Orientador: Antonio Jose de Almeida Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:04:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Telis_VaniaReginaNicoletti_M.pdf: 5294410 bytes, checksum: aeb81ed6ace7ff86f3ca272fd188ffd4 (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o efeito do solvente na eficiência de transferência de massa na destilação extrativa em colunas recheadas. Os experimentos foram realizados em uma coluna de vidro com dimensões variando entre 4,0 - 4,5 cm de diâmetro interno e 0,9 - 1,5 m de altura, recheada com anéis de Raschig de vidro de 0,5 cm, utilizando o sistema etanol-água-etileno glicol. Durante a realização dos experimentos foram variadas as velocidades superficiais do líquido e do vapor e a concentração de etileno glicol no leito recheado que, por sua vez, provocou a variação das propriedades físicas da fase liquida do sistema. A partir dos resultados experimentais foram determinados os coeficientes de transferência de massa pelo método pseudobinário. Os coeficientes de transferência de massa experimentais possibilitaram a obtenção de uma correlação empírica para o cálculo do produto do coeficiente de transferência do filme líquido pela área interfacial efetiva em função dos números de Reynolds, Schmidt., Weber e Froude. Os resultados são discutidos em termos da influência das velocidades superficiais do líquido e do vapor, do efeito da concentração do agente extrativo e da influência da viscosidade, difusividade e tensão superficial da fase líquida na magnitude dos coeficientes de transferência de massa do sistema / Abstract: The purpose of this work is to study the influence of solvent on mass transfer efficiency of extractive distillation in packed columns. The experiments were carried out in a glass column whose dimensions varied between 4,0 - 4,5 cm inside diameter and 0,9 - 1,5 m height., packed with 0,5 cm glass Raschig rings. The test system was the mixture ethanol-water-ethylene glycol. During; the experiments were varied the liquid and vapor superficial velocity and the ethylene glycol concentration in packed bed, what accounted for the change in the liquid phase physical properties. Mass transfer coefficients were obtained from the experimental results by the pseudobinary method. The experimental mass transfer coefficients made it possible to obtain an empirical correlation for the product. of the liquid film mass transfer coefficient. by the effective interfacial area as a function of the Reynolds, Schimdt., Weber and Froude numbers. The results are discussed with respect to the influence of the liquid and vapor superficial velocity, the effect of extractive agent concentration and the influence of the liquid phase viscosity, difusivity and superficial tension in the magnitude of mass transfer coefficients / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-21T03:53:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CavalcanteJunior_AfranioPessoa_M.pdf: 1824448 bytes, checksum: 394f24665e4cfd81d98420c99e790fe9 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: A inferência de variáveis é frequentemente utilizada na industria química em substituição à medida direta, on-line, de variáveis controladas. Esta substituição dá-se principalmente em processos nos quais a obtenção direta destas grandezas apresenta alto custo,baixa confiabilidade, e atrasos significativos no tempo de resposta. Modelos fundamentais simplificados nem sempre encontram-se disponíveis para o controle inferencial destes processos. Nestes casos, modelos empíricos devem ser utilizados. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo inferencial empírico, baseado na utilização de Funções Racionais Multivariáveis, para estimar a qualidade dos produtos em uma coluna de destilação. A metodologia desenvolvida inclui a utilização da técnica da Decomposição em Valores Singulares ( SVD ) para a seleção das variáveis do processo com o melhor poder preditivo. Os resultados obtidos mostraram que os modelos baseados em funções racionais possuem grande poder de predição e apresentam significativas vantagens em relação aos modelos obtidos via regressão linear múltipla na inferência da qualidade dos produtos em colunas de destilação / Abstract: Inferential variables are often used in chemical process industries in place of direct on-line measurement of controlled variables. They are mainly used in processes where direct measurement is expensive, unreliable and adds significant delay. Simplified fundamental models are often not available for inferential controI. In this case, empirical models must be used. This work investigates the development of an empirical inferential modei based on multivariate rational functions to estimate the product quality in