A adsorção em leito fixo de carvão ativado granular é uma das mais importantes alternativas para a remoção de compostos orgânicos voláteis em efluentes aquosos, em concentrações baixas. O objetivo deste trabalho é colocar em funcionamento uma unidade piloto de adsorção e desenvolver uma metodologia para avaliar o comportamento de adsorventes nesta planta como a usada no projeto de unidades de adsorção de leito fixo. Esta planta piloto possui uma coluna de 20 mm de diâmetro interno, encamisada. Ela é equipada com espectrofotômetro UV on-line, que permite a medida da concentração de componentes orgânicos voláteis na corrente de efluente. Também, possui módulos para a aquisição de dados de temperatura, vazão e pressão diferencial. Nessa planta, foram realizados experimentos, à temperatura ambiente, para aquisição de curvas de ruptura experimentais da adsorção de tolueno de uma corrente aquosa, em um leito fixo de carvão ativado. O leito era composto por um carvão ativado granular (8 x 12 mesh). Diferentes alturas de leito (5 e 10 cm) e vazões ( 0,8 e 1,6 L.h-1) foram testados, mantendo a concentração de tolueno na alimentação em aproximadamente 50 ppm. Concomitantemente, foram realizados testes para a caracterização do adsorvente, obtendo-se 15,4 % de conteúdo de umidade e 8,7 % de cinzas, massa específica bulk de 0,5 g.mL-1, massa específica real de 1,72 g.mL-1 e 681 m2.g-1 de área superficial A estimação da difusividade mássica e do coeficiente de transferência de massa referente à fase sólida foram obtidos através de dados de testes cinéticos, obtendo-se, respectivamente, os valores médios de 6,1 cm2.h-1 e 0,0162 cm.h-1. As alturas das zonas de transferência de massa obtidas para a vazão de 0,8 L.h-1 aumentaram com o aumento da altura do leito, indicando comportamento de padrões proporcionais. Além disso, analisaram-se dados preliminares de pressão diferencial no leito, que indicam que ela aumentou enquanto havia adsorção. A metodologia desenvolvida poderá ser aplicada para estudar a adsorção com outros pares adsorvente/adsorvato.

A adsorção em leito fixo de carvão ativado granular é uma das mais importantes alternativas para a remoção de compostos orgânicos voláteis em efluentes aquosos, em concentrações baixas. O objetivo deste trabalho é colocar em funcionamento uma unidade piloto de adsorção e desenvolver uma metodologia para avaliar o comportamento de adsorventes nesta planta como a usada no projeto de unidades de adsorção de leito fixo. Esta planta piloto possui uma coluna de 20 mm de diâmetro interno, encamisada. Ela é equipada com espectrofotômetro UV on-line, que permite a medida da concentração de componentes orgânicos voláteis na corrente de efluente. Também, possui módulos para a aquisição de dados de temperatura, vazão e pressão diferencial. Nessa planta, foram realizados experimentos, à temperatura ambiente, para aquisição de curvas de ruptura experimentais da adsorção de tolueno de uma corrente aquosa, em um leito fixo de carvão ativado. O leito era composto por um carvão ativado granular (8 x 12 mesh). Diferentes alturas de leito (5 e 10 cm) e vazões ( 0,8 e 1,6 L.h-1) foram testados, mantendo a concentração de tolueno na alimentação em aproximadamente 50 ppm. Concomitantemente, foram realizados testes para a caracterização do adsorvente, obtendo-se 15,4 % de conteúdo de umidade e 8,7 % de cinzas, massa específica bulk de 0,5 g.mL-1, massa específica real de 1,72 g.mL-1 e 681 m2.g-1 de área superficial A estimação da difusividade mássica e do coeficiente de transferência de massa referente à fase sólida foram obtidos através de dados de testes cinéticos, obtendo-se, respectivamente, os valores médios de 6,1 cm2.h-1 e 0,0162 cm.h-1. As alturas das zonas de transferência de massa obtidas para a vazão de 0,8 L.h-1 aumentaram com o aumento da altura do leito, indicando comportamento de padrões proporcionais. Além disso, analisaram-se dados preliminares de pressão diferencial no leito, que indicam que ela aumentou enquanto havia adsorção. A metodologia desenvolvida poderá ser aplicada para estudar a adsorção com outros pares adsorvente/adsorvato.

