Desenvolvimento de modelagem múltiplas soluções sólidas para prever precipitação de parafinas e inferir sua composição a partir de termogramas
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11894 |
Resumo: | Paraffin deposition is a challenge faced by the oil industry. On the last 25 years, several thermodynamic models were proposed for this phenomenon. In this work, three models were evaluated: the solid solution one, that considers the formation of one solid solution (SS); the multisolid phase model (MS), that assumes that each solid phase consists of a pure component; and the so called multisolid solutions (MSS). This thesis proposed an algorithm to simulate MSS model, that enables the formation of rotator and orthorhombic phases simultaneously. The performance of these methodologies was examined through comparison of wax appearance temperature (WAT), amount of wax precipitated at each temperature (WPC), and the global solid composition. Besides that, the modeled calorimetric curves were compared with DSC results from the literature. An algorithm to predict the calorimetric curve was also proposed in this work. Around sixty correlations to predict n-paraffin properties were tested, by comparison between experimental data of pure n-alkanes and the prediction of WAT, WPC, and calorimetric curves. It was concluded that the correlations choice had a great impact on these predictions, even altering which solid phases were present in MSS model. MSS model obtained better results for WPC, occurring overestimation of solid content by SS model and underestimation by MS. Different representations of liquid phase were tested. Results show that the use of Peng-Robinson equation overestimates the amount of n-paraffins precipitated in comparison with the utilization of Flory free-model combined with UNIFAC residual term. Three representations for rotator phase were investigated in MSS model: ideal solution, Wilson, and Chain Delta Lattice (extended for multicomponent mixtures in this work). Chain Delta Lattice model did not achieve good results for mixtures with great size differences among its components. The rotator phase ideality overestimated the solvent content in the solid on WPC prediction, nevertheless, obtained good results for calorimetric curves when components have similar sizes. When the size difference among mixture components was little, the use of Wilson s model for the rotator phase lead to smaller errors in WPC and global solid phase predictions, as well as for calorimetric curves. In these cases, the use of Wilson for the rotator phase lead to the occurrence of only orthorhombic phases for the majority of correlations tested. When Wilson model was applied for rotator phase in mixtures with little size difference among their components, the model predicted poorly the solid-solid transition temperatures. MFS model did not properly predict the peaks location in calorimetric curves when it was experimentally observed the occurrence of components mixture in solid phases. Furthermore, an algorithm to predict mixtures compositions through comparison between modeled calorimetric curves and DSC essays is proposed. With this algorithm it was possible to obtain satisfactory estimation of binary n-paraffin mixtures by MS and SS models |
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On the last 25 years, several thermodynamic models were proposed for this phenomenon. In this work, three models were evaluated: the solid solution one, that considers the formation of one solid solution (SS); the multisolid phase model (MS), that assumes that each solid phase consists of a pure component; and the so called multisolid solutions (MSS). This thesis proposed an algorithm to simulate MSS model, that enables the formation of rotator and orthorhombic phases simultaneously. The performance of these methodologies was examined through comparison of wax appearance temperature (WAT), amount of wax precipitated at each temperature (WPC), and the global solid composition. Besides that, the modeled calorimetric curves were compared with DSC results from the literature. An algorithm to predict the calorimetric curve was also proposed in this work. Around sixty correlations to predict n-paraffin properties were tested, by comparison between experimental data of pure n-alkanes and the prediction of WAT, WPC, and calorimetric curves. It was concluded that the correlations choice had a great impact on these predictions, even altering which solid phases were present in MSS model. MSS model obtained better results for WPC, occurring overestimation of solid content by SS model and underestimation by MS. Different representations of liquid phase were tested. Results show that the use of Peng-Robinson equation overestimates the amount of n-paraffins precipitated in comparison with the utilization of Flory free-model combined with UNIFAC residual term. Three representations for rotator phase were investigated in MSS model: ideal solution, Wilson, and Chain Delta Lattice (extended for multicomponent mixtures in this work). Chain Delta Lattice model did not achieve good results for mixtures with great size differences among its components. The rotator phase ideality overestimated the solvent content in the solid on WPC prediction, nevertheless, obtained good results for calorimetric curves when components have similar sizes. When the size difference among mixture components was little, the use of Wilson s