distillation columns.The methodology developed includes the use of singular value decomposition (SVD) to select the process variables with the best predictive power. The results obtained show that models based on multivariate rational functions show good predictive power and have significant advantages, when compared with models based on multivariate linear functions, in the estimation of the products quality in distillation columns / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Roger Josef Zem / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T10:12:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moussa_LucianaSaliba_M.pdf: 2751469 bytes, checksum: 89e9a89c7238faa8173b5e5fe18a25df (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia utilizando a análise energética e a análise exergética aplicadas em colunas de destilação e convergindo-as para um procedimento combinado, para uma redução do uso de energia mais prática e viável. A análise energética para colunas utiliza a separação reversível e a partir de um perfil descrevendo consumo/rejeição de energia na coluna. Ela preocupa-se com a eficiência global da coluna e permite propor metas de redução de consumo da coluna. A análise exergética computa as perdas exergéticas geradas pelas irreversibilidades na coluna, determina a sua eficiência energética com a identificação das seções termodinamicamente ineficientes, direcionando onde as modificações devem ser realizadas. Esta sistemática foi desenvolvida em várias etapas. Implementação dos perfis a aplicação de cada método em sistemas binários e multicomponentes. A análise comparativa entre o perfil reversível e perfil de perdas de exergia, com base nos resultados obtidos com a análise dos sistemas de separação. A proposta de eliminação dos conflitos que surgiram com o estudo de multicomponentes. As modificações como posicionamento da alimentação, condição térmica e viabilidades de utilizar trocadores térmicos foram utilizadas como parâmetros de otimização da coluna e comparação entre os métodos. Os estudos mostraram que a análise proposta por cada ferramenta para sistemas binários é similar, exceto para binários não-equimolares, onde o perfil de perdas de exergia direciona as modificações para a alocação de trocador intermediário de calor. Entretanto, para sistemas multicomponentes o perfil reversível apresenta varias configurações de temperatura-entalpia para serem analisadas, devido à simplificação em agrupar os componentes do sistema formando um pseudobinário. Contudo, dependendo do pseudobinário escolhido a proposta de modificação para coluna muda completamente. A escolha do pseudobinário adequado é dependente da comparação com o perfil quasereversível rigoroso, que computa a distribuição dos componentes não-chave ao longo da _coluna, eliminando assim os conflitos gerados, conforme os estudos realizados com um estudo com um sistema temário de separação. Portanto, para realizar uma avaliação exergética faz-se necessária inicialmente, a análise energética, com base no primeiro princípio. Deste modo, as análises da primeira e segunda lei são sim complementares, contribuindo para avaliação de sistemas de separação, para propostas de metas de redução de consumo numa coluna / Abstract: The aim of this work was to develop a procedure for reduction of energy requirement of distillation columns, by a combined energy-exergy analysis approach. In the energy analysis method, the reversible column profile is used to describe heat requirementlrejection along the column. Scope for the use of intermediate heat sources/sinks and reflux reduction can then be identified. In the exergy analysis method, the exergy losses due to stage irreversibilities are computes along the column, so that inefficient column sections can be readily identified. Both methods were implemented and applied to a set of binary and multicomponents systems. The comparison of the results obtained for each case showed that for binary c1ose-to-equimolar systems, both methods indicate the same column modifications. However, for systems with non-equimolar feed compositions, or more that two components, the profiles can easily indicate conflicting modifications, and the best option can be difficult to be identified. Both methods showed to be an interesting and efficient tool to analyze energy efficiency of distillation column. However, while the exergy approach uses a real column for analysis, the reversible profile approach is based on the ideal column concept, and for multicomponents systems the additional consideration of a binary component pair is required. This turns this method very sensitive to the choice of key-components. A method for choice of optimal key-components is proposed, but it requires the