A adsorção em leito fixo de carvão ativado granular é uma das mais importantes alternativas para a remoção de compostos orgânicos voláteis em efluentes aquosos, em concentrações baixas. O objetivo deste trabalho é colocar em funcionamento uma unidade piloto de adsorção e desenvolver uma metodologia para avaliar o comportamento de adsorventes nesta planta como a usada no projeto de unidades de adsorção de leito fixo. Esta planta piloto possui uma coluna de 20 mm de diâmetro interno, encamisada. Ela é equipada com espectrofotômetro UV on-line, que permite a medida da concentração de componentes orgânicos voláteis na corrente de efluente. Também, possui módulos para a aquisição de dados de temperatura, vazão e pressão diferencial. Nessa planta, foram realizados experimentos, à temperatura ambiente, para aquisição de curvas de ruptura experimentais da adsorção de tolueno de uma corrente aquosa, em um leito fixo de carvão ativado. O leito era composto por um carvão ativado granular (8 x 12 mesh). Diferentes alturas de leito (5 e 10 cm) e vazões ( 0,8 e 1,6 L.h-1) foram testados, mantendo a concentração de tolueno na alimentação em aproximadamente 50 ppm. Concomitantemente, foram realizados testes para a caracterização do adsorvente, obtendo-se 15,4 % de conteúdo de umidade e 8,7 % de cinzas, massa específica bulk de 0,5 g.mL-1, massa específica real de 1,72 g.mL-1 e 681 m2.g-1 de área superficial A estimação da difusividade mássica e do coeficiente de transferência de massa referente à fase sólida foram obtidos através de dados de testes cinéticos, obtendo-se, respectivamente, os valores médios de 6,1 cm2.h-1 e 0,0162 cm.h-1. As alturas das zonas de transferência de massa obtidas para a vazão de 0,8 L.h-1 aumentaram com o aumento da altura do leito, indicando comportamento de padrões proporcionais. Além disso, analisaram-se dados preliminares de pressão diferencial no leito, que indicam que ela aumentou enquanto havia adsorção. A metodologia desenvolvida poderá ser aplicada para estudar a adsorção com outros pares adsorvente/adsorvato.

Este trabalho visa contribuir para o conhecimento dos consumos de energia em uma planta típica de produção de biodiesel. A energia consumida no processo de produção de um combustível deve ser compatível com aquela por ele disponibilizada em suas utilizações. Assim, avaliou-se a energia térmica teórica em kJ/kg envolvida na produção de uma unidade de massa de biodiesel comparando-a com o seu poder calorífico inferior (PCI). Às operações unitárias deste processo, foram aplicados os balanços de materiais e de energia como método para calcular a carga térmica em cada operação para determinar o consumo de energia. Para tanto foi necessário encontrar uma fórmula molecular representativa para o óleo e uma para o biodiesel, com cálculos partindo da massa molar de cada um. A aplicação dos cálculos do balanço de entalpia em algumas operações unitárias dependia dos valores das entalpias de formação do óleo e do biodiesel, que foram calculadas pelo princípio de Hess, através das reações de combustão. O consumo de vapor da planta de biodiesel foi calculado através da massa de vapor consumida em todo o processo sendo comparada com o consumo de biodiesel necessário para a produção desse vapor. O processo analisado consome 25% do biodiesel produzido para gerar suas necessidades de aquecimento, confirmando a utilização do biodiesel como combustível em termos energéticos. / This work aims at contributing to the knowledge of energy consumption in a typical plant of biodiesel production. The energy consumed in the production of fuel must be compatible to the one available in its updating. Therefore, the theoretical thermal energy involved in the production of a biodiesel mass unit in kJ/kg has been evaluated compared to its lower heat value (LHV). To the unitary operations of this process, the balance of materials and energy has been applied as a method to calculate the thermal charge in each operation to determine the energy consumption. To do so, it was necessary to find representative molecular formulas for both oil and biodiesel, with calculations based on the molar mass of each. The application of the calculations of the enthalpy balance in some unitary operations depended on the values of the formation enthalpies of oil and biodiesel, which have been calculated through the principle of Hess, by means of the reactions of combustion. The consumption of steam from the biodiesel plant has been calculated through the steam mass consumed all over the process being compared to the necessary consumption of biodiesel to produce this steam. The analyzed process consumes 25% of the biodiesel produced to generate its heating necessities, confirming the use of biodiesel as fuel in energy terms.

