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Title: Efeito do teor de solvente sobre a separação e o consumo de energia no processo de destilação extrativa.
Other Titles: Effect of solvent content on separation and energy consumption in the extractive distillation process.
???metadata.dc.creator???: FIGUEIRÊDO, Marcella Feitosa de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BRITO, Romildo Pereira.
VASCONCELOS, Luís Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ALVES, José Jailson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SILVA, José Nilton.
???metadata.dc.contributor.referee4???: ANDRADE, Márcio Henrique.
Keywords: Destilação Extrativa;Teor de Solvente;Consumo Energético;Otimização;Mistura Azeotropica Etanol/Água;Desidratação de Etanol;Extractive Distillation;Solvent Content;Energy Consumption;Optimization;Azeotropic Ethanol / Water Mixture;Ethanol Dehydration
Issue Date: Oct-2013
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: FIGUEIRÊDO, Marcella Feitosa de. Efeito do teor de solvente sobre a separação e o consumo de energia no processo de destilação extrativa. 2013. 112f. (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, 2013.
???metadata.dc.description.resumo???: A questão sobre um bem projetado sistema de destilação extrativa tem sido objeto de diversos trabalhos; todos envolvendo analise de sensibilidade usando um simulador de processos, o que, normalmente, envolve repetidas simulações, o que levam a um grande numero de resultados. Contudo as conclusões são limitadas, pois as principais variáveis de decisão, razão de refluxo, vazão de solvente e tamanho da região extrativa, não são analisadas simultaneamente. O presente trabalho propõe uma nova abordagem de avaliação sobre a separação e o consumo energético de colunas de destilação extrativa, utilizando como principal parâmetro o teor de solvente ao longo da coluna, mais especificamente, no estagio de alimentação de solvente. Ao contrario da abordagem clássica, esta nova abordagem permite avaliar simultaneamente o efeito das principais variáveis de decisão. Alem disso, foi possível calcular a vazão minima de solvente e o consumo minimo de energia, esclarecendo assim as divergências encontradas na literatura quanto a existência ou não da proporcionalidade entre o consumo minimo de energia e minimo de vazão de solvente. O estudo foi realizado para duas colunas de tamanhos diferentes. O efeito do teor de EG sobre o Fator de Separação (SF) da mistura em estudo também foi considerado. Diante dos resultados obtidos, observou-se que a operação com maior teor de solvente na seção extrativa apresenta desempenho consideravelmente melhor, isto posto, o consumo de energia do refervedor da coluna extrativa e fortemente dependente do teor de solvente ao longo da coluna e que o consumo minimo de energia desse refervedor não ocorre para a vazão minima de solvente, e sim para a menor razão de refluxo. Os resultados também indicam que o aumento do teor de solvente faz com que o consumo de energia se torne independente do numero de estágios da coluna. A grande maioria dos artigos considera no estudo apenas a separação e o consumo de energia da coluna extrativa. A partir do uso da nova abordagem, observa-se que o problema de convergência desaparece (desde que as restrições sejam atendidas), por este motivo que se decidiu por estender o uso de tal procedimento para o sistema completo de destilação extrativa (envolvendo as duas colunas de destilação - extrativa e recuperação). De acordo com os resultados obtidos, o consumo global minimo de energia não ocorre para a vazão minima de solvente, e sim para a menor razão de refluxo da coluna extrativa; o que implica em maior teor de EG ao longo da coluna. Esse comportamento independe da otimização da coluna de recuperação e resulta em uma perda de solvente desprezível. Entretanto, dependendo do teor de EG ao longo da coluna extrativa, o consumo de energia da coluna de recuperação pode representar um percentual considerável do consumo de energia global. Devido a sua importância industrial, foi escolhida como um estudo de caso a desidratação de misturas aquosas de etanol utilizando etileno glicol (EG) como solvente, no entanto, esta abordagem proposta tem exito para qualquer separação de uma mistura azeotrópica que utiliza um solvente com alto ponto de ebulição, em relação aos componentes da mistura.
Abstract: The question of a well-designed extractive distillation system has been the subject of several works, all involving sensitivity analysis using a process simulator, which usually involves repeated simulations, which lead to a large number of results. However, the findings are limited because the main decision variables, reflux ratio, solvent flow rate and size of the extractive region, are not analyzed simultaneously. This paper proposes a new approach to evaluate separation and energy consumption of extractive distillation columns, using the solvent content throughout the column as the main parameter, more specifically, at the solvent feed stage. Unlike the classical approach, this new approach allows to evaluate simultaneously the effect of the major decision variables.Moreover, it was possible to calculate the minimum solvent flow rate and minimum energy consumption, thus clarifying the discrepancies found in the literature regarding the existence or not of proportionality between the minimum energy consumption and minimum solvent flow rate. The study was performed for two columns of different sizes. The effect of EG content on the separation factor (SF) of the mixture was also considered. Given the overall obtained results, it was observed that operation at higher solvent content at extractive section displays considerably better performance, standing this, the energy consumption in the reboiler of the extractive column is heavily dependent on the solvent content throughout the column and that the minimum energy consumption of this reboiler does not occur for the minimum solvent flow rate; but for the lowest reflux ratio.The results also indicate that increasing the content of solvent causes the energy consumption to become independent of the number of stages of the column. The vast majority of papers consider only separation and the energy consumption of the extractive column. From the use of this new approach, it is observed that the convergence problem disappears (as long as the restrictions are met), for this reason, it was decided to extend the use of such a procedure for the complete extractive distillation system (involving both distillation columns - extractive and recovery). According to the results, the global minimum energy consumption does not occur for the minimum solvent flow rate, but for lowest reflux ratio of the extractive column, which implies a higher EG content throughout the column. This behavior is independent of the optimization of the recovery column and it results in a negligible loss of solvent. However, depending on the EG content throughout the extractive column, the energy consumption of the recovery column may represent a significant percentage in the overall energy consumption. Due to its industrial importance, the dehydration of aqueous mixtures of ethanol using ethylene glycol (EG) as solvent was chosen as a case study; however, this proposed approach is successful for any azeotropic mixture separation system using a solvent with high boiling point in relation to the other components of the mixture.
Keywords: Destilação Extrativa
Teor de Solvente
Consumo Energético
Otimização
Mistura Azeotropica Etanol/Água
Desidratação de Etanol
Extractive Distillation
Solvent Content
Energy Consumption
Optimization
Azeotropic Ethanol / Water Mixture
Ethanol Dehydration
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11068
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

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