Resumo: Destilação é um dos processos de separação que mais consome energia. Isto é motivação importante para o estudo de diferentes configurações de sistemas de destilação, com o objetivo de obter-se processos mais eficientes, que desperdicem menos energia e causem menor impacto ambiental. No estudo de diferentes configurações de sistemas de destilação, necessariamente tenta-se encontrar a combinação ótima entre os fatores: Número de estágios, razão de refluxo, condição térmica da alimentação, estágio de alimentação e a utilização de trocadores intermediários. Neste trabalho, um método para encontrar esta combinação ótima, do pronto de vista da termodinâmica, é proposto. O método se baseia na análise de colunas de destilação através do estudo de perfis de perdas de exergia. O perfil de perdas de exergia, montado a partir de balanços de exergia em cada estágio de uma coluna de destilação, representa a distribuição de forças motrizes ao longo da coluna. É a análise do formato do perfil que permite identificar mudanças necessárias na coluna para que a sua eficiência aumente. Os testes feitos para colunas com o sistema °metanol/água, mostraram que os perfis obtidos efetivamente representam a distribuição de forças motrizes na coluna, desde que as propriedades entalpia, entropia e energia de Gibbs, envolvidas nos cálculos, sejam consistentes entre si. Para isto, foi provado que é necessário considerar-se os valores de excesso destas propriedades. Estendendo um pouco o trabalho, análises mais detalhadas mostraram que é possível desprezar-se os valores de entalpia de excesso, obtendo ainda assim perfis coerentes. Este procedimento tem a vantagem de permitir que o método seja estendido a sistemas muIticomponentes. Por fim, o perfil de perdas de exergia foi utilizado para direcionar modificações em duas colunas (acetona/água e etanol/água), com o objetivo de aumentar a eficiência termodinâmica destas colunas. Foi constatado que as colunas finais obtidas são termodinamicamente mais eficientes que as originais Ver menos

Abstract: The most frequently used method of separating fluid mixtures is by distillation, which uses significant amounts of energy. For this reason, the study of column design modifications with respect to energy consumption, has been the subject of many recent works concerning the energy efficiency of distillation columns. Column design modification involves options such as different number of stages, reflux ratios, feed stage location, feed condition and the benefit of using side-condensers or/and side reboilers. In this work a new procedure to find the best combination of these options, from a thermodynamic point of view is presented. In this method, exergy loss profiles are used to analyse different columns layouts. The exergy loss profile is obtained from a stage-to-stage exergy balance and represent the distribution of driving forces in the column. Critical analysis of profile shapes identifies necessary column modifications to lead to higher column efficiency. The methodology was tested to a separation of a high nonideal mixture (methanol/water), concluding that exergy loss profiles can represent the distribution of driving forces in the column. However, to ensure thermodynamic consistency, when dealing with nonideal systems excess properties cannot be ignored. Detailed studies showed that it is possible to simplify the method, ignoring excess enthalpy contribution and still ensure reasonable thermodynamic consistency. This modification allows the method to be applied to multicomponent systems. Finally, exergy 10ss profiles were used to identify suitable column modifications for acetone/water and ethanol/water splits. Results showed that the columns obtained after modifications are thermodynamically more efficient Ver menos