Aplicação de técnicas para estimação de parâmetros e discriminação de modelos em processos de adsorção
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFS |
Texto Completo: | http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17084 |
Resumo: | Adsorption is a surface phenomenon that depends on the interfacial tension between the fluid and the pores of the adsorbent. The determination of the adsorption isotherms is a fundamental step in understanding the behavior of the process as well as designing new optimized and improved operating conditions. This work presents a literature review on the estimation of parameters in adsorption processes, showing that many authors perform linearization of functions that should be treated as non-linear, as well as the use of variables that are inference and are treated as exit variables, inducing serious problems to discriminate models. In addition, the use of the equilibrium constant 'K' to determine the thermodynamic parameters as enthalpy and entropy of the system is quite recurrent in the literature. The most consistent approach is to describe this temperature effect in a single model. Therefore, the objective is to make use of parameters estimation procedures and experiment planning techniques to discriminate models in adsorption processes. Thus, experiments were conducted in stirred tank to determine the isotherms of acetic acid in activated carbon at different temperatures. Concentrations of 8, 15 and 22 g / L were used, with temperatures of 35, 45 and 55 °C, with all points in triplicate. The HPLC analytical methodology was used to determine acetic acid concentrations. Langmuir (L), Langmuir Freundlich (LF), Freundlich (F) and Langmuir Tóth (LT) were selected among the vast number of models, because they had smaller amounts of parameters and behavior of the isotherms closer to the experimental data. It was also performed the estimation of parameters and discrimination of the isotherms models at each individual temperature and taking into account the effect of the temperature in the isotherm model. The results showed that it is possible to discriminate models using few experiments, with materials of low laboratorial cost to obtain a single adsorption isotherm model, whether with temperature dependence or not. This work showed the importance of the proper use of parameter estimation tools and model discrimination in the adsorption scenario, as well as the selection of models that represent the experimental data in the best possible way. We also compared the magnitude of the systematic errors that are found in the estimation process when using the linearization of the models or the use of correct evaluation techniques of input and output data. The importance of this work is given in the creation of a rationale that can be applied in other more costly processes and in industrial scale, reducing their operational costs. |
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Gonçalves, Cliff Iuri de SouzaSilva, Gabriel Francisco daSevero Junior, João Baptista2023-02-07T18:08:35Z2023-02-07T18:08:35Z2017-02-24GONÇALVES, Cliff Iuri de Souza. Aplicação de técnicas para estimação de parâmetros e discriminação de modelos em processos de adsorção. 2017. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2017.http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17084Adsorption is a surface phenomenon that depends on the interfacial tension between the fluid and the pores of the adsorbent. The determination of the adsorption isotherms is a fundamental step in understanding the behavior of the process as well as designing new optimized and improved operating conditions. This work presents a literature review on the estimation of parameters in adsorption processes, showing that many authors perform linearization of functions that should be treated as non-linear, as well as the use of variables that are inference and are treated as exit variables, inducing serious problems to discriminate models. In addition, the use of the equilibrium constant 'K' to determine the thermodynamic parameters as enthalpy and entropy of the system is quite recurrent in the literature. The most consistent approach is to describe this temperature effect in a single model. Therefore, the objective is to make use of parameters estimation procedures and experiment planning techniques to discriminate models in adsorption processes. Thus, experiments were conducted in stirred tank to determine the isotherms of acetic acid in activated carbon at different temperatures. Concentrations of 8, 15 and 22 g / L were used, with temperatures of 35, 45 and 55 °C, with all points in triplicate. The HPLC analytical methodology was used to determine acetic acid concentrations. Langmuir (L), Langmuir Freundlich (LF), Freundlich (F) and Langmuir Tóth (LT) were selected among the vast number of models, because they had smaller amounts of parameters and behavior of the isotherms closer to the experimental data. It was also performed the estimation of parameters and discrimination of the isotherms models at each individual temperature and taking into account the effect of the temperature in the isotherm model. The results showed that it is possible to discriminate models using few experiments, with materials of low laboratorial cost to obtain a single adsorption isotherm model, whether with temperature dependence or