Nos últimos anos, os processos de separação por membranas têm recebido atenção especial frente a outras alternativas de operações unitárias de separação. Isto se deve às várias características únicas típicas destes processos, o que os torna muito competitivos economicamente quando comparados com processos de separação já bem estabelecidos. A alta seletividade, flexibilidade de operação, maior facilidade para a separação de compostos termolábeis, dentre outras vantagens, trazem como conseqüência o uso das membranas como alternativas promissoras em vários ramos da Engenharia Química, e até mesmo em diversas áreas do conhecimento, tais como Medicina, Farmácia, Biotecnologia, Indústria Aeroespacial, dentre muitas outras.Aliada a estas características, as técnicas de simulação fluidodinâmica têm também crescido, principalmente devido ao aumento na capacidade de processamento dos computadores modernos. Por causa da ainda recente impossibilidade de obter-se uma solução analítica completa para a grande maioria dos escoamentos, as técnicas numéricas, quando combinadas com o pré-processamento (definição do problema físico e condições de contorno), processamento (solução das equações governantes) e pós-processamento (visualização e análise dos resultados), permitem a solução dos mais diversos tipos de problemas. No caso dos processos de separação envolvendo membranas, o grande interesse está focado no comportamento da camada limite de polarização por concentração, o qual é um fenômeno que comumente causa alguns problemas. Desta forma, o uso de uma ferramenta para a resolução de escoamentos complexos torna possível a compreensão destes fenômenos, aumentando em muito a qualidade do projeto e de possíveis tomadas de decisões em processos de separação envolvendo membranas.Neste trabalho, um programa de simulação fluidodinâmica comercial, chamado CFX, foi utilizado para realizar uma série de simulações de processos de separação com membranas, comparando-se os dados obtidos com aqueles presentes na literatura. Foram analisados alguns estudos de caso, dentre os quais: microfiltração tangencial de suspensão de partículas de sílica, escoamento de água em módulo de microfiltração para diferentes geometrias e ultrafiltração de soluto macromolecular (albumina de soro bovino ou BSA). Os resultados da microfiltração de partículas desílica e da ultrafiltração de BSA primeiramente foram comparados com dados experimentais, considerando-se a estrutura porosa da membrana nas simulações. Posteriormente os mesmos sistemas foram simulados levando-se em conta apenas o escoamento dentro do canal, e os resultados foram comparados com modelos clássicos de previsão de fluxo permeado presentes na literatura. Uma proposta para a simulação do fluxo através da correção do coeficiente de difusão da proteína BSA foi realizada, pois existem muito poucos modelos que tratam dos problemas relativos à separação de solutos de alta massa molar. Além disso, simulações de problemas envolvendo simples escoamentos foram também realizadas, de forma a avaliar o simulador frente às soluções analíticas destes problemas.Concluiu-se que o CFX é capaz de reproduzir resultados experimentais e teóricos com um bom grau de concordância, e que fatores como pressão transmembrana e parâmetros de turbulência afetam os resultados, bem como os desvios em relação aos experimentos e modelos testados. / In the last years, membrane separation processes have received a special attention when compared with other unit operations of separation. This is due to several unique features of these processes, which make them economically competitive with other even well-established separation processes. The high selectivity, the operation flexibility, the separation of thermo labile compounds, among other advantages, make the use of membranes a promising alternative in several branches of Chemical Engineering, and even in other areas of knowledge, such as Medicine, Pharmacy, Biotechnology, Aerospace Industry, among many others. Besides, the techniques of fluid dynamics simulation have also grown, especially due to increasing in computer processing capacity. Because of the impossibility in obtaining a complete analytical solution for most flow problems, a numerical procedure can be applied in order to achieve the solution. Concerning the membrane separation processes, the great interest is focused in the study of the concentration polarization boundary layer, a phenomenon that commonly causes flux decline and changes in membrane retention. Thus, the use of a tool which can be used to solve complex flow problems can help in the understanding of these phenomena, increasing the quality of the design of separation processes with membranes. In this work, a commercial fluid dynamics software, CFX, was used to carry out many membrane processes simulations, and the data obtained were compared with ones available in the literature. The following case studies were investigated: cross flow microfiltration of silica particles suspension, flow of water in microfiltration modules with different geometries and ultrafiltration of macromolecular solute (bovine serum albumin, or BSA). The results of microfiltration of silica particles suspension and ultrafiltration of BSA were firstly compared with experimental data, considering the porous structure of the membrane in these simulations. Later on, the same systems were simulated taken into account only the flow within the channel, and the results were compared with classical models for permeate flux prediction presented in the literature. A model to simulate flux by means of the correction of the diffusion coefficient of BSA protein was carried out, since there are only few models to treat the problems about separation of solutes with high molar mass.It has been concluded that CFX is able to reproduce experimental and theoretical results in a good concordance, and parameters such as transmembrane pressure and turbulence affect the results, as well as the deviations in relation to experiments and models tested.

