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Title: Modelagem, simulação e controle do processo de pressure swing distillation com integração total para o sistema acetonitrila-água.
Other Titles: Modeling, simulation and control of the pressure swing distillation process with full integration for the acetonitrile-water system.
???metadata.dc.creator???: FARIAS NETO, Gilvan Wanderley de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BRITO, Romildo Pereira.
???metadata.dc.contributor.referee1???: VASCONCELOS, Luis Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee2???: RAMOS, Wagner Brandão.
???metadata.dc.contributor.referee3???: MORAIS JÚNIOR, Arioston Araújo de.
???metadata.dc.contributor.referee4???: NEVES, Thiago Gonçalves das.
Keywords: Pressure swing distillation;Mistura azeotrópica;Controle de pressão;Hotvapor bypass;Reboiler/condensador parcialmente alagado;Azeotropic mixing;Pressure control;Hot-vapor bypass;Partially flooded reboiler/condenser
Issue Date: 22-Sep-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: FARIAS NETO, Gilvan Wanderley de. Modelagem, simulação e controle do processo de pressure swing distillation com integração total para o sistema acetonitrila-água. 2023. 103 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: A mistura binária formada por acetonitrila (MeCN) e água (H2O) apresenta um azeótropo de mínimo altamente sensível a variações de pressão, passível de separação por Pressure Swing Distillation (PSD). Esse processo é considerado altamente eficiente em termos energéticos devido às possibilidades de integração térmica, em particular a integração entre o condensador e o reboiler das colunas, conhecida como integração total (Fully Heat-Integrated PSD – FHIPSD); além disso, por não utilizar solvente (terceiro componente), é apontado como um processo ambientalmente amigável. No entanto, apesar dos benefícios em economia de energia, a integração reduz a flexibilidade no controle do processo, o que pode resultar em flutuações de pressão na coluna de alta pressão. Este estudo avalia o uso de um reboiler/condensador parcialmente alagado e hot-vapor bypass como maneiras de recuperar um grau de liberdade no processo. Foram avaliadas cinco estruturas de controle para FHIPSD, sendo uma sem o controle da pressão da coluna de alta pressão, três utilizando configurações diferentes de hotvapor bypass e uma reboiler/condensador parcialmente alagado. O estudo analisou a capacidade para controlar a pressão da coluna de alta pressão para distúrbios na vazão e composição de alimentação, avaliando também a capacidade de manter as especificações dos produtos. Através dos resultados obtidos nas simulações utilizando o Aspen Plus DynamicsTM, foi possível concluir que ambas as estratégias (reboiler/condensador parcialmente alagado e hot-vapor bypass) promovem a recuperação de um grau de liberdade que pode ser utilizando de forma eficaz para o controle da pressão da coluna de alta pressão.
Abstract: The binary mixture composed of acetonitrile (MeCN) and water (H2O) forms a minimum azeotrope highly sensitive to pressure variations, suitable for separation through Pressure Swing Distillation (PSD). This process is considered highly energy-efficient due to the possibilities of thermal integration, particularly between the condenser and reboiler of the columns, known as Fully Heat-Integrated PSD (FHIPSD); furthermore, as it does not use solvents, it is regarded as an environmentally friendly process. However, despite the energy-saving benefits, integration reduces process control flexibility, potentially leading to pressure fluctuations in the highpressure column. This study evaluates the use of a partially flooded reboiler/condenser and hotvapor bypass as means to regain a degree of freedom in the process. Five control structures for FHIPSD were assessed, including one without high-pressure column pressure control, three employing different hot-vapor bypass configurations, and one with a partially flooded reboiler/condenser. The study analyzed the ability to control the high-pressure column pressure under disturbances in feed flow rate and composition, also assessing the capacity to maintain product specifications. Based on the results obtained through simulations using Aspen Plus DynamicsTM, it was concluded that both strategies (partially flooded reboiler/condenser and hot-vapor bypass) effectively recover a degree of freedom that can be utilized for high-pressure column pressure control.
Keywords: Pressure swing distillation
Mistura azeotrópica
Controle de pressão
Hotvapor bypass
Reboiler/condensador parcialmente alagado
Azeotropic mixing
Pressure control
Hot-vapor bypass
Partially flooded reboiler/condenser
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia química.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/33153
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