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Previous issue date: 2014-03-18 / Universidade Federal de Sao Carlos / Ethanol is a renewable fuel produced from biomass. Starting in 1975, Brazil began a national program to promote ethanol production in large scale, the ProAlcool Programme. In the harvest 2012/13 it was produced 23.64 billion of litters of ethanol, from that 9.85 billion was in anhydrous form. The anhydrous ethanol is mainly used as a gasoline additive. This mix reduces the dependence on fossil fuels, improves the engine performance and reduces the emission of toxic gases. Anydrous ethanol can be produced by azeotropic distillation (cyclohexane), by extractive distillation (mono ethylene glycol) or by molecular sieves technology (zeolytes). The objective of this work was the construction and operation of a distillation apparatus (in a bench scale) with the purpose of evaluating the extractive distillation of hydroalcoholic solutions of ethanol employing glycerol as solvent, in substitution of mono ethylene glycol. The substitution is motivated by several factors indicated by the literature like the biodiesel production growth, whose glycerol is a byproduct; the low toxicity; the superior capacity to promote the relative volatility increase of water-ethanol solution; and the inferior energetic consumption. The column was composed by three glass modules with five perforated plates each module. On the top it was used a glass coil condenser. As reboiler it was used a two litters round bottom boiling flask linked to a heating mantle. The feed of ethanol, solvent (glycerol) and the bottom product withdraw was made with pumps. The distillation system was modelled and simulated in the Aspen Plus software using the RadFrac distillation model and NRTL (non-random two-liquid model) thermodynamic model. Four simulations were made for different ethanol feed compositions (25, 35 and 45 wt %). Three simulations were made without the glycerine feed and one with solvent feed and 35% ethanol feed. The distillation column was operated in total reflux with 0.599 L/h ethanol feed flow and 0.341L/h glycerine feed flow. The systems without the solvent reached a mass purity of ethanol of 94.1% in distillate (45% of ethanol feed). The process with the solvent reached a purity of 99.8% in distillate. The four simulated conditions were experimentally evaluated. The experimental results confirmed that the use of glycerine feed promoted an improvement in separation, reaching distillate purity over 99%. Experiments without the glycerine reached compositions around 90%. Murphree efficiencies were determined in all experiments carried out. For the systems without the solvent the obtained efficiencies were: 45% (25% ethanol feed), 30% (35% ethanol feed), 35% (45% ethanol feed). The system with glycerine feed reached 70% efficiency. / O etanol é um combustível renovável que teve sua produção incentivada no Brasil a partir da implantação do Programa Nacional do Álcool em 1975. Na safra 2012/13 foram produzidos 23,64 bilhões de litros, destes 9,85 bilhões em sua forma anidra. Nesta composição é utilizado como aditivo na gasolina (25% em volume) o que contribui para redução da dependência dos combustíveis fósseis, melhora do desempenho dos motores e diminuição na emissão de gases tóxicos. A produção de etanol anidro pode ser realizada pela destilação azeotrópica (cicloexano), extrativa (monoetilenoglicol) ou por meio do emprego da tecnologia das peneiras moleculares (zeólitas). Este trabalho teve como objetivo a construção e operação de um aparelho de destilação (em escala de bancada) com o objetivo de avaliar a destilação extrativa de soluções hidroalcoólicas de etanol empregando glicerol como solvente em substituição ao monoetilenoglicol. Essa substituição é motivada por diversos fatores apontados pela literatura como o crescimento da produção de biodiesel, que possui como subproduto o glicerol; a menor toxicidade do glicerol em relação ao monoetilenoglicol; a maior capacidade em promover o aumento da volatilidade relativa da solução água-etanol; e o menor consumo energético. A coluna de destilação era composta de três módulos de vidro com cinco pratos perfurados em cada módulo. No topo foi utilizado um condensador de vidro tipo serpentina. Como refervedor foi utilizado balão de fundo redondo de dois litros acoplado a uma manta de aquecimento. A alimentação das correntes de etanol, solvente e a retirada do produto de fundo da coluna foram realizadas por bombas. O sistema de destilação foi simulado no aplicativo Aspen Plus utilizando o bloco RadFrac e o modelo termodinâmico NRTL (Non-random two-liquid model). Foram realizadas quatro simulações variando-se a composição de etanol na corrente de alimentação (25%, 35% e 45% m/m). Três simulações foram feitas sem a alimentação de glicerina e uma simulação com alimentação do solvente e alimentação de etanol de 35%. A simulação representou o processo em refluxo total com vazão de alimentação de etanol de 0,599 L/h e alimentação de glicerina com vazão de 0,341 L/h. As simulações mostraram que para os sistemas sem alimentação de glicerina a máxima pureza mássica de etanol obtida no destilado foi de 94,1% (alimentação com 45% de etanol). Para a operação com alimentação do solvente a pureza obtida no destilado atingiu 99,8%. As quatro condições simuladas foram avaliadas experimentalmente. Os resultados experimentais confirmaram que o uso da alimentação de glicerina promoveu uma melhora na separação, obtendo um destilado com pureza mássica de etanol superior a 99%. Os experimentos sem a presença do solvente atingiram concentrações próximas de 90% no destilado. A eficiência de Murphree foi determinada em cada uma das operações. Para os sistemas sem a presença de solvente, as eficiências obtidas foram de 45% (25% de etanol na alimentação), 30% (35% de etanol na alimentação) e 35% (45% de etanol na alimentação). Para o sistema com alimentação de glicerina a eficiência foi de 70%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4142 |
| Date | 18 March 2014 |
| Creators | Jardim, Herbert Aires Sousa Pereira Magalhães |
| Contributors | Cruz, Antonio José Gonçalves da |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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