Desempenho da primeira e segunda lei da termodinâmica para o processo de desidratação de etanol: configurações convencionais e alternativas.
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG |
Texto Completo: | http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/17322 |
Resumo: | Este trabalho investiga e compara quatro configurações de destilação para produção de etanol anidro. São dois sistemas convencionais e dois termicamente acoplados a um retificador lateral, onde a diferença entre cada par é a inclusão de uma terceira coluna de separação (concentradora). Com o objetivo de verificar qual configuração é mais eficiente e de menor demanda energética, foram aplicadas a primeira e segunda lei da termodinâmica visando realizar o balanço energético e de disponibilidade, respectivamente. Dessa forma, foram contabilizadas a quantidade e qualidade da energia utilizada, além da identificação das fontes de irreversibilidades dos processos. Foram comparados os perfis do balanço de disponibilidade (trabalho perdido, trabalho equivalente e eficiência termodinâmica) e o consumo energético para os quatro sistemas otimizados com e sem integração térmica. A análise da eficiência termodinâmica de acordo com a 2a lei foi realizada para o processo global. Os resultados sugerem que a configuração convencional com três colunas e integração térmica é o processo mais sustentável exergeticamente para produção de etanol anidro. Já a configuração termicamente acoplada com duas colunas é a que apresenta o menor consumo energético. Realizou-se a análise do perfil de perdas exergéticas em cada coluna das quatro configurações e verificou-se que para todos os casos passíveis de otimização, após mudanças na temperatura e localização da alimentação de determinadas correntes, se conseguiu minimizar perda de exergia e consumo energético e maximizar eficiência, sendo possível afirmar que o trinômio perda de exergia/consumo energético/eficiência termodinâmica tem correlação direta quando a análise é feita dentro da mesma configuração. A principal conclusão desse trabalho é que só é correto correlacionar eficiência da segunda lei e consumo energético para o processo global quando se leva em consideração também as variações da função de disponibilidade e temperatura da fonte quente (refervedor) ao comparar diferentes processos de separação. |
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Desempenho da primeira e segunda lei da termodinâmica para o processo de desidratação de etanol: configurações convencionais e alternativas.Performance of the first and second laws of thermodynamics for the ethanol dehydration process: conventional and alternative configurations.EfficiencyLost workMinimum workSecond lawExtractive distillationEficiênciaTrabalho perdidoTrabalho mínimoSegunda leiDestilação extrativaEngenharia QuímicaEste trabalho investiga e compara quatro configurações de destilação para produção de etanol anidro. São dois sistemas convencionais e dois termicamente acoplados a um retificador lateral, onde a diferença entre cada par é a inclusão de uma terceira coluna de separação (concentradora). Com o objetivo de verificar qual configuração é mais eficiente e de menor demanda energética, foram aplicadas a primeira e segunda lei da termodinâmica visando realizar o balanço energético e de disponibilidade, respectivamente. Dessa forma, foram contabilizadas a quantidade e qualidade da energia utilizada, além da identificação das fontes de irreversibilidades dos processos. Foram comparados os perfis do balanço de disponibilidade (trabalho perdido, trabalho equivalente e eficiência termodinâmica) e o consumo energético para os quatro sistemas otimizados com e sem integração térmica. A análise da eficiência termodinâmica de acordo com a 2a lei foi realizada para o processo global. Os resultados sugerem que a configuração convencional com três colunas e integração térmica é o processo mais sustentável exergeticamente para produção de etanol anidro. Já a configuração termicamente acoplada com duas colunas é a que apresenta o menor consumo energético. Realizou-se a análise do perfil de perdas exergéticas em cada coluna das quatro configurações e verificou-se que para todos os casos passíveis de otimização, após mudanças na temperatura e localização da alimentação de determinadas correntes, se conseguiu minimizar perda de exergia e consumo energético e maximizar eficiência, sendo possível afirmar que o trinômio perda de exergia/consumo energético/eficiência termodinâmica tem correlação direta quando a análise é feita dentro da mesma configuração. A principal conclusão desse trabalho é que só é correto correlacionar eficiência da segunda lei e consumo energético para o processo global quando se leva em consideração também as variações da função de disponibilidade e temperatura da fonte quente (refervedor) ao comparar diferentes processos de separação.This work investigates and compares four distillation configurations for the production of anhydrous ethanol. There are two conventional systems and two thermally coupled to a side rectifier, where the difference between each pair is the inclusion of a third separation column (concentrator). In order to verify which configuration is more efficient and with less energy demand, the first and second laws of thermodynamics were applied in order to carry out the energy and availability balance, respectively. In this way, the quantity and quality of the energy used were counted, in addition to the identification of the sources of irreversibilities of the processes. We compared the profiles of the availability balance (lost work, equivalent work and thermodynamic efficiency) and energy consumption for the four optimized systems with and without thermal integration. The analysis of thermodynamic efficiency according to the 2nd law was performed for the global process. The results suggest that the conventional configuration with three columns and thermal integration is the most exergetically sustainable process for the production of anhydrous ethanol. The thermally coupled configuration with two columns is the one with the lowest energy consumption. We carried out an analysis of the profile of exergetic losses in each column of the four configurations and we found that for all cases subject to optimization, after changes in the temperature and location of the supply of certain currents, it was possible to minimize loss of exergy and energy consumption. and maximize efficiency, being possible to affirm that the trinomial loss of exergy / energy consumption / thermodynamic efficiency has a direct correlation when the analysis is made within the same configuration. The main conclusion of this work is that it is only correct to correlate efficiency of the second law and energy consumption for the global process when also taking into account the variations in the function of availability and temperature of the hot source (reboiler) when comparing different separation processes.Universidade Federal de Campina GrandeBrasilCentro de Humanidades - CHPÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICAUFCGBRITO, Romildo Pereira.BRITO, Karoline Dantas.Brito, K. D.http://lattes.cnpq.br/0189263188500915RAMOS, Wagner Brandão.VASCONCELOS, Luiz Gonzaga Salves.CORDEIRO, Gardênia Marinho.FOSSY, Michel François.GONÇALVES, Savana Barbosa Villar.2020-12-082021-02-23T01:12:59Z2021-02-222021-02-23T01:12:59Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/17322GONÇALVES, S. B. V. Desempenho da primeira e segunda lei da termodinâmica para o processo de desidratação de etanol: configurações convencionais e alternativas. 2020. 149f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2020. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/17322porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCG2022-11-24T11:55:20Zoai:localhost:riufcg/17322Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512022-11-24T11:55:20Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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