Simulação do processo de destilação extrativa usando liquido iônico e o modelo de não equilíbrio na desidratação do etanol

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Alves, Moisés, 1983-
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1624332
Resumo: Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Carlos Eduardo Vaz Rossell
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spelling Simulação do processo de destilação extrativa usando liquido iônico e o modelo de não equilíbrio na desidratação do etanolSimulation of extractive distillation process using ionic liquid and model of the nonequilibrium in the dehydration of ethanolSimulação de processosDestilação - IndústriaÁlcoolLíquidos iônicosSimulation of processDistillation - IndustryEthanolIonic liquidOrientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Carlos Eduardo Vaz RossellTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Neste trabalho, realizou-se o estudo da produção de etanol anidro por meio do processo de destilação extrativa, tomando por base uma usina sucroalcooleira que processa 15000 toneladas de cana por dia. Utilizou-se como ferramenta computacional o software Aspen Plus®, o qual possui recursos computacionais que permitem compatibilizar as simulações com processos reais. Nas simulações deste trabalho foram utilizados os solventes monoetilenoglicol e o líquido iônico cloreto de 1- metilimidazólio, assim como os modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio. Os resultados da análise de sensibilidade para utilização do solvente monoetilenoglicol na coluna de destilação extrativa, em alta temperatura, apresentou economia de até 0,04 kg de vapor/litro de etanol anidro e de 0,37 kg de vapor/litro de etanol anidro ao alimentar o etanol hidratado produzido em colunas de destilação diretamente em colunas extrativas, sem estocagem e sem necessidade de aquecimento deste etanol hidratado. As colunas de destilação extrativa e de recuperação, do processo de destilação extrativa, apresentaram eficiências globais de 71,68% e 64,25%, respectivamente, segundo a correlação de O¿Connell. Foi realizado o estudo do consumo energético em colunas que operavam com pressões de 1,0 atm, 0,7 atm, 0,5 atm e 0,3 atm produzindo etanol anidro com fração mássica de 0,997. Os resultados mostraram que as colunas que operam em pressões menores que a atmosférica apresentaram redução na razão de refluxo em mais de 4,5 vezes e redução no consumo de vapor de 39,62%. Ao comparar o consumo de vapor em sistema que utiliza coluna extrativa e de recuperação, com pressão de 1,0 atm ou com pressão de 0,3 atm, foi constatado que a redução na pressão de operação das colunas gerou um excedente de vapor de 1,845 MWh. Os resultados também mostraram que o consumo de energia de uma bomba de vácuo necessária para gerar baixa pressão em colunas extrativa e de recuperação é menor que 1,5% para os diferentes níveis de pressão. O estudo com o solvente líquido iônico cloreto de 1-metilimidazólio apresentou redução mássica de utilização do solvente igual a 41,16%, demonstrado por meio da razão S/F igual a 0,353 para o líquido iônico e de 0,60 para o monoetilenoglicol. O estudo com o cloreto de 1-metilimidazólio mostrou a redução do consumo de vapor no processo em 27,3%, em relação ao solvente monoetilenoglicol, somadas as colunas extrativa e de recuperação. Foi realizada a simulação do modelo de não equilíbrio, levando em consideração parâmetros específicos das bandejas. Os resultados mostraram que a energia consumida no modelo de estágios de não equilíbrio apresentou aumento de 92,5% em relação ao modelo estágio de equilíbrioAbstract: In this work, the study of the production of anhydrous ethanol by means of the extractive distillation process was carried out, based on a sugar and alcohol plant that processes 15,000 tons of sugar cane per day. The software Aspen Plus® was used as a computational tool, which has computational resources that adapt the simulations with real processes. In this study¿s simulations monoethylene glycol and the ionic liquid 1- methylimidazolium were used as solvents, as well as models of equilibrium and nonequilibrium. The results of the sensitivity analyses when using monoethylene glycol as the solvent, in the extractive distillation column, at high temperature, showed savings of up to 0.04 kg of steam / liter of anhydrous ethanol, and 0.37 kg of steam / liter of anhydrous ethanol when feeding the hydrous ethanol produced in the distillation columns directly into the extractive columns without the need for storage and of heating that hydrous ethanol. The extractive distillation and recovery columns, of the extractive distillation process, have shown overall efficiencies of 71.68% and 64.25%, respectively, according to the O'Connell correlation. We have conducted the study of energy consumption in columns operating at pressures of 1.0 atm, 0.7 atm, 0.5 atm and 0.3 atm producing anhydrous ethanol with a mass fraction of 0.997. The results have shown that the columns operating at pressures lesser than the atmospheric one decreased the reflux ratio more than 4.5 times, and the steam consumption by 39.62%. When comparing the steam consumption in the system using an extraction and recovery column, with a pressure of 1.0 atm or a pressure of 0.3 atm, it was found that the reduction in the column operating pressure generated 1.845 MWh of steam surplus. The results have also shown that the power consumption of a vacuum pump needed to generate a low-pressure in the extraction and recovery columns is lesser than 1.5% for different levels of pressure. The study of the ionic liquid solvent 1-methylimidazolium chloride had a mass reduction of solvent usage equal to 41.16%, shown by the S / F ratio equal to 0.353 for the ionic liquid and 0.60 for MEG. The study with 1-methylimidazolium chloride revealed that the steam consumption reduction in the process is 27.3%, compared to the monoethylene glycol solvent, combining the extraction and recovery columns. The simulation model of the non-equilibrium has been carried out taking into account specific parameters of the trays. The results showed that the power consumption in the nonequilibrium stage model displayed an increase of 92.5% compared to the equilibrium stage model.DoutoradoEngenharia de ProcessosDoutor em Engenharia Química[s.n.]Maciel, Maria Regina Wolf, 1955-Rossell, Carlos Eduardo Vaz, 1943-Nolasco Junior, JonasDias, Marina Oliveira de SouzaAlmeida Neto, Ambrósio Florêncio deVieira, Melissa Gurgel AdeodatoUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASAlves, Moisés, 1983-20142014-02-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf146 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1624332ALVES, Moisés. Simulação do processo de destilação extrativa usando liquido iônico e o modelo de não equilíbrio na desidratação do etanol. 2014. 146 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1624332. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/940100porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T07:32:39Zoai::940100Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T07:32:39Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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