Modelagem matemática e simulação computacional do processo de absorção de CO2 em módulos de membrana
Victor Antonio de Deus Armellini
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP Ar55m
[Mathematical modeling and computer simulation of CO2 absorption process in membrane modules]
Campinas, SP : [s.n.], 2010.
88 f. : il.
Orientador: Sergio Persio Ravagnani
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Resumo: A emissão de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, quando realizada em larga escala, é considerada como a mais séria causa de problemas ambientais a nível mundial. Devido à atual conscientização mundial em torno do assunto, as indústrias responsáveis estão reduzindo a emissão mediante a...
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Resumo: A emissão de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, quando realizada em larga escala, é considerada como a mais séria causa de problemas ambientais a nível mundial. Devido à atual conscientização mundial em torno do assunto, as indústrias responsáveis estão reduzindo a emissão mediante a captura do gás, normalmente realizada através da absorção do poluente em solventes específicos. Os equipamentos mais comuns, que permitem o contato entre o gás e o solvente, são as colunas de borbulhamento, spray ou recheio. Porém, seu uso apresenta desvantagens que comprometem sua operação, tais como, formação de espuma e dispersão das fases. Frente às desvantagens existentes nos equipamentos convencionais, foram desenvolvidos os módulos de membrana, considerados equipamentos mais adequados para o contato e captura do CO2 pelos solventes. Devido à ausência de trabalhos em condições operacionais mais realistas utilizando módulos de membrana, o presente estudo buscou realizar a modelagem e simulação do processo de absorção de CO2 em módulos de membrana, utilizando como solventes o 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP), dietanolamina (DEA) e metildietanolamina (MDEA). A modelagem matemática foi concebida através da adaptação das equações de balanço de massa, capazes de representar numericamente o processo em estudo. Com a intenção de resolver numericamente as equações foi aplicado o método das diferenças finitas de Crank-Nicholson, por fim, buscou-se a implementação de um algoritmo computacional, baseado em linguagem Fortran, para resolver o problema e simular o processo de absorção química de CO2 em módulos de membrana. Inicialmente as simulações foram conduzidas com o intuito de avaliar a estabilidade do método numérico adotado, quanto ao processo em estudo. Após a constatação da estabilidade do método proposto, foi conduzido um estudo para determinar a quantidade ideal de pontos a serem utilizados na discretização. Os resultados obtidos através da simulação tem um comportamento condizente com valores previstos pela teoria. Finalmente, o processo de absorção foi simulado utilizando AMP, DEA e MDEA, onde se verificou que as maiores taxas de absorção de CO2 foram obtidas com o uso de AMP como solvente reativo
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Abstract: The emission of carbon dioxide (CO2), when performed on a large scale, is considered the most serious cause of environmental problems worldwide. Due to the current global awareness around the subject, the industries are responsible for reducing emissions by capturing the gas, usually...
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Abstract: The emission of carbon dioxide (CO2), when performed on a large scale, is considered the most serious cause of environmental problems worldwide. Due to the current global awareness around the subject, the industries are responsible for reducing emissions by capturing the gas, usually performed by absorption of the pollutant by specific solvents. The most common equipment, which allow contact between gas and solvent are the bubble, spray or fixed bed columns. However, its use has disadvantages that undermine its operation, such as foam formation and phase dispersion. Due the disadvantages existing in conventional equipment, were developed membrane modules, considered the most appropriate equipment for the contact and capture of CO2 by solvents. Due to lack of work in more realistic operating conditions using membrane modules, this study sought to do the modeling and simulation of the process of absorption of CO2 in membrane modules, using the solvent as 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), diethanolamine (DEA) and metildietanolamina (MDEA). The mathematical model was designed by adjusting the balance equations of mass, capable to represent numerically the process under study. To solve numerically the equations was applied the method of finite difference Crank-Nicholson, finally, we sought to implement an algorithm based on Fortran, to solve the problem and simulate the process of chemical absorption of CO2 into modules membrane. Initially the simulations were conducted in order to assess the stability of the numerical method adopted. After verifying the stability of the proposed method, we designed a study to determine the ideal amount of points to be used in the discretization. Soon after, the validity of the simulator was verified by comparing its results with values predicted by theory. Finally, the absorption process was simulated using AMP, DEA and MDEA, and the highest rates of CO2 absorption were calculated, with the use of AMP as a reactive solvent
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Victor Antonio de Deus Armellini
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