Orientador: Reginaldo Guirardello

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A crescente produção de etanol no Brasil vem incentivando estudos acerca de sua produção, tendo em vista que o principal problema na produção do etanol é o elevado custo energético associado à sua separação devido ao excesso de água e ao azeótropo que a água forma com o etanol, podendo...

Resumo: A crescente produção de etanol no Brasil vem incentivando estudos acerca de sua produção, tendo em vista que o principal problema na produção do etanol é o elevado custo energético associado à sua separação devido ao excesso de água e ao azeótropo que a água forma com o etanol, podendo atingir a pureza de 95 % em peso de etanol em uma destilação convencional. Para a produção do álcool anidro se faz necessária a utilização de mais um tipo de destilação, chamada de desidratação, em que as mais utilizadas são as destilações extrativas e azeotrópica. Contudo a produção via ciclo de adsorção vem crescendo bastante devido à sua capacidade de produção de etanol de qualidade mais elevada e ao menor consumo de energia quando comparado com os processos de desidratação convencionais. Porém, o projeto de um processo de separação por adsorção é complicado e dispendioso, quando feito experimentalmente e em escala piloto; com isso leva o interesse do uso da simulação para ajudar na implementação e otimização do processo de adsorção. Assim, este projeto tem como objetivo principal simular um leito de adsorção utilizado para a desidratação do etanol com zeólita 3A como sólido adsorvente, buscando com a simulação alcançar melhorias para o processo, analisando as condições de operação utilizadas em um processo industrial. A modelagem foi feita passo-a-passo para simplificar e evitar erros numéricos nas resoluções das equações diferenciais. A simulação foi realizada no software GAMS utilizando um modelo retirado do trabalho de SIMO et. al. (2008) que realizou a separação etanol-água por adsorção e comparou com resultados experimentais. Tendo como etapa final do trabalho a otimização de parâmetros de operação do processo. O software GAMS foi escolhido por apresentar grande robustez na resolução de processos de otimização. Ao realizar a otimização foi alcançado um aumento de aproximadamente 13 % na massa de água retida na coluna e a fração molar de água na corrente de saída da coluna foi de 0,00253

Abstract: The growing ethanol production in Brazil has been encouraging studies on its production, considering that the main problem in the production of ethanol is the high energetic cost associated to its separation due to the excess of water and the azeotrope that the water forms with the...

Abstract: The growing ethanol production in Brazil has been encouraging studies on its production, considering that the main problem in the production of ethanol is the high energetic cost associated to its separation due to the excess of water and the azeotrope that the water forms with the ethanol, and can achieve the purity of 95% by weight of ethanol in conventional distillation. For the production of anhydrous alcohol, it is necessary to use one more type of distillation, called dehydration, where the most used are extractive and azeotrope distillation, however, the production via the adsorption cycle has been increasing considerably due to its production capacity of higher quality ethanol and lower energy consumption when compared to conventional dewatering processes. However, the design of an adsorption separation process is complicated and expensive, when done experimental and pilot scale, with this leads the interest of the use of the simulation to help in the implementation and optimization of the adsorption process. Thus, this project has as main objective to simulate an adsorption bed used for the dehydration of ethanol as zeolite 3A as adsorbent solid, seeking with the simulation to achieve improvements for the process by analyzing the operating conditions used in an industrial process. The modeling was done step-by-step to simplify and avoid numerical errors in the resolutions of the differential equations. The simulation was performed in the GAMS software using a model drawn from the work of SIMO et. al. which carried out the ethanol-water separation by adsorption and compared with experimental results. The final step of the work is the optimization of process operation parameters. The GAMS software was chosen because it presents great robustness in the resolution of optimization processes. By performing the optimization, an increase of approximately 13% in the mass of water retained in the column was achieved and the molar fraction of water in the column outlet stream was 0.00253

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