through this picture it was possible to develop a new excess Gibbs energy model accounting for the variation of the ionic dissociation degree in aqueous solutions of polyelectrolytes. The model with constant value for the solvation number, developed for systems fonned by two polymers, was also used to model the partitioning of biological molecules in these systems. The model provided a very good description of partitioning experiments. Accounting for Dextran polidispersion, which has almost no effect on phase equilibrium ca1culations, modifies the numeric density of the liquid phases in equilibrium, and increases the reliability of the model / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Reginaldo Guirardello, Charlles Rubber de Almeida Abreu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:13:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borghi_DanieladeFreitas_D.pdf: 3030117 bytes, checksum: b4aac454256a7b9c27deaa4219de53e7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Atualmente, a produção de biodiesel tem sido objeto de estudo em diversos países devido à previsão de exaustão das fontes petrolíferas e também às suas características, já que este combustível possui vantagens ambientais em relação à emissão de gases poluentes. Trata-se de uma fonte de energia renovável e as matérias-primas para a sua produção são abundantes no Brasil. O biodiesel é produzido através da transesterificação de gordura animal ou óleo vegetal. Porém, os reagentes (óleo e etanol/metanol) e os produtos (éster metílico/etílico de ácidos graxos e glicerol) são parcialmente solúveis durante o processo. Assim, o conhecimento do equilíbrio de fases das misturas envolvidas em sua produção é um fator importante na otimização das condições da reação e da separação final dos produtos. Dentro deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo realizar cálculos de equilíbrio de misturas de compostos envolvidos nos processos de produção de biodiesel, utilizando técnicas de otimização global. A modelagem matemática requer o conhecimento de propriedades termoquímicas de todas as espécies envolvidas e do equilíbrio de fases do sistema. Tais informações foram obtidas a partir do uso de uma metodologia utilizando o software Gaussian 03 e o método COSMO-SAC. E o equilíbrio de fases foi realizado através da minimização da energia de Gibbs do sistema. Foram obtidos perfis sigma a serem utilizados no método COSMO-SAC através do software MOPAC. Eles foram comparados com os perfis sigma de um banco de dados do grupo Virginia Tech (VT-2005) e percebeu-se que, apesar de apresentarem diferenças, qualitativamente eles possuem muitas semelhanças. Foi verificada a eficiência do modelo COSMO-SAC em predizer os coeficientes de atividade de uma mistura binária de metanol e glicerol e observou-se que os desvios médios absolutos entre os valores experimentais e os calculados estão acima de 27%, o que é um desvio muito alto. Além disso, utilizou-se a metodologia da minimização da energia de Gibbs para a realização do cálculo de equilíbrio de fases de misturas binárias contendo água, metanol e glicerol, com o auxílio da ferramenta computacional GAMS. Os desvios médios absolutos obtidos variaram de 1,55 a 7,96%, dependendo da mistura. Portanto, este modelo ainda precisa de refinamentos para se tornar uma ferramenta confiável / Abstract: Biodiesel production has been studied in several countries due to the forecast of petroleum sources depletion and to its characteristics, since this fuel has environmental advantages due to lower pollutant gas emissions. It is a renewable source of energy and raw materials for its production are abundant in Brazil. Biodiesel is produced by transesterification of vegetable oils or animal fat. However, reagents (oil and ethanol/methanol) and products (fatty acids ethyl/methyl ester and glycerol) are partially soluble in the process. Therefore, knowledge of the phase equilibrium mixtures involved in its production is an important factor in optimizing the reaction conditions and separation of the final products. In this context, this work aims to perform equilibrium calculations of mixtures of compounds involved in the biodiesel production process using global optimization techniques. Mathematical modeling requires the knowledge of thermochemical properties of all the species involved and the phase equilibrium of the system. Such information was obtained with a methodology using the Gaussian 03 software and COSMO-SAC method. The phase equilibrium was achieved by minimizing the Gibbs energy of the system. Sigma profiles to be used in COSMO-SAC method were obtained using the MOPAC software. It was compared with the sigma profiles from Virginia Tech group database (VT-2005) and it was realized that, despite having differences, qualitatively it is similar. The efficiency of COSMO-SAC model to predict the activity coefficients of a binary mixture of methanol and glycerol was verified and it was found that the average absolute deviation between experimental and calculated values are above 27%, a very high value. In addition, a methodology of Gibbs energy minimization we used to perform the calculation of the phase equilibrium of binary mixtures containing water, methanol and glycerol, with the GAMS software. The mean absolute deviations obtained ranged from 1.55 to 7.96% depending on the mixure. Therefore, this model still needs refinements to become a reliable tool / Doutorado / Engenharia Química / Doutora em Engenharia Quimica