model for the rotator phase lead to smaller errors in WPC and global solid phase predictions, as well as for calorimetric curves. In these cases, the use of Wilson for the rotator phase lead to the occurrence of only orthorhombic phases for the majority of correlations tested. When Wilson model was applied for rotator phase in mixtures with little size difference among their components, the model predicted poorly the solid-solid transition temperatures. MFS model did not properly predict the peaks location in calorimetric curves when it was experimentally observed the occurrence of components mixture in solid phases. Furthermore, an algorithm to predict mixtures compositions through comparison between modeled calorimetric curves and DSC essays is proposed. With this algorithm it was possible to obtain satisfactory estimation of binary n-paraffin mixtures by MS and SS modelsA deposição de parafinas é um problema enfrentado pela indústria de petróleo. Nos últimos 25 anos, diferentes modelos termodinâmicos foram propostos para simular a precipitação de parafinas, sendo avaliadas três abordagens no presente trabalho: solução sólida (SS), que considera a formação de uma solução sólida; múltiplas fases sólidas puras (MFS); e múltiplas soluções sólidas (MSS), que assume a formação de fases rotator e ortorrômbicas concomitantemente. Estas metodologias foram avaliadas de acordo com seu desempenho na previsão da TIAC, da curva de precipitação e da composição global da fase sólida. Além disso, curvas calor vs. temperatura, obtidas a partir da modelagem termodinâmica proposta na presente tese, foram comparadas com as obtidas por ensaios DSC na literatura. Cerca de sessenta correlações de propriedades de n-parafinas foram estudadas, em conjunto com as avaliações supracitadas, concluindo-se que a escolha das correlações tem um grande impacto nas previsões, alterando inclusive as fases sólidas previstas no modelo de MSS. O modelo de MSS obteve melhores resultados para curvas de precipitação, ocorrendo subestimação da quantidade de sólido precipitado pelo modelo de MFS e superestimação pelo modelo de SS. Diferentes representações da fase líquida foram investigadas, sendo observado que a utilização da equação de Peng-Robinson superestima a quantidade de n-alcanos precipitados em comparação com o modelo Flory Free-Volume combinado com o termo residual de UNIFAC. Três representações para a fase rotator foram averiguadas no modelo de MSS: Solução Ideal, Wilson e Chain Delta Lattice (estendido para misturas multicomponentes nesta tese). O modelo de Chain Delta Lattice não obteve bons resultados para misturas com grandes diferenças de tamanho entre as n-parafinas. O modelo de solução ideal para a fase rotator superestimou a quantidade de solvente na fase sólida na previsão das curvas de precipitação, mas apresentou bons resultados para as curvas calor vs. temperatura de misturas com componentes de tamanho próximo. Foram encontrados erros menores para as curvas de precipitação e para os termogramas de misturas com componentes que apresentam grande diferença de tamanho com a representação da fase rotator por Wilson. Entretanto, na maior parte desses casos não ocorreu a previsão de aparecimento da fase rotator, sendo o sucesso atribuído à boa representação da fase ortorrômbica por UNIQUAC. Para misturas com componentes de tamanho próximo, o modelo de Wilson para a fase rotator obteve más previsões das temperaturas de transição sólido-sólido. A localização dos picos das curvas calor vs. temperatura foi mal prevista pelo modelo de MFS em misturas nas quais experimentalmente havia sido observada a não formação de fases sólidas puras. Ademais, propõe-se uma metodologia para predizer a composição de uma mistura de parafinas por meio da comparação de termogramas gerados experimentalmente com os modelados. Foi possível encontrar resultados satisfatórios para a estimativa das composições de misturas binárias de n-parafinas pelos modelos de MFS e SSSubmitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:26:26Z No. of bitstreams: 1 Priscila Raquel Kazmierczak.pdf: 10744682 bytes, checksum: 280c6fed5260e827b1775f815448be66 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:26:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Priscila Raquel Kazmierczak.pdf: 10744682 bytes, checksum: 280c6fed5260e827b1775f815448be66 (MD5) Previous issue date: 2016-11-23application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Instituto de QuímicaParaffinsthermodynamic modelingdifferential scanning calorimetryliquid-solid-solid equilibriumParafinasModelagem termodinâmicacalorimetria diferencial de varreduraequilíbrio líquido-sólido-sólidoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICADesenvolvimento de modelagem múltiplas soluções sólidas para prever precipitação de parafinas e inferir sua composição a partir de termogramasDevelopment of multi solid solutions model to predict n-paraffin precipitation and the inference of its composition from thermogramsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALPriscila Raquel Kazmierczak.pdfapplication/pdf10744682http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/11894/1/Priscila+Raquel+Kazmierczak.pdf280c6fed5260e827b1775f815448be66MD511/118942024-02-27 15:35:56.432oai:www.bdtd.uerj.br:1/11894Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:35:56Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
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