Nos últimos anos, os processos de separação por membranas têm recebido atenção especial frente a outras alternativas de operações unitárias de separação. Isto se deve às várias características únicas típicas destes processos, o que os torna muito competitivos economicamente quando comparados com processos de separação já bem estabelecidos. A alta seletividade, flexibilidade de operação, maior facilidade para a separação de compostos termolábeis, dentre outras vantagens, trazem como conseqüência o uso das membranas como alternativas promissoras em vários ramos da Engenharia Química, e até mesmo em diversas áreas do conhecimento, tais como Medicina, Farmácia, Biotecnologia, Indústria Aeroespacial, dentre muitas outras.Aliada a estas características, as técnicas de simulação fluidodinâmica têm também crescido, principalmente devido ao aumento na capacidade de processamento dos computadores modernos. Por causa da ainda recente impossibilidade de obter-se uma solução analítica completa para a grande maioria dos escoamentos, as técnicas numéricas, quando combinadas com o pré-processamento (definição do problema físico e condições de contorno), processamento (solução das equações governantes) e pós-processamento (visualização e análise dos resultados), permitem a solução dos mais diversos tipos de problemas. No caso dos processos de separação envolvendo membranas, o grande interesse está focado no comportamento da camada limite de polarização por concentração, o qual é um fenômeno que comumente causa alguns problemas. Desta forma, o uso de uma ferramenta para a resolução de escoamentos complexos torna possível a compreensão destes fenômenos, aumentando em muito a qualidade do projeto e de possíveis tomadas de decisões em processos de separação envolvendo membranas.Neste trabalho, um programa de simulação fluidodinâmica comercial, chamado CFX, foi utilizado para realizar uma série de simulações de processos de separação com membranas, comparando-se os dados obtidos com aqueles presentes na literatura. Foram analisados alguns estudos de caso, dentre os quais: microfiltração tangencial de suspensão de partículas de sílica, escoamento de água em módulo de microfiltração para diferentes geometrias e ultrafiltração de soluto macromolecular (albumina de soro bovino ou BSA). Os resultados da microfiltração de partículas desílica e da ultrafiltração de BSA primeiramente foram comparados com dados experimentais, considerando-se a estrutura porosa da membrana nas simulações. Posteriormente os mesmos sistemas foram simulados levando-se em conta apenas o escoamento dentro do canal, e os resultados foram comparados com modelos clássicos de previsão de fluxo permeado presentes na literatura. Uma proposta para a simulação do fluxo através da correção do coeficiente de difusão da proteína BSA foi realizada, pois existem muito poucos modelos que tratam dos problemas relativos à separação de solutos de alta massa molar. Além disso, simulações de problemas envolvendo simples escoamentos foram também realizadas, de forma a avaliar o simulador frente às soluções analíticas destes problemas.Concluiu-se que o CFX é capaz de reproduzir resultados experimentais e teóricos com um bom grau de concordância, e que fatores como pressão transmembrana e parâmetros de turbulência afetam os resultados, bem como os desvios em relação aos experimentos e modelos testados. / In the last years, membrane separation processes have received a special attention when compared with other unit operations of separation. This is due to several unique features of these processes, which make them economically competitive with other even well-established separation processes. The high selectivity, the operation flexibility, the separation of thermo labile compounds, among other advantages, make the use of membranes a promising alternative in several branches of Chemical Engineering, and even in other areas of knowledge, such as Medicine, Pharmacy, Biotechnology, Aerospace Industry, among many others. Besides, the techniques of fluid dynamics simulation have also grown, especially due to increasing in computer processing capacity. Because of the impossibility in obtaining a complete analytical solution for most flow problems, a numerical procedure can be applied in order to achieve the solution. Concerning the membrane separation processes, the great interest is focused in the study of the concentration polarization boundary layer, a phenomenon that commonly causes flux decline and changes in membrane retention. Thus, the use of a tool which can be used to solve complex flow problems can help in the understanding of these phenomena, increasing the quality of the design of separation processes with membranes. In this work, a commercial fluid dynamics software, CFX, was used to carry out many membrane processes simulations, and the data obtained were compared with ones available in the literature. The following case studies were investigated: cross flow microfiltration of silica particles suspension, flow of water in microfiltration modules with different geometries and ultrafiltration of macromolecular solute (bovine serum albumin, or BSA). The results of microfiltration of silica particles suspension and ultrafiltration of BSA were firstly compared with experimental data, considering the porous structure of the membrane in these simulations. Later on, the same systems were simulated taken into account only the flow within the channel, and the results were compared with classical models for permeate flux prediction presented in the literature. A model to simulate flux by means of the correction of the diffusion coefficient of BSA protein was carried out, since there are only few models to treat the problems about separation of solutes with high molar mass.It has been concluded that CFX is able to reproduce experimental and theoretical results in a good concordance, and parameters such as transmembrane pressure and turbulence affect the results, as well as the deviations in relation to experiments and models tested.