calculation of a full rigorous near-reversible profile / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T14:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gimenes_MarcelinoLuiz_M.pdf: 3604128 bytes, checksum: a67d51e29386a6027ee3f9eb98200d3a (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: O presente trabalho descreve o estudo do comportamento de uma coluna de destilação com pratos perfurados sem vertedores. A formação das dispersões líquido e vapor sobre os pratos é analisada em função das vazões das fases, propriedades físicas do sistema envolvido e características geométricas dos pratos perfurados utilizados, tendo-se variado a área livre de escoamento dos pratos de 8,3% a 28,5% em uma coluna de 0,099m de diâmetro e 12 estágios. O sistema destilante utilizado nos experimentos foi o etanol-água. Os resultados experimentais mostram, sob condições destilantes o refluxo total e parcial, a formação das dispersões com regimes de escoamentos das fases dos tipos borbulhamento, "Froth" e em regime formado parcialmente por um "spray", como também a ocorrência de movimentos oscilatórios na dispersão. A altura da dispersão formada sobre os pratos foi estudada e correlacionada com os prâmetros geométricos dos pratos (área livre, diâmetro do orifício), taxas de escoamento (vazão de líquido e vapor) e propriedades físicas do sistema destilante (viscosidade, tensão superfical e massa específica do vapor e líquido), por meio da análise adimensional. Os resultados obtidos permitiram desenvolver correlações para a predição das velocidades superficiais máximas e mínimas de operação estável da coluna a refluxo total em função da área livre de escoamento dos pratos. Foram realizados estudos dos perfis de concentração de etanol na coluna em função de variáveis operacionais. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T04:12:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Poiani_LuizMarcio_M.pdf: 3678274 bytes, checksum: dbb916f6752ca640cf5f34c6ea81644d (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: São apresentadas e discutidas as estruturas básicas dos modelos estático e dinâmico de colunas de destilação, as metodologias usadas para a sua implementação e algumas dificuldades associadas à simulação. Os modelos em questão são usados para a simulação tática e dinâmica de uma coluna típica de destilação de álcool, e aplicados a. análise do comportamento do sistema para uma dada configuração de controle. Utilizam-se, conjuntamente, os métodos UNIQUAC e UNIFAC, na determinação da termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor,o que generaliza a simulação efetuada para misturas cujos dados termodinâmicos não estão disponíveis na literatura. Para a simulação do regime estacionário da coluna de destilação são utilizados o método Naphtali-Sandholm e o método aqui chamado de Alternativo, baseado na sequência das diferentes decisões apresentadas por Friday-Smith. A comparação das soluções numéricas apresentadas pelos dois métodos conduzem a perfis aproximadamente idênticos na coluna. Contudo, em termos de tempo de computação o método de Naphtali-Sandholm revelou-se sempre mais rápido. Na simulação do regime transiente da coluna são utilizados dois métodos para a integração das equações do balanço material, o método de Euler-modificado e o de Runge-Kutta. Quanto a precisão eles demonstraram serem equivalentes. Mas, quanto ao tempo dispendido nos cálculos, o método de Eüler-modificado demonstrou necessitar de um menor tempo. A simulação dinâmica da coluna de destilação a base de etanol e água em malha aberta mostrou que, para as perturbações introduzidas, o tempo de resposta da coluna se situa entre 120 e 140 minutos. A simulação dinâmica da coluna em malha fechada mostrou que, nas condições indicadas, o sistema de controle apresenta um comportamento estável. / Abstract: The basic structures of the static and dynamic models of distillation columns as well as the utilized methodology for their implementation and some difficulties associated to the simulation are presented and discussed. The models are used for static and dynamic simulation of atypical alcohol distillation column and applied in the analyses of the system behaviour for a given control configuration. The UNIQUAC and UNIFAC methods are used in connection for determining the thermodynamics of the liquid-vapor equilibrium, generalizing the simulation for mixtures with thermodynamical data not available in the literature. For the simulation of the distillation column in steady-state conditions, one has used the Naphtali-Sandholm method and, also, the Alternative method, here defined, based in the sequence of different decisions presented by Friday-Smith. A comparison between the numerical solutions