Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAMM.pdf: 1945898 bytes, checksum: afb882ff1ea5d0b744547e87dfa2e263 (MD5) Previous issue date: 2005-03-02 / Financiadora de Estudos e Projetos / The ethanol is one of the most well-known and diffused fuels sources in nowadays, therefore the domain of its technology has a great importance to the producer countries. Beyond it is in general, lesser expensive than the major part of the petrochemical fuels, the ethanol has its origin in the renewable sources that becomes Brazil in a world power on its production. From these facts the present work consists on the application of the PSA (Pressuring Swing Adsorption) process on the ethanol purification, from ethanol-water mixtures with compositions that simulate ethanol concentrations of the final steps of distillation process. To get this ethanol purification it was used the zeolite 3A as adsorbent, which adsorbed the water of the mixtures in a pressured bed. The PSA process were composed by four steps: The first was the adsorption bed pressurization, at high temperature, with a given ethanol-water mixture; the second was the residence of the fed mixture for a given time in the bed to recover the ethanol; the third was the depressurisation of the bed to the ambient pressure, and the fourth was the regeneration of the adsorbent by vacuum, to recover the water adsorbed. The process variables studied in this work were adsorption pressure, adsorption time and initial concentration, being evaluated their influences on the response variables fluid phase enrichment, ethanol recover and process productivity, were studied, through a factorial planning. These influences were described by polynomial models, in which were applied the statistical tests F and R2, to analyse the quality of the obtained adjustments. The obtained models were validated by extra experiments done out of the factorial planning. The influences of the process variables over the response variables were analysed through response surfaces generated by the obtained polynomial models. The response variables were individually optimized with the using of search programs, which sought the best results over the polynomial models and the process variable ranges. The individual optimum results of the response variables were found, at the same way, the values of the process variables that produced these results. The response variables were also optimized together simultaneously. To obtain these optimizations search programs, with the same logic of the used in the individual optimization, were used with the multiresponse method, which made possible the obtainment of the optimum values of response variable arrangements in pairs and all of these together simultaneously. These optimum values to these arrangements were obtained, at the same way that the process variable values, which correspond to these optimizations. The enrichment obtained results showed high values and low variations with the increase of the adsorption time. At the same way, the adsorption pressure influences the enrichment significantly only with low values of the initial concentration and adsorption time. The enrichment had also an increase of its value and a decrease of its variation, with the increase of the initial ethanol concentration. The ethanol recover showed without significantly influence with the variations of the adsorption time and the adsorption pressure, however had an increase with the increase of the initial concentration. The productivity profiles showed that they were influenced by the three process variables. The increase of the productivity was detected with the increase of the initial concentration and the increase of the adsorption pressure. The productivity decreased with the increase of the adsorption pressure. The obtained results to the simultaneous optimizations showed that the productivity had a predominant influence over the other response variables optimized with these. At the same way, the recover values were not influenced by the optimization of the others response variables. Also it was seen that the enrichment optimization impaired the productivity results, in spite of the reverse fact had not been verified. To illustrate the generated results of the optimizations, the next values were obtained to the optimization of the three response variables simultaneously: 94.7% to the fluid phase enrichment, 82.5% to the ethanol recover and 5.14g.g-1.h-1 to the process productivity, with the values of the process variables of 10 bar to the adsorption pressure, 90% to the initial ethanol concentration and 2.0 minutes to the adsorption time. / O etanol é uma das fontes combustíveis mais conhecidas e difundidas na atualidade, sendo então de grande importância o domínio de sua tecnologia para os países produtores. Além de ser um combustível, em geral, de custo inferior à maioria dos derivados petroquímicos, o etanol é proveniente de fontes totalmente renováveis, tornando o Brasil uma potência mundial na sua produção. Desta forma o presente trabalho trata do estudo da aplicação do processo PSA (Pressuring Swing Adsorption) na purificação do etanol a partir de misturas etanolágua com composições simulando às encontradas no final do processo de destilação convencional. Para isso foi utilizado o adsorvente comercial zeólita 3A, promovendo a adsorção da água em um leito pressurizado. O processo PSA empregado consistia basicamente de quatro etapas: A primeira se dava com a pressurização, a alta temperatura, do leito adsorvente com uma determinada mistura de etanol-água; a segunda consistia na permanência da mistura no leito durante um tempo pré-estabelecido; a terceira consistia na despressurização do leito até a pressão ambiente para a retirada do etanol, e a quarta se dava pela regeneração do adsorvente através de vácuo aplicado ao leito, para a retirada da água. As variáveis de processo estudadas neste trabalho foram pressão de adsorção, concentração inicial de alimentação e tempo de adsorção, sendo avaliadas suas influencias sobre as variáveis resposta enriquecimento da fase fluida, recuperação de etanol e produtividade do sistema, a partir de experimentos elaborados através de um planejamento fatorial. Estas influências foram descritas por modelos polinomiais, nos quais foram aplicados os testes de avaliação estatística F e R2, a fim de analisar a qualidade dos ajustes obtidos, além de terem sido obtidos pontos experimentais extras utilizados para a validação dos modelos obtidos. As influências das variáveis de processo sobre as variáveis resposta foram visualizadas através de superfícies resposta geradas a partir dos modelos polinomiais obtidos. As variáveis resposta forma otimizadas individualmente a partir de programas de busca, os quais varriam as faixas de valores adotadas pelas variáveis de processo estudadas, sendo portanto encontrados os valores ótimos individuais de cada variável resposta, assim como os valores das variáveis de processo necessários para a obtenção destes ótimos. As variáveis resposta também foram otimizadas em conjunto, simultaneamente. Para isto também foram utilizados programas de busca, aplicando-se o método de otimização multiresposta, o qual possibilitava a obtenção de valores ótimos combinando-se as variáveis resposta em pares e todas simultaneamente. Estes valores ótimos foram obtidos, assim como os valores das variáveis de processo correspondentes a estas otimizações. Os resultados obtidos para o enriquecimento da fase fluida mostraram um maior valor e uma menor variação deste com o aumento no tempo de adsorção; assim como a existência de variação significativa deste com a pressão de adsorção apenas para valores baixos de concentração inicial e tempo de adsorção. O enriquecimento teve também um aumento em seu valor, acompanhado de uma diminuição de variação com o aumento da concentração inicial de etanol. A recuperação de etanol mostrou-se não ser influenciada pelo tempo de adsorção e pela pressão de adsorção, havendo um aumento desta variável resposta apenas com o aumento da concentração inicial de etanol. Os comportamentos da produtividade se mostraram influenciáveis por todas as variáveis de processo. Houve aumento da produtividade com o aumento da concentração inicial de etanol e com o aumento da pressão de adsorção, havendo também diminuição da produtividade com o aumento do tempo de adsorção. Os resultados obtidos nas otimizações simultâneas mostraram que a produtividade teve influencia predominante frente às outras variáveis em combinação com esta, assim como os valores da recuperação não foram influenciados pelas otimizações das outras variáveis. Foi constatado também que a otimização do enriquecimento comprometeu os resultados de produtividade, onde o contrário não foi verificado. Como exemplo dos resultados gerados pelas otimizações, foram obtidos os seguintes valores para a otimização de todas as variáveis resposta em conjunto: 94,7% de enriquecimento, 82,5% de recuperação e 5,14g.g-1.h-1 de produtividade, com a combinação das variáveis de processo de 10 bar para a pressão de adsorção, 90% para a concentração inicial de etanol e 2,0 minutos para o tempo de adsorção.