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Title: Avaliação do processo de absorção para uma captura industrial de CO2 usando K2CO3 ativado por ácido bórico.
Other Titles: Evaluation of the absorption process for an industrial capture of CO2 using K2CO3 activated by boric acid.
???metadata.dc.creator???: VASCONCELOS, Suênia Fernandes de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BRITO, Karoline Dantas.
???metadata.dc.contributor.referee1???: RAMOS, Wagner Brandão.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ARAÚJO, Antonio Carlos Brandão de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: CARMO, Shirlene Kelly Santos.
???metadata.dc.contributor.referee4???: CORDEIRO, Gardênia Marinho.
Keywords: Captura de carbono;Rate-based;Modelo de equilíbrio;Carbonato de potássio;Aprendizado de máquina;Rede neural;Carbon capture;Equilibrium model;Potassium carbonate;Machine learning;Neural network
Issue Date: 20-Mar-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: VASCONCELOS, S. F. de. Avaliação do processo de absorção para uma captura industrial de CO2 usando K2CO3 ativado por ácido bórico. 2023. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Ciências e Tecnologia, Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: O processo Hot Potassium Carbonate (HPC) visa a remoção do CO2 presente no gás de síntese. Essa remoção é realizada no processo de absorção por meio da reação do CO2 com a solução de K2CO3, devido à reação ocorrer lentamente, o H3BO3 pode ser usado como catalisador. Duas abordagens podem ser usadas para simular este processo: o modelo de equilíbrio e o modelo rate-based. Em geral, o modelo de equilíbrio não prevê corretamente o comportamento do processo de absorção, e o uso do rate-based é mais recomendado. Essa abordagem usa diferentes correlações para calcular importantes parâmetros hidráulicos e de transferência de massa. E para avaliar o desempenho dessas correlações foi desenvolvido um procedimento automático que testa um número elevado de equações, utilizando em conjunto os softwares MATLAB e Aspen Plus. O melhor conjunto de correlações foi encontrado após uma comparação com dados industriais. As correlações propostas por Rocha et. al (1996) para calcular o coeficiente de transferência de massa e a área interfacial e Stichlmair et al. (1989) para calcular o holdup líquido apresentaram erros menores que 10% para todas as condições operacionais avaliadas. Diante do exposto, pode-se afirmar que o modelo rate-based é bem mais complexo e demanda um maior número de parâmetros de ajuste e equações diferenciais. Nesse contexto, uma alternativa para utilizar o modelo de equilíbrio e aumentar sua representatividade é calcular a eficiência de Murphree dos componentes presentes no processo. Uma metodologia baseada em Redes Neurais Artificiais (RNAs) para o cálculo dessas eficiências foi proposta utilizando os dois softwares comerciais supracitados e o efeito da inclusão dos cálculos de eficiência de Murphree no modelo de equilíbrio foi analisado. Os resultados da simulação foram comparados com os dados da planta e previram que os modelos mais simples baseados em equilíbrio para o absorvedor podem levar a um desvio de até 20% na previsão da taxa de captura de CO2, enquanto o modelo corrigido com a eficiência de Murphree, calculada a partir das redes propostas reduzem este erro para menos de 5% em todas as condições operacionais avaliadas
Abstract: The Hot Potassium Carbonate (HPC) process aims to remove the CO2 present in the synthesis gas. This removal is carried out in the absorption process through the reaction of CO2 with the K2CO3 solution, due to the reaction occurring slowly, H3BO3 can be used as a catalyst. Two approaches can be used to simulate this process: the equilibrium model and the rate-based model. In general, the equilibrium model does not correctly predict the behavior of the absorption process, and the use of rate-based is more recommended. This approach uses different correlations to calculate important hydraulic and mass transfer parameters. And to evaluate the performance of these correlations, an automatic procedure was developed that tests a large number of equations, using the MATLAB and Aspen Plus software together. The best set of correlations was found after a comparison with industrial data. The correlations proposed by Rocha et al. (1996) to calculate the mass transfer coefficient and interfacial area and Stichlmair et al. (1989) to calculate the net holdup presented errors smaller than 10% for all operational conditions evaluated. Given the above, it can be said that the rate-based model is much more complex and requires a greater number of adjustment parameters and differential equations. In this context, an alternative to use the equilibrium model and increase its representativeness is to calculate the Murphree efficiency of the components present in the process. A methodology based on Artificial Neural Networks (ANNs) to calculate these efficiencies was proposed using the two commercial software mentioned above and the effect of including Murphree's efficiency calculations in the equilibrium model was analyzed. The simulation results were compared with the plant data and predicted that the simplest models based on equilibrium for the absorber can lead to a deviation of up to 20% in the prediction of the CO2 capture rate, while the corrected model with the efficiency of Murphree, calculated from the proposed networks reduce this error to less than 5% in all operational conditions evaluated
Keywords: Captura de carbono
Rate-based
Modelo de equilíbrio
Carbonato de potássio
Aprendizado de máquina
Rede neural
Carbon capture
Equilibrium model
Potassium carbonate
Machine learning
Neural network
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/30949
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