Modelagem e simulação de processos de separação de misturas gasosas multicomponentes utilizando modulos de membranas de fibra-oca
Tatiana Pessetti Caramello
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP C176m
Campinas, SP : [s.n.], 2002.
83p. : il.
Orientador: Teresa Mossako Kakuta Ravagnani
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Resumo: O uso de separação de misturas gasosas utilizando membranas é uma operação unitária bastante conhecida, porém apenas recentemente está recebendo a devida atenção principalmente pelo grande desenvolvimento obtido na área de materiais poliméricos. Este processo é utilizado atualmente em escala...
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Resumo: O uso de separação de misturas gasosas utilizando membranas é uma operação unitária bastante conhecida, porém apenas recentemente está recebendo a devida atenção principalmente pelo grande desenvolvimento obtido na área de materiais poliméricos. Este processo é utilizado atualmente em escala industrial para produção de nitrogênio de alta pureza a partir do ar e na recuperação de hidrogênio a partir de hidrocarbonetos em refinarias e processos petroquímicos. o presente trabalho objetiva estudar a performance de unidades de separação de membranas de fibra-oca. Uma modelagem matemática para separação gasosa multicomponente foi implementada para diversos tipos de fluxo: concorrente, contracorrente e fluxo cruzado. Programas computacionais foram desenvolvidos para simular a operação de processos de separação gasosa multicomponente de importância industrial: a separação de N2 do ar, recuperação de H2 de uma mistura de hidrocarbonetos e separação de i-C4HlO de uma mistura de C4-olefinas/parafinas. o efeito dos principais parâmetros que influenciam a separação tais como pressão transmembrana, vazão e área da membrana sobre a performance da unidade de membrana é analisado em termos da pureza e da recuperação do produto desejado. Os resultados mostram que o modelo de fluxo contra-corrente apresenta a melhor performance de separação para os produtos desejados. A importância do emprego da corrente de purga para a remoção de COz presente no ar de sistemas fechados foi também analisada. Observou-se que o aumento da fração de purga aumenta a remoção de CO2 do ar. Verificou-se que a escolha da estratégia de separação é também muito importante. Para a separação de i-C4HlO com dois módulos de membrana, a área total requerida equivale quase a metade da área necessária para obter i-C4HlO nas mesmas condições utilizando apenas um módulo de membrana. O efeito de Joule- Thomson foi também estudado. Os resultados mostram que este efeito não foi importante para a separação do binário i-C4HlO I i-C4H8
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Abstract: Separation of gaseous mixtures using membranes is a known operation. Even so, only recently is receiving enough attention, mainly due to the great development obtained in the polymeric material science. Nowadays, this process is applied in industrial scale for production of high purity...
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Abstract: Separation of gaseous mixtures using membranes is a known operation. Even so, only recently is receiving enough attention, mainly due to the great development obtained in the polymeric material science. Nowadays, this process is applied in industrial scale for production of high purity nitrogen from air and for hydrogen recovery from hydrocarbon mixtures in the refinery and petrochemical processes. ln the present work the performance of hollow fiber membranes separation units has been studied. A mathematical model for separation of multicomponent gaseous was implemented for several flow types: co-current, countercurrent and cross flow. A computer program was developed to simulate the operation of several important industrial separation processes: the separation of Nz from air, H2 recovery from hydrocarbon mixtures and separation of i-C4HlO from olefin/paraffin C4 mixtures. The effect of parameters such as trans-membrane pressure, feed flow and membrane area on the membrane unit performance is analyzed in terms of the purity and of the desired product recovery. The results show that the countercurrent flow presents the best separation performance for the desired products. The effect of purge for COz removal from the confined air systems was also analyzed. It was observed that the increase of purge fraction increases the remova! of COz from air. It was verified that the choice ofthe separation strategy is also very important. For i-C4HlO separation, the requested total area using two membrane modules is almost equal the half of the necessary area using one membrane module. The Joule- Thomson effect on membrane separation was also studied. The results show that this effect was not important for the separation ofi-C4HIO / i-C4Hg binary
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