Nos últimos anos, os processos de separação por membranas têm recebido atenção especial frente a outras alternativas de operações unitárias de separação. Isto se deve às várias características únicas típicas destes processos, o que os torna muito competitivos economicamente quando comparados com processos de separação já bem estabelecidos. A alta seletividade, flexibilidade de operação, maior facilidade para a separação de compostos termolábeis, dentre outras vantagens, trazem como conseqüência o uso das membranas como alternativas promissoras em vários ramos da Engenharia Química, e até mesmo em diversas áreas do conhecimento, tais como Medicina, Farmácia, Biotecnologia, Indústria Aeroespacial, dentre muitas outras.Aliada a estas características, as técnicas de simulação fluidodinâmica têm também crescido, principalmente devido ao aumento na capacidade de processamento dos computadores modernos. Por causa da ainda recente impossibilidade de obter-se uma solução analítica completa para a grande maioria dos escoamentos, as técnicas numéricas, quando combinadas com o pré-processamento (definição do problema físico e condições de contorno), processamento (solução das equações governantes) e pós-processamento (visualização e análise dos resultados), permitem a solução dos mais diversos tipos de problemas. No caso dos processos de separação envolvendo membranas, o grande interesse está focado no comportamento da camada limite de polarização por concentração, o qual é um fenômeno que comumente causa alguns problemas. Desta forma, o uso de uma ferramenta para a resolução de escoamentos complexos torna possível a compreensão destes fenômenos, aumentando em muito a qualidade do projeto e de possíveis tomadas de decisões em processos de separação envolvendo membranas.Neste trabalho, um programa de simulação fluidodinâmica comercial, chamado CFX, foi utilizado para realizar uma série de simulações de processos de separação com membranas, comparando-se os dados obtidos com aqueles presentes na literatura. Foram analisados alguns estudos de caso, dentre os quais: microfiltração tangencial de suspensão de partículas de sílica, escoamento de água em módulo de microfiltração para diferentes geometrias e ultrafiltração de soluto macromolecular (albumina de soro bovino ou BSA). Os resultados da microfiltração de partículas desílica e da ultrafiltração de BSA primeiramente foram comparados com dados experimentais, considerando-se a estrutura porosa da membrana nas simulações. Posteriormente os mesmos sistemas foram simulados levando-se em conta apenas o escoamento dentro do canal, e os resultados foram comparados com modelos clássicos de previsão de fluxo permeado presentes na literatura. Uma proposta para a simulação do fluxo através da correção do coeficiente de difusão da proteína BSA foi realizada, pois existem muito poucos modelos que tratam dos problemas relativos à separação de solutos de alta massa molar. Além disso, simulações de problemas envolvendo simples escoamentos foram também realizadas, de forma a avaliar o simulador frente às soluções analíticas destes problemas.Concluiu-se que o CFX é capaz de reproduzir resultados experimentais e teóricos com um bom grau de concordância, e que fatores como pressão transmembrana e parâmetros de turbulência afetam os resultados, bem como os desvios em relação aos experimentos e modelos testados. / In the last years, membrane separation processes have received a special attention when compared with other unit operations of separation. This is due to several unique features of these processes, which make them economically competitive with other even well-established separation processes. The high selectivity, the operation flexibility, the separation of thermo labile compounds, among other advantages, make the use of membranes a promising alternative in several branches of Chemical Engineering, and even in other areas of knowledge, such as Medicine, Pharmacy, Biotechnology, Aerospace Industry, among many others. Besides, the techniques of fluid dynamics simulation have also grown, especially due to increasing in computer processing capacity. Because of the impossibility in obtaining a complete analytical solution for most flow problems, a numerical procedure can be applied in order to achieve the solution. Concerning the membrane separation processes, the great interest is focused in the study of the concentration polarization boundary layer, a phenomenon that commonly causes flux decline and changes in membrane retention. Thus, the use of a tool which can be used to solve complex flow problems can help in the understanding of these phenomena, increasing the quality of the design of separation processes with membranes. In this work, a commercial fluid dynamics software, CFX, was used to carry out many membrane processes simulations, and the data obtained were compared with ones available in the literature. The following case studies were investigated: cross flow microfiltration of silica particles suspension, flow of water in microfiltration modules with different geometries and ultrafiltration of macromolecular solute (bovine serum albumin, or BSA). The results of microfiltration of silica particles suspension and ultrafiltration of BSA were firstly compared with experimental data, considering the porous structure of the membrane in these simulations. Later on, the same systems were simulated taken into account only the flow within the channel, and the results were compared with classical models for permeate flux prediction presented in the literature. A model to simulate flux by means of the correction of the diffusion coefficient of BSA protein was carried out, since there are only few models to treat the problems about separation of solutes with high molar mass.It has been concluded that CFX is able to reproduce experimental and theoretical results in a good concordance, and parameters such as transmembrane pressure and turbulence affect the results, as well as the deviations in relation to experiments and models tested.

