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Title: Efeito do teor de solvente sobre o custo anual total, consumo específico de energia e eficiência termodinâmica na obtenção de etanol anidro via destilação extrativa: configurações convencionais e termicamente acoplada.
Other Titles: Effect of solvent content on total annual cost, specific energy consumption and thermodynamic efficiency in obtaining anhydrous ethanol via extractive distillation: conventional and thermally coupled configurations.
???metadata.dc.creator???: BRITO, Karoline Dantas.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BRITO, Romildo Pereira.
VASCONCELOS, Luís Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee1???: ALVES, José Jaílson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SILVA, José Nilton.
???metadata.dc.contributor.referee3???: STRAGEVITCH, Luiz.
???metadata.dc.contributor.referee4???: MACIEL, Maria Regina Wolf.
???metadata.dc.contributor.referee5???: FOSSY, Michel François.
Keywords: Destilação Extrativa;Sequências Termicamente Acopladas;Otimização;Consumo de Energia;Teor de Solvente;Etanol Anidro;Extractive Distillation;Thermally Coupled Strings;Optimization;Energy Consumption;Solvent Content;Anhydrous Ethanol
Issue Date: 28-Mar-2014
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: BRITO, Karoline Dantas. Efeito do teor de solvente sobre o custo anual total, consumo específico de energia e eficiência termodinâmica na obtenção de etanol anidro via destilação extrativa: configurações convencionais e termicamente acoplada. 2014. 174 f. (Tese) Doutorado em Engenharia Química, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2014.
???metadata.dc.description.resumo???: O processo mais empregado na separação da mistura etanol/água e a destilação extrativa usando etilenoglicol como solvente. A destilação extrativa e amplamente usada em processos químicos, embora seja responsável por significativas parcelas no consumo de energia de uma planta química. Um bem projetado sistema de destilação extrativa (design e ponto operacional ótimos) ainda e um desafio na área de síntese de processos. Essa lacuna e, parcialmente, devido aos problemas numéricos que surgem a partir do elevado numero de equações não lineares e não convexas que representam o sistema de destilação extrativa. Apesar da relevância de algumas abordagens, o problema ainda necessita de uma metodologia que conceda soluções ótimas confiáveis e rápidas. Uma solução para contornar os obstáculos com os elevados consumos de energia e o uso de técnicas avangadas de intensificação de processos, como por exemplo, o uso de acoplamento térmico em sequencias convencionais de destilação. Sequencias de destilação termicamente acopladas são consideradas uma alternativa com potencial para reduzir elevados consumos de energia e custos com capital de sequencias convencionais de destilação. Em ambas as sequencias, a presença de varias correntes de reciclo dificulta a convergência da simulação destes processos, Neste trabalho, e apresentado um procedimento sistemático (baseado em um novo parâmetro, o teor de solvente na alimentação do estagio de alimentação do solvente) que permite que a simulação de tais sequencias seja realizada sem problemas de convergência. Alem disso, o procedimento realiza uma analise de sensibilidade que permite encontrar o ponto operacional ótimo de cada sequencia. Usando o procedimento proposto, as sequencias convencional e termicamente acoplada foram comparadas. Considerando o ponto operacional ótimo de cada sequencia, a sequencia termicamente acoplada consome menos energia. Mas, esta sequencia tem maior efeito remixing e, consequentemente, menor eficiência termodinâmica. O custo anual total de cada configuração foi avaliado em termos de custo com utilidades e custo com investimento. Do ponto de vista econômico, a sequencia termicamente acoplada a um retificador lateral de destilação extrativa e mais atrativa que a sequencia convencional.
Abstract: The most popular process for the ethanol/water separation is extractive distillation using ethylene glycol as solvent. Extractive distillation is used widely in a number of processes, but its highenergy consumption is the major disadvantage. Designing economically optimal extractive distillation sequence is still a challenge in the area of process synthesis. This is partially due to the numerical problems arising from the large number of nonlinear equations and strong nonconvexities. Although there are some interesting and successful approaches, the problem still requires suitable solution methodology.An innovative solution to overcome the drawback of energy intensive extractive distillation process is using advanced process intensification, such as thermally coupled distillation columns. Thermally coupled distillation sequences are considered a valid alternative in order to reduce the energy demand and the capital cost of conventional distillation sequences. In both cases, the presence of a large number recycle streams slows down the simulation, making convergence difficult. In this work, we present a very straightforward procedure (based on a new parameter, the solvent content in solvent feed stage of theextractive co!umn)that enables simulation of these systems in such a way that they can be simulated without convergence problems. Besides that, the procedure makes a sensitivity analysis that enable find the optimum global operation point of each sequence considered here. Using the proposed procedure, the thermally coupled sequence is compared with the conventional extractive sequence. The main operation parameters were calculated so that purity of ethanol was specified. Considering the optimum operational point of each sequence, thermally coupled sequence is less energy intensive. But, thermally coupled sequence has a higher remixing effect and hence lower thermodynamic efficiency. The economics of the extractive distillation configurations are evaluated in terms of capital investment and energy costs.The economics of the two alternative processes show that the total annual cost of the thermally coupled extractive distillation sequence is substantially smaller than that of the conventional extractive distillation sequence.
Keywords: Destilação Extrativa
Sequências Termicamente Acopladas
Otimização
Consumo de Energia
Teor de Solvente
Etanol Anidro
Extractive Distillation
Thermally Coupled Strings
Optimization
Energy Consumption
Solvent Content
Anhydrous Ethanol
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11066
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

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