Orientador: Sergio Persio Ravagnani

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: Este trabalho tem por finalidadeefetuar a modelagem, em ordem reduzida, de uma coluna de destilação em estado estacionário utilizando sais como agente de separação para o sistema Etanol-Água. A necessidade de modelos de processos eficientes que requeiram um menor esforço em sua solução tem...

Resumo: Este trabalho tem por finalidadeefetuar a modelagem, em ordem reduzida, de uma coluna de destilação em estado estacionário utilizando sais como agente de separação para o sistema Etanol-Água. A necessidade de modelos de processos eficientes que requeiram um menor esforço em sua solução tem motivado o desenvolvimento de técnicas para a simplificação e redução do tamanho do modelo. Uma dessas técnicas é o método da aproximação polinomial ou colocação ortogonal. As descontinuidades nos perfis da coluna, provocadas pela alimentação e/ou retiradas laterais são contornadas através de uma formulação que divide a coluna em seções, delimitadas pelos pontos de descontinuidades, onde são aplicados diferentes polinômios interpoladores. Essas aproximações reduzem drasticamente o número de equações necessárias para descrever o processo. A utilização de sais como agente de separação possibilita, frente aos processos convencionais de separação, a redução das dimensões da coluna de ftacionamento e da
quantidade de agente de separação empregado. A adição de determinados sais ao sistema Etanol-Água altera substancialmente a composição da fase vapor em equilibrio deslocando, com isso, o ponto de azeotropia desse sistema para um valor maior de composição de etanol na fase vapor. Dependendo do sal utilizado e de sua quantidade, esse ponto pode ser totalmente eliminado. A não idealidade da fase líquida foi considerada através de um modelo de composição local do tipo UNIQUAC/Debye-Hückel para a determinação do
coeficiente de atividade dos solventes. Os sais empregados neste trabalho como agentes de separação foram o cloreto de cálcio, o cloreto de lítio e o acetato de potássio. Os resultados obtidos das simulações das coluna de destilação extrativa salina apresentaram um bom ajuste, levando em conta a precisão dos instrumentos de medição e análise utilizados em engenharia, em relação ao modelo prato-a-prato, com uma considerável redução no tempo de processamento. A metodologia de se dividir a coluna em seções apresentou bons resultados na representação dos perfis de composições e temperatura da coluna. A utilização do modelo termodinâmico UNIQUAC/Debye-Hückel para o cálculo do coeficiente de atividade dos solventes não apresentou dificuldades de
convergência do método de resolução das equações obtidas através da colocação ortogonal

Abstract: One of the major difficulties at mathematical models of staged separation systems is the large dimensionlity of the process models. These models introduce significant computational effort especially in cases involving repetitive simulations such as
optimization and dynamic simulation for...

Abstract: One of the major difficulties at mathematical models of staged separation systems is the large dimensionlity of the process models. These models introduce significant computational effort especially in cases involving repetitive simulations such as
optimization and dynamic simulation for control systems The need of the efficient process models which require a smaller computational effort has motivated the reduced-order models developement. In this work is developed reduced-order models to steady-state distillation columns for ethanol-water system using salt effects for breaking the azeotrope, throught the aproximation method (orthogonal collocation). The discontinuities in column profiles, introduced by feed, are contoured by dividing the column into sections, where he composition profiles, in each section, are aproximated using continuous polynimial. These aproximations reduced drastically the number of equations requeried to describe the process. The utilization of salts as the separation agents in extrative distillation process make the reduction of the column dimensions possible and the agent amount used. The addition of specific salts in the ethanol-water system alter the vapor-líquid equilibrium relationship of the system in a manner favorable to the separation. The salts used in this work as separation agents were calcium chloride (CaCh), potassium acetate (KC2O2H3) and litium chloride (LiCl). The thermodynamic model employed to describe the activity coefficients in the mixed solvent/salt systems is a extended UNIQUAC model.
The results, got form the extractive distillation column simulation, showed a good agreement with the model tray-to-tray, processing time decreasing