Orientador: Javier Telis Romero / Banca: Ana Cristina de Souza / Banca: Marcos Alexandre Polizelli / Banca: Maria Aparecida Mauro / Banca: José Francisco Lopes Filho / Resumo: De maneira geral, a diversidade e a pungência dos frutos de pimenta, seus atributos sensoriais, a composição química, as ações fisiológicas correlatas e o crescimento da aceitação e da preferência por várias populações, aumentaram o interesse na pesquisa científica relacionada com os diferentes aspectos desta cultura. Apesar de ser abundantemente encontrada em todo o país, há pouca informação científica sobre a pimenta malagueta. Neste estudo, determinou-se a cinética de secagem da pimenta malagueta (Capsicum frutescens) a 40, 50, 60 e 70°C por meio da secagem em secador de leito fixo por 5 horas, aplicando-se os modelos empíricos de Page, Henderson-Pabis e Lewis. Observou-se maior rapidez na queda de umidade (aumento da taxa de secagem) com o aumento da temperatura de secagem. Todas as taxas de secagem obtidas foram decrescentes, não sendo observado período de taxa constante de secagem, indicando, assim, que o principal mecanismo de migração da água do interior do produto para sua superfície é a difusão. O modelo que melhor se ajustou aos dados foi o de Page. Calculou-se o coeficiente de difusão da pimenta utilizando a solução analítica da segunda lei de Fick para geometria de cilindro finito, observando-se um aumento da difusividade com a temperatura. Avaliou-se o teor de capsaicina na pimenta in natura e após a secagem nas 4 temperaturas estudadas por cromatografia líquida de alta eficiência, observando-se que não houve diferença significativa entre os tratamentos quanto ao teor de capsaicina. Construíram-se as isotermas de adsorção a 40, 50, 60 e 70°C das pimentas desidratadas a 40, 50, 60 e 70°C em secador de leito fixo e verificou-se qual o melhor modelo matemático que se ajustava aos dados experimentais. A partir do melhor modelo (modelo de GAB), determinaram-se as propriedades termodinâmicas de sorção da água (calor isostérico... / Abstract: In general, the diversity and the pungency of chili peppers fruits, their sensory attributes, chemical composition, related physiological actions and the growing acceptance and preference for various populations, increased interest in scientific research related to the different aspects of this culture. Despite being abundantly found across the country, there is little scientific information about the malagueta chili pepper. In this study, the drying kinetics of malagueta chili peppers (Capsicum frutescens) were determined at 40, 50, 60 and 70ºC in a fixed bed dryer, drying for 5 hours, by applying the empirical models of Page, Henderson-Pabis and Lewis. It was shown that the moisture content fell quicker (increase in the drying rate) the higher the drying temperature. All the drying rates obtained were decreasing, no constant drying rate being observed, indicating that the main mechanism for migration of the water from the interior to the surface of the product was diffusion. The Page model fitted the data best. The coefficient of diffusion of the peppers was calculated using the analytical solution of Fick's second law for a finite cylindrical geometry, observing an increase in diffusivity with temperature. The capsaicin content of the peppers was determined by high performance liquid chromatography in the in natura peppers and after drying by four temperatures evaluated, and no significant differences between the treatments were found. Isotherms were constructed for the ... / Doutor

Orientadores: Maria Alvina Krahenbuhl, Antonio Jose de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T05:54:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Falleiro_RafaelMauricioMatricarde_M.pdf: 2025398 bytes, checksum: 267d9b60efd1dc4f0a2818661c23761d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esse trabalho irá contribuir com alguns dados inéditos de equilíbrio líquido-vapor de compostos que constituem o biodiesel, pelo interesse imediato que este último tem despertado no mundo. Dados de Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV) para três misturas binárias de ácidos graxos saturados foram medidos com sucesso através da Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC). Esses dados são de grande interesse para as indústrias, principalmente as de biodiesel, já que processos como a cristalização ou a separação indesejada de componentes pode ser minimizada a partir do levantamento desses dados. Contudo, mudanças na célula de pressão do calorímetro e o uso de panelas herméticas com furo na tampa (f = 250 µm) foram necessárias para que a técnica analítica fosse possível de ser aplicada, apresentando precisão nos resultados, uso de pouca quantidade de amostra e menor tempo de operação. Foram determinados experimentalmente a 50 mmHg dados ELV dos seguintes sistemas: ácido mirístico (C14:0) + ácido palmítico (C16:0), ácido mirístico (C14:0) + ácido esteárico (C18:0), ácido palmítico (C16:0) + ácido esteárico (C18:0). Na pressão de 8 mmHg investigou-se o sistema ácido linoléico (C18:2) + ácido oléico (C18:1). Para estes quatro sistemas foram preparadas pequenas quantidades