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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4168 |
| Date | 02 March 2005 |
| Creators | Moreira, Alexandre Marques |
| Contributors | Gubulin, José Carlos |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| 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 |
Page generated in 0.0033 seconds