Este trabalho visa contribuir para o conhecimento dos consumos de energia em uma planta típica de produção de biodiesel. A energia consumida no processo de produção de um combustível deve ser compatível com aquela por ele disponibilizada em suas utilizações. Assim, avaliou-se a energia térmica teórica em kJ/kg envolvida na produção de uma unidade de massa de biodiesel comparando-a com o seu poder calorífico inferior (PCI). Às operações unitárias deste processo, foram aplicados os balanços de materiais e de energia como método para calcular a carga térmica em cada operação para determinar o consumo de energia. Para tanto foi necessário encontrar uma fórmula molecular representativa para o óleo e uma para o biodiesel, com cálculos partindo da massa molar de cada um. A aplicação dos cálculos do balanço de entalpia em algumas operações unitárias dependia dos valores das entalpias de formação do óleo e do biodiesel, que foram calculadas pelo princípio de Hess, através das reações de combustão. O consumo de vapor da planta de biodiesel foi calculado através da massa de vapor consumida em todo o processo sendo comparada com o consumo de biodiesel necessário para a produção desse vapor. O processo analisado consome 25% do biodiesel produzido para gerar suas necessidades de aquecimento, confirmando a utilização do biodiesel como combustível em termos energéticos. / This work aims at contributing to the knowledge of energy consumption in a typical plant of biodiesel production. The energy consumed in the production of fuel must be compatible to the one available in its updating. Therefore, the theoretical thermal energy involved in the production of a biodiesel mass unit in kJ/kg has been evaluated compared to its lower heat value (LHV). To the unitary operations of this process, the balance of materials and energy has been applied as a method to calculate the thermal charge in each operation to determine the energy consumption. To do so, it was necessary to find representative molecular formulas for both oil and biodiesel, with calculations based on the molar mass of each. The application of the calculations of the enthalpy balance in some unitary operations depended on the values of the formation enthalpies of oil and biodiesel, which have been calculated through the principle of Hess, by means of the reactions of combustion. The consumption of steam from the biodiesel plant has been calculated through the steam mass consumed all over the process being compared to the necessary consumption of biodiesel to produce this steam. The analyzed process consumes 25% of the biodiesel produced to generate its heating necessities, confirming the use of biodiesel as fuel in energy terms.

