Modelagem termodinâmica e análises paramétricas em processos de destilação com oscilação da pressão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Tássio Max dos Anjos
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/28916
Resumo: This work aims to study the pressure swing distillation (PSD) of binary azeotropic mixtures. The investigated binary mixtures were: chloroform-methanol, acetone-chloroform, THFmethanol, acetone-methanol and ethyl acetate-ethanol. First, the influence of the thermodynamic modeling of the vapor phase was studied, considering that high pressures are necessary in the process. The motivation for this investigation is based on the fact that several articles in the literature consider the ideal vapor phase. Thus, simulations and comparisons were performed based on the modified Raoult's law (ideal vapor phase) and the − formulation (Peng-Robinson and Hayden-O'Connell vapor phase), using the simulation software COCO/ChemSep, version 3.4. The second part of the work, considering the mixture chloroform-methanol, evaluated the effect of some operational parameters little explored in the literature through parametric analyses. These parameters were the selection of distillation column pressure, feed temperature and feed compositions. The results of the first part show that it is essential to consider the non-ideality of the vapor phase for a precise description of the phenomenon, since the different models alter the phase equilibrium of the mixtures. About the parametric analyses, the second part of the work, it was evidenced that the pressure selection reduces the energy costs of the reboiler by 10.89% and operating under vacuum is a viable proposal. The column feed temperature was studied between the range of 290 K and 340 K, having an optimized value at the temperature of 321.1 K. The feed molar composition equal to 0.4 of chloroform showed a reduction in the reboiler service of 11.7%. The mentioned effects originate from the mathematical modeling of the mass balance of the process. Considering the base case of the chloroform-methanol mixture, the parametric analyzes reduced the total heat of the reboilers and the TAC by approximately 21.3% and 17.6%, respectively.
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Thus, simulations and comparisons were performed based on the modified Raoult's law (ideal vapor phase) and the − formulation (Peng-Robinson and Hayden-O'Connell vapor phase), using the simulation software COCO/ChemSep, version 3.4. The second part of the work, considering the mixture chloroform-methanol, evaluated the effect of some operational parameters little explored in the literature through parametric analyses. These parameters were the selection of distillation column pressure, feed temperature and feed compositions. The results of the first part show that it is essential to consider the non-ideality of the vapor phase for a precise description of the phenomenon, since the different models alter the phase equilibrium of the mixtures. About the parametric analyses, the second part of the work, it was evidenced that the pressure selection reduces the energy costs of the reboiler by 10.89% and operating under vacuum is a viable proposal. The column feed temperature was studied between the range of 290 K and 340 K, having an optimized value at the temperature of 321.1 K. The feed molar composition equal to 0.4 of chloroform showed a reduction in the reboiler service of 11.7%. The mentioned effects originate from the mathematical modeling of the mass balance of the process. Considering the base case of the chloroform-methanol mixture, the parametric analyzes reduced the total heat of the reboilers and the TAC by approximately 21.3% and 17.6%, respectively.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho tem por objetivo estudar a técnica de destilação com a oscilação da pressão (PSD) de misturas azeotrópicas binárias. As misturas binárias investigadas foram: clorofórmiometanol, acetona-clorofórmio, THF-metanol, acetona-metanol e acetato de etila-etanol. Primeiramente foi estudado a influência da modelagem termodinâmica da fase vapor, tendo em vista que pressões altas são necessárias no processo. A motivação dessa investigação é baseada no fato de diversos artigos da literatura considerar a fase vapor ideal. Desse modo, foram realizadas simulações e comparações baseadas na lei de Raoult modificada (fase vapor ideal) e na formulação − (fase vapor Peng-Robinson e Hayden-O’Connell), utilizando o software de simulação COCO/ChemSep, versão 3.4. A segunda parte do trabalho, considerando a mistura clorofórmio-metanol, avaliou o efeito de alguns parâmetros operacionais pouco explorados pela literatura através de análises paramétricas. Esses parâmetros foram a seleção da pressão das colunas de destilação, temperatura de alimentação e composições de alimentação. Os resultados da primeira parte mostram que é essencial considerar a não idealidade da fase vapor para uma descrição precisa do fenômeno, pois as diferentes modelagens alteram o equilíbrio de fases das misturas. Sobre as análises paramétricas, segunda parte do trabalho, foi evidenciado que a seleção da pressão reduz os gastos energéticos do refervedor em 10,89% e operar a vácuo é uma proposta viável. A temperatura de alimentação da coluna foi estudada entre a faixa de 290 K e 340 K, tendo valor otimizado na temperatura de 321,1 K. A composição molar de alimentação igual 0,4 de clorofórmio apresentou uma redução no serviço do refervedor de 11,7%. Os efeitos mencionados têm origem na modelagem matemática do balanço de massa do processo. Considerando o caso base da mistura clorofórmio-metanol, as análises paramétricas reduziram o calor total dos refervedores e o TAC em aproximadamente 21,3% e 17,6%, respectivamente.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFPBSilva, Giovanilton Ferreira dahttp://lattes.cnpq.br/0752250481783633Martins, Tássio Max dos Anjos2023-11-03T18:53:39Z2023-06-142023-11-03T18:53:39Z2023-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/28916porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2023-11-04T06:08:53Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/28916Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2023-11-04T06:08:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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