of the two methods shows a close proximity for the calculated profiles. Nevertheless, in terms of computational time, the Naphtali-Sandholm methods resulted faster. In the unsteady simulation, two methods are utilized for the integration of the mass balance equations: the modified Euler method and the Runge-Kutta method. Both have shown to be equivalent in terms of precision of the results. As far as computational time, the modified Euler method has shown to be faster. The dynamic simulation of the distillation column for ethanol and water in open loop has shown that, for the introduced perturbation, the response time lies between 120 and minutes. The dynamic simulation in closed loop has shown in the indicated conditions, the control system has a stable behavior. / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho teve por objetivo avaliar a destilação de misturas hidroalcoólicas em um destilador piloto, constituído em formato híbrido, possuindo pratos e recheio nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. O estudo se aplica ao caso da produção de etanol em pequena escala em microdestilarias, que carecem de rendimentos maiores na etapa de destilação. As etapas desenvolvidas nessa pesquisa compreenderam o levantamento de informações técnicas de microdestilarias, a simulação do processo de destilação, o estudo da influência dos componentes do óleo fúsel na separação etanol-água, o projeto, construção e pré-operação de um destilador piloto, além do estudo de viabilidade econômica preliminar da tecnologia proposta. As simulações foram realizadas no software iiSE (VRTech) e envolveram três casos distintos quanto à composição da alimentação e quanto aos equipamentos. Na análise experimental da influência do óleo fúsel, misturas de etanol (6,0 a 6,5 % em massa) e água (93,0 a 94 % em massa) contendo diferentes concentrações (zero a 0,5 % em massa) de 3-metil-1-butanol, 2-metilpropan-1-ol, propan-1-ol e propan-2-ol foram destilados em um destilador de bancada. O dimensionamento considerou diferentes correlações empíricas aplicadas para as seções de esgotamento e de retificação. A análise de viabilidade econômica considerou o cenário atual da produção de etanol em pequena escala e também avaliou a competitividade do etanol hidratado combustível (EHC) produzido frente a variações no preço da matéria-prima e também na tecnologia de destilação. As simulações realizadas demonstraram que a concentração máxima de EHC obtida em uma única coluna de destilação, na presença de alcoóis superiores na alimentação, foi 91,5 % em massa, necessitando de uma elevada razão de refluxo (6,0). Assim, a obtenção de EHC com concentração acima de 92,5 % em massa, em conformidade com a legislação, só foi possível utilizando-se duas colunas de destilação. Os resultados em refluxo total demonstraram a possibilidade de obtenção de EHC acima de 92,5 % em massa. A concentração desejada não foi obtida durante a operação contínua, mesmo na ausência dos alcoóis superiores. Todos os experimentos resultaram em elevada perda de etanol no produto de fundo, decorrente de condições operacionais diferenciadas. Os resultados demonstram que há interferência dos componentes do óleo fúsel na destilação, porém não comprometendo a separação etanol-água. A análise de viabilidade econômica mostrou a competitividade do EHC produzido em pequena escala e também que a nova tecnologia proposta favorece a redução do custo final do EHC. Foi realizada a prova de conceito do destilador piloto, buscando-se a obtenção de dados operacionais de acordo com os parâmetros de qualidade previamente definidos. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se oito pratos e recheio do tipo IMTP®, nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. Os resultados comprovaram a eficácia e a viabilidade técnica do sistema de destilação proposto, além de seu potencial de utilização na produção de etanol em pequena escala. / This study aimed to evaluate distillation of ethanol-water mixtures in a pilot distiller set up on hybrid format, with trays and packing in striping and rectification sections, respectively. The study applies to the case of ethanol production on small scale, which demands higher yields on distillation operation. Steps developed in this study comprised a survey of technical information for small-scale ethanol production, the simulation of the distillation process, the study on influence of fusel oil components in ethanol-water separation, evaluation of correlations applied to design of distillation columns and design, construction, and pre-operation tests of a pilot distiller. Simulations were performed in iiSE software (VRTech) and involved three cases differentiated in relation to the composition of feed