Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15140
metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Estudo termodinâmico, cinético e otimização da produção de etileno a partir de etanol em alumina e óxido misto de cério-zircônio
metadata.dc.creator: Lima, Alice Medeiros de
metadata.dc.contributor.advisor1: Hori, Carla Eponina
metadata.dc.contributor.referee1: Assis, Adilson José de
metadata.dc.contributor.referee2: Bueno, Jose Maria Correa
metadata.dc.contributor.referee3: Romanielo, Lucienne Lobato
metadata.dc.description.resumo: A produção de etileno pela desidratação catalítica do etanol é um processo que ficou estagnado nas últimas décadas devido à viabilidade e ao baixo custo do gás natural e do nafta, fazendo com que a produção de etileno se desse pelo craqueamento térmico destes hidrocarbonetos. No entanto, o interesse pela pela produção de etileno a partir do etanol vem se renovando motivado principalmente pelo apelo ambiental. Sendo assim, esse estudo teve como objetivos estudar a cinética e otimizar a produção de etileno a partir do etanol em Al2O3 e CeZrO2 e analisar termodinamicamente este sistema utilizando-se o método das constantes de equilíbrio a partir de valores experimentais no estado padrão e por métodos baseados na química quântica. Utilizouse a metodologia de planejamento experimental variando-se a temperatura, a concentração de etanol na alimentação e o tempo de residência no reator para a coleta de dados cinéticos e para obtenção das equações de ajuste das superfícies de resposta. A maximização da conversão do etanol e da fração molar de etileno foi feita usando-se o método de otimização não-linear do gradiente reduzido generalizado (GRG2). Os modelos cinéticos ajustados foram do tipo Power- Law e outros modelos simples baseados na cinética de Langmuir-Hinshelwood. Os cálculos computacionais quânticos foram realizados com auxílio do software Gaussian03 c aplicando os métodos B3LYP/6-31G+ e G2, e os demais cálculos com o software livre Scilab R . O catalisadorCeZrO2 mostrou-se mais seletivo à produção de etileno, além de uma expressiva formação de hidrogênio. Isso poderá trazer vantagens econômicas, pois se diminui os gastos energéticos e produzem-se produtos de alto valor agregado (C2H4 e H2), enquanto que o catalisador comercialmente utilizado (Al2O3) produz etileno e uma grande quantidade de água. Os resultados do estado de equilíbrio termodinâmico indicam que a produção de etileno a partir do etanol é altamente favorável. O método quântico ab initio pós Hartree-Fock (G2) foi mais eficaz do que o funcional híbrido B3LYP na predição do equilíbrio químico dos sistemas estudados, quando comparado com os resultados obtidos a partir de dados experimentais no estado padrão. O efeito da adição de água na alimentação foi analisado e constatou-se que termodinamicamente, a adição de pequenas quantidades de água não afeta expressivamente o equilíbrio. Isso pode contribuir para a economia do processo como um todo, já que uma parcela grande dos custos para obtenção do etileno a partir do etanol está relacionada à necessidade do uso de etanol com alta pureza.
Abstract: The ethylene production through catalytic dehydration of ethanol is a process that became stagnated over the last decades due to viability and low costs of natural gas and naphtha. Nowadays ethylene production is usually done by cracking of hydrocarbons. However, the manufacture of ethylene through ethanol is getting more attention mainly because of environmental reasons. Thus, this work had as objectives to study the kinetics of ethylene production from ethanol using Al2O3 and CeZrO2 as catalysts to optimize reaction conditions and to analyze thermodynamically this system using the minimization of the Gibbs free energy using experimental values at standard state and using methods based in quantum chemistry. A design of experiment methodology was used to obtain kinetic data varying temperature, ethanol concentration in feed and residence time and the data was fitted to obtain response surfaces. The maximization of ethanol conversion and molar fraction of ethylene was done using non-linear optimization method generalized reduced gradient (GRG). Kinetic models proposed in this work were Power- Law type and others simple models based on Langmuir-Hinshelwood kinetic. Quantum computational calculations were performed using software Gaussian03 applying B3LYP/6-31G+ and G2 methods, while the others calculations used the free software Scilab. The CeZrO2 catalyst was more selective for ethylene production than Al2O3, besides an expressive hydrogen formation. This could bring economic advantages, since this catalyst leads to products with high added value (C2H4 and H2), while alumina forms ethylene and a large quantity of water. Results of thermodynamic equilibrium state indicated that ethylene production through ethanol is highly favorable. The quantum method ab initio pos Hartree-Fock (G2) was more efficient that hybrid functional B3LYP in predicting chemical equilibrium in systems analyzed in this work, when compared with results obtained through experimental data on standard state. Effect of water addition in feed was studied and from a thermodynamical point of view, it may be said that the addition of small quantities of water does not affect expressively the equilibrium. This result can contribute to process economy as a whole, because an important part of costs in obtain ethylene through ethanol route is related to the need of using ethanol with high purity level.
Keywords: Produção de etileno
Etanol
Equilíbrio químico
Modelagem molecular
Cinética
Otimização
Ethylene from ethanol
Chemical equilibrium
Molecular modeling
Kinetic
Optimization
Processos químicos
Etileno
Álcool
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: LIMA, Alice Medeiros de. Estudo termodinâmico, cinético e otimização da produção de etileno a partir de etanol em alumina e óxido misto de cério-zircônio. 2010. 123 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15140
Issue Date: 26-Feb-2010
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ALICEe.pdf4.73 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.