Este trabalho tem por objetivo comparar dois modos de operação de destilação em batelada: com refluxo constante e composição do destilado constante. Desenvolveuse um modelo matemático para a destilação em batelada de uma mistura binária (metanol-etanol) para operação com cada um destes modos. O modelo consiste basicamente dos balanços de massa e entalpia, relações e diagramas de equilíbrio líquido-vapor (composição de equilíbrio, temperaturas de bolha e orvalho da mistura), estimativa das propriedades físico-químicas da mistura (calor específico, calor latente de vaporização), determinação do número de estágios ideais necessários à separação (pelo método de McCabe-Thiele), cálculo de cargas térmicas no refervedor e condensador, consumo de utilidades (vapor de água e água de resfriamento), estimativa do tempo de destilação e alguns aspectos econômicos sobre o processo (custos de equipamentos e operacionais, capacidade de produção, lucro mensal). Implementou-se em uma planilha eletrônica este modelo para as simulações matemáticas e análise técnico-econômica do processo. Em escala de laboratório (foram realizados, ao todo, oito ensaios, quatro de refluxo constante e quatro de refluxo variável, utilizando uma coluna de pratos perfurados), constatou-se uma boa concordância entre estes resultados experimentais e os calculados a partir da modelagem. Em seguida, estudaram-se, isoladamente em cada modo de operação e de modo comparativo, as principais variáveis de processo (taxa de refluxo, composição do destilado, quantidade de carga, vazão de destilado, etc.) através de simulações matemáticas, tanto no cenário de uma unidade existente como no caso do projeto de uma instalação nova. Para uma instalação existente, verificou-se, que no modo de destilação com composição de destilado constante, mantendo-se a vazão do vapor de topo constante, o tempo de destilação é menor, a capacidade de destilação é maior, resultando em maior lucro mensal. Para uma instalação a ser projetada, de novo, o processo mais vantajoso é o de refluxo variável e vazão de vapor do topo constante, pois requer menores áreas dos trocadores de calor para uma dada separação num tempo fixo de processo. No entanto, para o processamento de uma dada quantidade num mesmo tempo, à medida que se adota, no projeto, um número maior de estágios de separação na coluna, a diferença de lucro mensal torna-se praticamente indistinta para os modos de destilação estudados. / The aim of this study is to compare two operational methods of batch distillation of a binary system (methanolethanol): constant reflux and constant distillate composition. A phenomenological modeling concerning each mode was developed. It was based on material and enthalpy balances, equilibrium relationships, estimation of physical properties (specific heat and latent vaporization heat of mixtures), determination of ideal stages number (using McCabe-Thiele method), calculation of rebolier and condenser thermal loads and areas, steam and cooling water requirement, distillation time and some economical aspects. The mathematical model was implemented into an electronic spreadsheet. The predicted values were compared to experimental results from eight tests carried out in a laboratory sieve tray column (four at constant reflux and four at constant distillate composition), and a good consistency was found. Then several case studies concerning each distillation mode as well as the comparative performance were accomplished through mathematical simulations. Evaluation of the basic process variables such as reflux rate, initial load, distillate composition and flow rate was done. Rating of an existing plant and design of a new installation were considered in this process analysis. For an existing installation, lower distillation time, as well as higher distillation capacity and monthly profit were observed when distilling with constant distillate composition, keeping constant the flow rate of vapor from the column top. This process is also the more advantageous one when designing a new plant since smaller heat exchanger areas are required. However, to process a quantity in a same time, in a design of a new plan, as number of separation stages increases, monthly profit becomes almost the same among the studied distillation modes.

O processo de osmose reversa produz um permeado com elevada pureza, pois a membrana é praticamente uma barreira absoluta para partículas sólidas, coloides, íons e orgânicos. No entanto, alguns parâmetros devem ser controlados para proteger a membrana de oxidações por cloro, incrustações por partículas metálicas, compostos orgânicos e por sais concentrados acima ou próximos da supersaturação. Este processo é consolidado em aplicações de dessalinização e desmineralização para geração de água de nobre, porém requer maior avanço conceitual e prático em tratamento de efluentes em função das características particulares em termos de contaminantes para cada tipo de efluente. A presença de sais de metais alcalinos terrosos pode formar inscrustação (scaling) por precipitados indesejados, tais como: sulfato de bário (BaSO4), sulfato de estrôncio (SrSO4), carbonato de estrôncio (SrCO3), carbonato de cálcio (CaCO3) e hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), além de sílica (SiO2). Para redução do potencial de scaling, podem ser aplicados na água compostos anti-incrustantes, bem como soluções para ajuste de pH para dissolução de cristais de certos compostos incrustantes, porém estas aplicações são dependentes do estudo de impacto nos processos e equipamentos (JANG et al., 2002). Este estudo foi realizado com o efluente de uma refinaria no Brasil após ser tratado pela ETAC (Estação de tratamento de águas contaminadas). Este efluente foi submetido a um novo processo de remoção de sais dissolvidos baseado em sistema de osmose reversa integrado com precipitação. Foram também analisados os índices de saturação