de amostras (2,5 a 4,5 mg) em diferentes composições cuja fração molar do componente mais volátil variara de 0 a 1,0 em intervalos de 0,1. Os coeficientes de fugacidade para os componentes da fase vapor foram calculados usando o método de Hayden e O'Connell (Fredenslund et al., 1977) e o coeficiente de atividade para a fase líquida foi correlacionado pelos modelos tradicionais de gE : NRTL (Renon and Prausnitz, 1968), UNIQUAC (Abrams and Prausnitz, 1975) e Wilson (Prausnitz et al., 1999). Os ajustes dos parâmetros foram então comparados afim de determinar quais dos ajustes representava melhor o ELV. A modelagem termodinâmica é importante para o desenvolvimento de equipamentos para a produção de biodiesel e fundamentais nos processos de purificação. / Abstract:This work will contribute to some unpublished data of phase equilibria of compounds that form the biodiesel, which arouses the interest immediately. Vapor-liquid equilibrium (VLE) data for three binary mixtures of saturated fatty acids have been successfully measured through differential scanning calorimetry (DSC). These data are of great interest to the industries mainly of biodiesel, since processes such as crystallization or separation of undesired components can be minimized from such data. However, changes in the calorimeter pressure cell and the use of hermetic pans with caps with holes (f = 250 µm) have been necessary so that this analytical technique was possible to be applied, showing accuracy in results, shorter sample quantity and operational time. The systems studied at 50 mmHg in this work were: myristic acid (C14:0) + palmitic acid (C16:0), myristic acid (C14:0) + stearic acid (C18:0) e palmitic acid (C16:0) + stearic acid (C18:0). The linoleic acid (C18:2) + oleic acid (C18:1) binary mixture was investigated in the pressure of 8 mmHg. The binary systems were prepared using small quantities (2.5 to 4.5 mg) of samples in different mole fractions varying between 0.0 and 1.0 in relation to the most volatile component of each diagram. The fugacity coefficients for the components in the vapor phase have been calculated using the Hayden and O'Connell's method (Fredenslund et al., 1977) and the activity coefficients for the liquid phase have been correlated to the traditional gE models: NRTL (Renon and Prausnitz, 1968), UNIQUAC (Abrams and Prausnitz, 1975) and Wilson (Prausnitz et al., 1999). The set of parameters were then compared in order to determine which adjustments would best represent the VLE. The thermodynamic modeling is important for the development of equipment for the biodiesel production and purification. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Alvina Krahenbuhl / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T18:45:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LucianaYumiAkisawa_M.pdf: 3646991 bytes, checksum: ba62402781e91d287e8cc031d8f12f30 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: No projeto de processos de separação é essencial o conhecimento do comportamento das fases que estão em equilíbrio. O presente trabalho consistiu no estudo do equilíbrio de fases de misturas contendo acetona, água e cumeno. Estes componentes são de grande importância para a indústria do fenol. Os componentes água e cumeno são parcialmente miscíveis e na destilação da mistura de acetona, água e cumeno ocorre a formação de três fases (líquido-líquido-vapor), por isso é muito importante a determinação de um único conjunto de parâmetros dos modelos de GE que possa representar adequadamente o equilíbrio líquido-líquido simultaneamente. Determinou-se dados de equilíbrio líquido-vapor dos sistemas acetona + água,acetona + cumeno e acetona + água+ cumeno e dados de equilíbrio líquido-líquido do sistema água + cumeno a 760 mmHg. O Princípio da Máxima Verossimilhança foi utilizado no ajuste dos parâmetros de interação binária dos modelos NRTL e UNIQUAC.Os parâmetros obtidos neste trabalho foram comparados em trabalho anterior,Mafra (2005,) no qual se procedeu ao ajuste de dados ternários de equilíbrio líquido-líquido a 50 °C, e buscou-se o conjunto de parâmetros que melhor representa o equilíbrio líquido-vapor e líquido-líquido simultaneamente. Os resultados obtidos revelaram que o modelo NRTL com parâmetros determinados a partir de dados binários representa satisfatoriamente os equilíbrios líquido-vapor e líquido-líquido de sistemas binários e ternário envolvendo acetona, água e cumeno / Abstract: On projecting separation processes it is essential the knowledge of the behavior of the phases in equilibrium. The present work involved the study of the phase equilibrium of mixtures containing acetone, water and cumene, which are very important in the phenol industry. The components water and cumene are partially miscible, and in the distillation of the mixture of acetone, water and cumene occurs the simultaneous formation of three phases, two liquids and one vapor. In such a way this it is important the determination of only one set of parameters for GE models that can represent appropriately the vapor-liquid and liquid-liquid equilibrium. It has been determined vapor-liquid equilibrium data of acetone + water, acetone + cumene and acetone + water -"o cumene systems and liquid-liquid equilibrium data of water + cumene system at 760 mmHg. The Maximum Likelihood Principle was used for