not. This work showed the importance of the proper use of parameter estimation tools and model discrimination in the adsorption scenario, as well as the selection of models that represent the experimental data in the best possible way. We also compared the magnitude of the systematic errors that are found in the estimation process when using the linearization of the models or the use of correct evaluation techniques of input and output data. The importance of this work is given in the creation of a rationale that can be applied in other more costly processes and in industrial scale, reducing their operational costs.Adsorção é um fenômeno de superfície que depende da tensão interfacial entre o fluido e os poros do adsorvente. A determinação das isotermas de adsorção é um passo fundamental para compreender o comportamento do processo, bem como projetar novas condições operacionais otimizadas e melhoradas. Este trabalho realiza um levantamento sobre a abordagem da literatura sobre a estimação de parâmetros em processos de adsorção, mostrando que muitos autores realizam linearização de funções que devem ser tratadas como não-lineares, bem como a utilização de variáveis que são de inferência e que são tratados como variáveis de saída, induzindo a sérios problemas para discriminar modelos. Além disso, a utilização da constante de equilíbrio ‘K’ para determinação dos parâmetros termodinâmicos como entalpia e entropia do sistema é bastante recorrente na literatura. A abordagem mais coerente é a de descrever esse efeito da temperatura em um único modelo. Diante disso, o objetivo é fazer uso de procedimentos de estimação de parâmetros e técnicas de planejamento de experimentos para discriminação de modelos em processos de adsorção. Para isso, foram realizados experimentos em tanque agitado para a determinação das isotermas do ácido acético em carvão ativado em diferentes temperaturas. Foram utilizadas as concentrações de 8, 15 e 22 g/L, com as temperaturas de 35, 45 e 55°C, com todos os pontos em triplicata. A metodologia analítica do HPLC foi empregada para determinar as concentrações de ácido acético. Dentre a vasta quantidade de modelos existentes, foram selecionados os de Langmuir (L), Langmuir Freundlich (LF), Freundlich (F) e Langmuir Toth (LT) por possuírem menores quantidades de parâmetros e comportamento das isotermas mais próximos aos dados experimentais. Foi realizada também a estimação de parâmetros e discriminação de modelos das isotermas em cada temperatura individual e levando em conta efeito da temperatura no modelo de isoterma. Os resultados obtidos mostraram que é possível realizar a discriminação de modelos utilizando poucos experimentos, com materiais de baixo custo laboratorial para obter um único modelo de isoterma de adsorção, quer seja com dependência da temperatura ou não. Esse trabalho mostrou a importância do uso adequado das ferramentas de estimação de parâmetros e discriminação de modelos no cenário de adsorção, bem como a seleção de modelos que representem os dados experimentais da melhor maneira possível. Também foi comparada a magnitude dos erros sistemáticos que são encontrados no processo de estimação quando se utiliza a linearização dos modelos ou a utilização de técnicas corretas de avaliação de dados de entrada e saída. A importância deste trabalho se dá na criação de uma fundamentação que poderá ser aplicada em outros processos mais custosos e em escala industrial, reduzindo os seus custos operacionais.São CristóvãoporAdsorçãoEstimação de parâmetrosDiscriminação de modelosPlanejamento experimentalAdsorptionParameter estimationModel discriminationExperimental planningENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAAplicação de técnicas para estimação de parâmetros e discriminação de modelos em processos de adsorçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPós-Graduação em Engenharia QuímicaUniversidade Federal de Sergipereponame:Repositório Institucional da UFSinstname:Universidade Federal de Sergipe (UFS)instacron:UFSinfo:eu-repo/semantics/openAccessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81475https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/17084/1/license.txt098cbbf65c2c15e1fb2e49c5d306a44cMD51ORIGINALCLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdfCLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdfapplication/pdf2251480https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/17084/2/CLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf5e47de2e8bf77a7b3149805ca8f3f124MD52TEXTCLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf.txtCLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf.txtExtracted texttext/plain161042https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/17084/3/CLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf.txt8f9e9a20b7704f185cf4b57bc83898c3MD53THUMBNAILCLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf.jpgCLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1160https://ri.ufs.br/jspui/bitstream/riufs/17084/4/CLIFF_IURI_SOUZA_GONCALVES.pdf.jpg2e4e176e87174de66f2b60ab19fb4314MD54riufs/170842023-02-07 15:08:35.45oai:ufs.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://ri.ufs.br/oai/requestrepositorio@academico.ufs.bropendoar:2023-02-07T18:08:35Repositório Institucional da UFS - Universidade Federal de Sergipe (UFS)false |
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