and equipment configuration. In experimental analysis of fusel oil influence, ethanol (from 6.0 to 6.5 %w/w) and water (93.0 to 94 %w/w) containing different concentrations (zero to 0.5 %w/w) 3-methyl-1-butanol, 2- methylpropan-1-ol, propan-1-ol and propan-2-ol were distilled in a bench distiller. Design considered different empirical correlations applied to striping and rectification sections. Economic feasibility analysis considered the current scenario of small scale ethanol production and evaluated the competitiveness of hydrous ethanol fuel (HEF) considering fluctuations in the feedstock price and two distillation technologies. Simulations showed that HEF maximum concentration obtained in a single distillation column in the presence of higher alcohols in the feed was 91.5 %w/w, requiring a high reflux ratio (6.0). Therefore, obtaining HEF concentration up to 92.5 %w/w in accordance with legislation, was possible only using two distillation columns. Experimental results for total reflux demonstrated the possibility of obtaining HEF above 92.5% by mass. The desired concentration was not achieved during continuous operation, even in the absence of higher alcohols. All experiments resulted in high loss of ethanol in the bottom product, due to different operating conditions. Results demonstrate that there is no interference of fusel oil components to the point of preventing ethanol-water separation in accordance with legislation. Economic feasibility analysis showed the competitiveness of HEF produced on small scale and also that the new proposed technology reduced the final cost of the HEF. A proof of concept was performed to obtain operational data according to quality standards defined previously. Best results were obtained by using eight trays and IMTP® packing in stripping and rectification sections, respectively. Results confirmed effectiveness and technical viability of the system proposed, in addition of its potential of being used in ethanol production on small scale.

Este trabalho teve por objetivo avaliar a destilação de misturas hidroalcoólicas em um destilador piloto, constituído em formato híbrido, possuindo pratos e recheio nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. O estudo se aplica ao caso da produção de etanol em pequena escala em microdestilarias, que carecem de rendimentos maiores na etapa de destilação. As etapas desenvolvidas nessa pesquisa compreenderam o levantamento de informações técnicas de microdestilarias, a simulação do processo de destilação, o estudo da influência dos componentes do óleo fúsel na separação etanol-água, o projeto, construção e pré-operação de um destilador piloto, além do estudo de viabilidade econômica preliminar da tecnologia proposta. As simulações foram realizadas no software iiSE (VRTech) e envolveram três casos distintos quanto à composição da alimentação e quanto aos equipamentos. Na análise experimental da influência do óleo fúsel, misturas de etanol (6,0 a 6,5 % em massa) e água (93,0 a 94 % em massa) contendo diferentes concentrações (zero a 0,5 % em massa) de 3-metil-1-butanol, 2-metilpropan-1-ol, propan-1-ol e propan-2-ol foram destilados em um destilador de bancada. O dimensionamento considerou diferentes correlações empíricas aplicadas para as seções de esgotamento e de retificação. A análise de viabilidade econômica considerou o cenário atual da produção de etanol em pequena escala e também avaliou a competitividade do etanol hidratado combustível (EHC) produzido frente a variações no preço da matéria-prima e também na tecnologia de destilação. As simulações realizadas demonstraram que a concentração máxima de EHC obtida em uma única coluna de destilação, na presença de alcoóis superiores na alimentação, foi 91,5 % em massa, necessitando de uma elevada razão de refluxo (6,0). Assim, a obtenção de EHC com concentração acima de 92,5 % em massa, em conformidade com a legislação, só foi possível utilizando-se duas colunas de destilação. Os resultados em refluxo total demonstraram a possibilidade de obtenção de EHC acima de 92,5 % em massa. A concentração desejada não foi obtida durante a operação contínua, mesmo na ausência dos alcoóis superiores. Todos os experimentos resultaram em elevada perda de etanol no produto de fundo, decorrente de condições operacionais diferenciadas. Os resultados demonstram que há interferência dos componentes do óleo fúsel na destilação, porém não comprometendo a separação etanol-água. A análise de viabilidade econômica mostrou a competitividade do EHC produzido em pequena escala e também que a nova tecnologia proposta favorece a redução do custo final do EHC. Foi realizada a prova de conceito do destilador piloto, buscando-se a obtenção de dados operacionais de acordo com os parâmetros de qualidade previamente definidos. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se oito pratos e recheio do tipo IMTP®, nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. Os resultados comprovaram a eficácia e a viabilidade técnica do sistema de destilação proposto, além de seu potencial de utilização na produção de etanol em pequena escala. / This study aimed to evaluate distillation of ethanol-water mixtures in a pilot distiller set up on hybrid format, with trays and packing in striping and rectification sections, respectively. The study applies to the case of ethanol production on small scale, which demands higher yields on distillation operation. Steps developed in this study comprised a survey of technical information for small-scale ethanol production, the simulation of the distillation process, the study on influence of fusel oil components in ethanol-water separation, evaluation of correlations applied to design of distillation columns and design, construction, and pre-operation tests of a pilot distiller. Simulations were performed in iiSE software (VRTech) and involved three cases differentiated in relation to the composition of feed and equipment configuration. In experimental analysis of fusel oil influence, ethanol (from 6.0 to 6.5 %w/w) and water (93.0 to 94 %w/w) containing different concentrations (zero to 0.5 %w/w) 3-methyl-1-butanol, 2- methylpropan-1-ol, propan-1-ol and propan-2-ol were distilled in a bench distiller. Design considered different empirical correlations applied to striping and rectification sections. Economic feasibility analysis considered the current scenario of small scale ethanol production and evaluated the competitiveness of hydrous ethanol fuel (HEF) considering fluctuations in the feedstock price and two distillation technologies. Simulations showed that HEF maximum concentration obtained in a single distillation column in the presence of higher alcohols in the feed was 91.5 %w/w, requiring a high reflux ratio (6.0). Therefore, obtaining HEF concentration up to 92.5 %w/w in accordance with legislation, was possible only using two distillation columns. Experimental results for total reflux demonstrated the possibility of obtaining HEF above 92.5% by mass. The desired concentration was not achieved during continuous operation, even in the absence of higher alcohols. All experiments resulted in high loss of ethanol in the bottom product, due to different operating conditions. Results demonstrate that there is no interference of fusel oil components to the point of preventing ethanol-water separation in accordance with legislation. Economic feasibility analysis showed the competitiveness of HEF produced on small scale and also that the new proposed technology reduced the final cost of the HEF. A proof of concept was performed to obtain operational data according to quality standards defined previously. Best results were obtained by using eight trays and IMTP® packing in stripping and rectification sections, respectively. Results confirmed effectiveness and technical viability of the system proposed, in addition of its potential of being used in ethanol production on small scale.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-06-20T15:34:32Z No. of bitstreams: 1 Matheus Reis.rar: 5111932 bytes, checksum: c71b376be8b87de06f8af8cd0c04003e (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-06-20T15:35:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Matheus Reis.rar: 5111932 bytes, checksum: c71b376be8b87de06f8af8cd0c04003e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-20T15:35:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matheus Reis.rar: 5111932 bytes, checksum: c71b376be8b87de06f8af8cd0c04003e (MD5) / Este trabalho apresenta uma metodologia sistemática para a seleção das condições operacionais ótimas em unidades industriais, baseada em consumo energético mínimo e especificações dos produtos como restrições. A unidade de recuperação de acrilonitrila, escolhida como estudo de caso, envolve um sistema quaternário complexo composto por acrilonitrila, acetonitrila, água e ácido cianídrico, que forma azeótropos e duas fases líquidas em alguns pratos da coluna de destilação extrativa. Modelos termodinâmicos foram escolhidos e parâmetros binários para Redlich-Kwong e NRTL foram ajustados. Os modelos e simulação da planta foram validados contra dados operacionais. Os perfis de temperaturas calculados concordaram com os dados da planta dentro de um erro relativo médio de 2,00%. Análise de sensibilidade foi usada para identificar o conjunto de parâmetros que afetam mais fortemente a carga térmica da unidade, mantendo as especificações dos produtos. Concluiu-se que estas variáveis são a razão