dos sais dissolvidos nas correntes de alimentação e de rejeito do sistema de osmose reversa, de modo a verificar a incrustação de sais nas membranas e dimensionar adequadamente a unidade sem a adição de anti-incrustantes. Também foi verificado o atendimento da qualidade da água de permeado do sistema de osmose reversa com os requisitos de qualidade de água recomendados pela ASME (American Society of Mechanical Engineers) para caldeiras a vapor. Neste estudo foi identificado que, mediante uma dosagem que eleve o pH da solução para o valor de 9,5 no precipitador, é possível precipitar 90% dois íons presentes e que em valores de pH maiores (maiores dosagens) essa eficiência de precipitação diminui. Nesta condição, o consumo de reagentes Na2CO3 e Na2SO4 foi de 3,23 mmol e para o MgCl2 foi de 0,16 mmol por litro de efluente bruto a ser tratado. O pré-tratamento de precipitação antes do sistema de osmose reversa pode reduzir a precipitação de sais superfície das membranas. Nas condições aplicadas neste estudo, foram atingidas as reduções de sais de barita em 96%,de sílica em 91,6% e complexos de apatita em 99,97%. Esta melhoria reflete diretamente na vida útil das membranas visto que a precipitação de barita e de sílica são os maiores complicadores de remoção nas membranas mesmo que seja realizada a limpeza química. Para avaliação do custo de investimento e de consumo de químicos, também foi desenvolvido um estudo de implantação de uma unidade de capacidade de tratamento de 150 m3/h. Esta vazão foi definida como referência com base no estudo de produção de efluentes pelas refinarias no Brasil. O custo de implantação e de operação foi aplicado na avaliação de três cenários distintos que poderiam haver a necessidade de implantação do sistema de reúso na refinaria, tais como: implantação em uma refinaria nova em local com baixa disponibilidade de água para captação ou com grande variação sazonal do aquífero, expansão da refinaria sem alterar as plantas com sistema de tratamento água e tratamento de água desmineralizada existentes e de expansão da refinaria com a possibilidade de implantação de novos sistemas de tratamento de água e tratamento de água desmineralizada. Os resultados apresentam que os cenários estudados foram favoráveis a iniciativa de implantar o sistema de reúso nas refinarias. / The reverse osmosis process produces a permeate with high purity because the membrane is almost an absolute barrier to solid particles, colloids, and organic ions. However, some parameters must be controlled to protect the membrane from oxidation by chlorine, inlays for metal particles, organic compounds and salts above concentrated or near supersaturation. This process is consolidated in desalination and demineralization applications for boiler water generation, but requires more conceptual and practical advances in wastewater treatment according to the particular characteristics in terms of contaminants for each type of wastewater. The presence of alkaline earth metal salts may form unwanted precipitates such as barium sulfate (BaSO4), strontium sulfate (SrSO4), strontium carbonate (SrCO3), calcium carbonate (CaCO3) and magnesium hydroxide (Mg(OH)2) and silica (SiO2). This phenomenon of fouling salts is also known as \"scaling\". To reduce the scaling potential is usual to apply anti-fouling compounds, as well as pH adjustment to dissolve crystals of certain fouling compounds, but these applications are dependent upon impact study on processes and equipment (Jang et al., 2002). This study was conducted with the wastewater of a refinery in Brazil after being treated by ETAC (Wastewater Treatment Plant). The wastewater was subjected to a new process for removal of dissolved salts based on reverse osmosis system integrated with precipitation. The saturation index of the dissolved salt was also analyzed in the feed and concentrate streams of the reverse osmosis system, in order to verify salts fouling the membranes and properly sizing the unit without the addition of antifoulants. It was also checked the water quality in the permeate of the reverse osmosis with the quality requirements of water recommended by the ASME (American Society of Mechanical Engineers) for steam boilers. In this study it was identified through a dose that raise the pH to a value of 9.5, that it is possible to precipitate 90% of the ions dissolved in the wastewater and at higher pH (higher doses) this precipitation efficiency decreases. In this condition, the consumption of reagents Na2CO3 and Na2SO4 was 3.23 mmol and MgCl2 was 0.16 mmol per liter of raw wastewater to be treated. The pre-treatment with precipitation before the reverse osmosis system can reduce the precipitation on the surface of the membranes of barite salts in 96%, 91.6% to silica, and for complex apatite mineral of 99.97%. This improvement directly reflects the life-time of the membranes since the precipitation of barite and silica are the most complicating particles to the membranes even if chemical cleaning is applied. To evaluate the cost of investment and consumption of chemicals, it has also developed a study of deployment of a unit treatment capacity of 150 m3/h. This flow was defined as a reference based on the study of production of wastewater by refineries in Brazil. The cost of deployment and operation was applied in the evaluation of three different scenarios that could be a need to reuse the water in the refinery, such as: implementation of a new refinery in location with low water availability for pickup or large variation seasonal aquifer, refinery expansion without changing the plants water treatment system, and demineralized water treatment and existing refinery expansion with the possibility of developing new water treatment systems and treatment of demineralized water. The results show that the scenarios studied were favorable to initiative of introducing the system of reuse in refineries.