the estimation of the interaction parameters for the NRTL and UNIQUAC models. The parameters obtained in this work were compared with the parameters found by Mafra (2005). who realized the reduction of ternary liquid-liquid equilibrium data at 50°C. and it has been analyzed which set of parameters gives the best representation of the vapor-liquid and the liquid-liquid equilibrium simultaneously. The results have shown that the NRTL model with parameters determined by binary data represents properly the vapor-liquid and liquid-liquid equilibrium of binary and ternary systems containing acetone, water and cumene / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Reginaldo Guirardello, Lucio Cardozo-Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T05:19:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_LorenaBrancagliaode_M.pdf: 1007051 bytes, checksum: 2881509687072c829010312b1b5653e0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O conhecimento do equilíbrio de fases é de grande importância no projeto e análise de uma grande variedade de processos químicos, incluindo reatores e unidades de separação. É o caso, por exemplo, da indústria de produção de óleos vegetais e de produção de ácido cítrico. Geralmente, sistemas de interesse da indústria alimentícia são formados por muitos componentes. A determinação e o cálculo das propriedades termodinâmicas e do equilíbrio de fases, nesses casos, são bastante complicados. Devido à natureza não-convexa e não-linear de modelos termodinâmicos, necessários para descrever o problema do equilíbrio de fases, há um grande interesse na aplicação de técnicas de otimização para descrever o comportamento do equilíbrio. Problemas de otimização global, técnicas rápidas, seguras e robustas que têm certo grau de confiança para achar a solução global não foram ainda completamente desenvolvidos. Por isso, estudos desses métodos têm sido foco na simulação e otimização na engenharia química. Este trabalho tem como objetivo o estudo e aplicação de um método de busca estocástica para otimização global no cálculo do equilíbrio de fases de misturas complexas de sistemas de interesse da industria alimentícia. O método de busca estocástica utilizado é o algoritmo ¿simulated annealing¿ (SA) devido à sua principal vantagem em poder evitar mínimos locais (teoricamente) e de ser de fácil aplicação. A determinação do equilíbrio de fases é feita pela minimização da energia livre de Gibbs do sistema. Para a representação termodinâmica de misturas complexas de interesse da indústria alimentícia foram empregados os modelos NRTL (Non-Random-Two-Liquid) e UNIQUAC (UNIversal QUAsi-Chemical). Os dados experimentais utilizados como estudo de caso foram obtidos na literatura e foram caracterizados por meio de pseudo-componentes, uma vez que são formados por muitas substâncias diferentes. Os resultados obtidos para os casos estudados demonstraram que a aplicação da técnica de SA para minimização global da energia livre de Gibbs permite, juntamente com os modelos NRTL e UNIQUAC, a representação confiável dos dados experimentais em tempos muito bons de execução. Além disso, a técnica de SA mostrou-se robusta levando a resultados de mínimo global independentemente da estimativa inicial, mesmo para casos fortemente não-lineares e não-convexos / Abstract: In many industrial processes, during the phase of refining and separation, products form very complex mixtures. It is the case, for example, of the vegetal oil and citric acid industries. As these mixtures are formed by many components, determination and calculation of thermodynamic properties and phase equilibrium are very complicated. In this way, the use of the most rigorous methods able to calculate the phase equilibrium and to analyse the stability of phases of these mixtures becomes necessary. In this work, the determination of phase equilibrium is done by minimization of the Gibbs free energy of the system. The NRTL (Non-Random-Two-Liquid) and UNIQUAC (UNIversal QUAsi-Chemical) models were used for the thermodynamic representation of the complex mixtures, which were characterized by means of pseudo-components. Under conditions of constant temperature and pressure, the necessary and sufficient condition for a multiphase and multicomponent system to reach the equilibrium is that the Gibbs free energy is a global minimum. Based on this principle, equilibrium problems can be formulated and solved as otimization problems. The objective function for these problems is generaly highly nonlinear and usually nonconvex, and methods of global optimization are generally necessary for its minimization. The technique of global optimization studied and applied in this work is a method of random search named Simulated Annealing (SA), whose main advantages are the ability to avoid local minimum and the ease of application. The results obtained for the studied cases have demonstrated that the application of the technique of SA for global minimization of the Gibbs free energy, together with the models NRTL and UNIQUAC, allows a reliable representation of the experimental data in very short execution times. Moreover, the SA technique was robust, leading to the global minima independently of the initial estimate even for highly nonlinear and nonconvex cases / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química