solvente/alimentação, e as temperaturas do solvente e da alimentação. Suas faixas de operação e papel na flexibilidade operacional foram determinadas. O ponto operacional ótimo e a relação multifuncional entre as três variáveis e a carga térmica do reboiler foram determinadas através da metodologia de superfície de resposta (MSR) e de técnicas de análise estatística, como ANOVA. Os resultados sugerem que o ponto ótimo de operação é: temperatura do solvente de 43,67ºC, temperatura de alimentação de 82,56ºC, razão solvente / alimentação de 0,35, estágio de alimentação entre 22 e 42 e de solvente entre 1 e 4. Nesse caso, a economia de energia na unidade pode atingir até 10%. Entretanto, estudos ainda precisam ser desenvolvidos para se alcançar conclusões definitivas. Em geral, o estudo mostra que uma gestão eficiente de energia pode assegurar uma maior sustentabilidade ambiental, mesmo para instalações industriais antigas

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:35:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6732_Dissertação Roberta_FINAL.pdf: 1990587 bytes, checksum: 6d3eb237403043f08fbabe2dd9678463 (MD5) Previous issue date: 2013-08-22 / Durante o refino do petróleo, os equipamentos estão constantemente expostos à ação de compostos como cloretos, ácidos naftênicos, sulfetos e carbonatos, levando a diminuição de sua vida útil. A presença desses contaminantes trazem muitos desafios, necessitando de ações por parte dos refinadores para evitar problemas, como corrosão, redução na eficácia do catalisadores e formação de depósitos. Dentre os agentes contaminantes, os sais, como os cloretos de sódio, cálcio e magnésio, estão entre os mais comuns. A redução dos sais no petróleo é fundamental para evitar a presença, principalmente de cloretos nos sistemas de topo das torres de destilação das refinarias. Os cloretos, principalmente de cálcio e magnésio, sofrem hidrólise em presença de água e temperaturas em torno de 250 ºC. Estas condições são comuns nos ambientes de refino e o resultado deste processo de hidrólise é a formação e o possível acúmulo de ácido clorídrico na água presente no topo das torres de refino. Nas refinarias, as misturas contendo variados tipos de óleos, principalmente aqueles originados de novos campos, estão sendo cuidadosamente tratadas para evitar altos teores de cloretos nos sistemas de topo. Nesse sentido, propôs-se neste trabalho investigar o processo de evolução de cloretos a partir do desenvolvimento de uma metodologia que permita avaliar, comparar e monitorar o ácido clorídrico gerado durante a destilação de petróleos, visando prever o comportamento do petróleo durante o refino e propor estratégias para a redução dos custos operacionais do refino do óleo. Para este estudo, seis amostras de diferentes petróleos foram destiladas. A metodologia consistiu em adaptar um sistema de vidrarias específicas no topo da coluna da unidade de destilação manual de petróleo, localizada no LabPetro/UFES, a fim de capturar e monitorar o ácido clorídrico gerado. Dados de balanço mássico da salinidade de cada destilação foram obtidos, assim como seus respectivos percentuais de evolução de cloretos, ou seja, a quantidade de cloretos desprendida da amostra inicial durante o processo de destilação. Os resultados mostraram que a metodologia é eficiente, pois os dados obtidos do balanço mássico da salinidade apresentaram perdas baixas e as replicatas realizadas foram muito similares. As correlações entre o percentual de evolução de cloretos e seus contra-íons revelaram resultados satisfatórios.

Este trabalho teve por objetivo avaliar a destilação de misturas hidroalcoólicas em um destilador piloto, constituído em formato híbrido, possuindo pratos e recheio nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. O estudo se aplica ao caso da produção de etanol em pequena escala em microdestilarias, que carecem de rendimentos maiores na etapa de destilação. As etapas desenvolvidas nessa pesquisa compreenderam o levantamento de informações técnicas de microdestilarias, a simulação do processo de destilação, o estudo da influência dos componentes do óleo fúsel na separação etanol-água, o projeto, construção e pré-operação de um destilador piloto, além do estudo de viabilidade econômica preliminar da tecnologia proposta. As simulações foram realizadas no software iiSE (VRTech) e envolveram três casos distintos quanto à composição da alimentação e quanto aos equipamentos. Na análise experimental da influência do óleo fúsel, misturas de etanol (6,0 a 6,5 % em massa) e água (93,0 a 94 % em massa) contendo diferentes concentrações (zero a 0,5 % em massa) de 3-metil-1-butanol, 2-metilpropan-1-ol, propan-1-ol e propan-2-ol foram destilados em um destilador de bancada. O dimensionamento considerou diferentes correlações empíricas aplicadas para as seções de esgotamento e de retificação. A análise de viabilidade econômica considerou o cenário atual da produção de etanol em pequena escala e também avaliou a competitividade do etanol hidratado combustível (EHC) produzido frente a variações no preço da matéria-prima e também na tecnologia de destilação. As simulações realizadas demonstraram que a concentração máxima de EHC obtida em uma única coluna de destilação, na presença de alcoóis superiores na alimentação, foi 91,5 % em massa, necessitando de uma elevada razão de refluxo (6,0). Assim, a obtenção de EHC com concentração acima de 92,5 % em massa, em conformidade com a legislação, só foi possível utilizando-se duas colunas de destilação. Os resultados em refluxo total demonstraram a possibilidade de obtenção de EHC acima de 92,5 % em massa. A concentração desejada não foi obtida durante a operação contínua, mesmo na ausência dos alcoóis superiores. Todos os experimentos resultaram em elevada perda de etanol no produto de fundo, decorrente de condições operacionais diferenciadas. Os resultados demonstram que há interferência dos componentes do óleo fúsel na destilação, porém não comprometendo a separação etanol-água. A análise de viabilidade econômica mostrou a competitividade do EHC produzido em pequena escala e também que a nova tecnologia proposta favorece a redução do custo final do EHC. Foi realizada a prova de conceito do destilador piloto, buscando-se a obtenção de dados operacionais de acordo com os parâmetros de qualidade previamente definidos. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se oito pratos e recheio do tipo IMTP®, nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. Os resultados comprovaram a eficácia e a viabilidade técnica do sistema de destilação proposto, além de seu potencial de utilização na produção de etanol em pequena escala. / This study aimed to evaluate distillation of ethanol-water mixtures in a pilot distiller set up on hybrid format, with trays and packing in striping and rectification sections, respectively. The study applies to the case of ethanol production on small scale, which demands higher yields on distillation operation. Steps developed in this study comprised a survey of technical information for small-scale ethanol production, the simulation of the distillation process, the study on influence of fusel oil components in ethanol-water separation, evaluation of correlations applied to design of distillation columns and design, construction, and pre-operation tests of a pilot distiller. Simulations were performed in iiSE software (VRTech) and involved three cases differentiated in relation to the composition of feed and equipment configuration. In experimental analysis of fusel oil influence, ethanol (from 6.0 to 6.5 %w/w) and water (93.0 to 94 %w/w) containing different concentrations (zero to 0.5 %w/w) 3-methyl-1-butanol, 2- methylpropan-1-ol, propan-1-ol and propan-2-ol were distilled in a bench distiller. Design considered different empirical correlations applied to striping and rectification sections. Economic feasibility analysis considered the current scenario of small scale ethanol production and evaluated the competitiveness of hydrous ethanol fuel (HEF) considering fluctuations in the feedstock price and two distillation technologies. Simulations showed that HEF maximum concentration obtained in a single distillation column in the presence of higher alcohols in the feed was 91.5 %w/w, requiring a high reflux ratio (6.0). Therefore, obtaining HEF concentration up to 92.5 %w/w in accordance with legislation, was possible only using two distillation columns. Experimental results for total reflux demonstrated the possibility of obtaining HEF above 92.5% by mass. The desired concentration was not achieved during continuous operation, even in the absence of higher alcohols. All experiments resulted in high loss of ethanol in the bottom product, due to different operating conditions. Results demonstrate that there is no interference of fusel oil components to the point of preventing ethanol-water separation in accordance with legislation. Economic feasibility analysis showed the competitiveness of HEF produced on small scale and also that the new proposed technology reduced the final cost of the HEF. A proof of concept was performed to obtain operational data according to quality standards defined previously. Best results were obtained by using eight trays and IMTP® packing in stripping and rectification sections, respectively. Results confirmed effectiveness and technical viability of the system proposed, in addition of its potential of being used in ethanol production on small scale.