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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Cálculo de mapas de curvas residuais aplicando modelos de equilíbrio e correção por eficiência
metadata.dc.creator: Rossi, Arley Silva
metadata.dc.contributor.advisor1: Romanielo, Lucienne Lobato
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Reis, Miria Hespanhol Miranda
metadata.dc.contributor.referee1: Pires, Ricardo Francisco
metadata.dc.contributor.referee2: Franco Junior, Moilton Ribeiro
metadata.dc.contributor.referee3: Neiro, Sergio Mauro da Silva
metadata.dc.description.resumo: A operação unitária que predomina na maioria das plantas industriais é a destilação, dada a sua vasta aplicação em misturas ideais e não ideais. Mapa de curvas residuais é uma ferramenta utilizada quando se quer testar a viabilidade de separação de determinada mistura em uma coluna de destilação. Os mapas de curvas residuais podem ser utilizados como uma estimativa preliminar de prováveis produtos que serão obtidos após a destilação de uma dada mistura. Mapas de curvas residuais são geralmente calculados assumindo equilíbrio entre as fases liquido e vapor. Contudo, sabe-se que a inclusão de parâmetros de transferência de massa pode corrigir a suposição de equilíbrio, apresentado dados mais próximos aos reais. Uma característica importante no mapa de curvas residuais é a presença de fronteiras de destilação. Uma fronteira de destilação divide o mapa de curvas residuais em regiões distintas de destilação, tornando impossível a obtenção de todos componentes puros da mistura. Na década de 90, alguns trabalhos científicos foram publicados apontando a possibilidade de cruzamento de fronteiras de destilação quando modelos de não equilíbrio eram aplicados no cálculo das curvas residuais. Tal constatação contradiz o conceito de fronteiras de destilação e deve ser analisada mais profundamente. O objetivo central desse trabalho foi desenvolver um programa computacional próprio para a construção de mapas de curvas residuais para misturas ideais e não ideais aplicando modelos de equilíbrio com e sem correção por eficiência. Modelos convencionais de atividade (como NRTL, UNIQUAC e WILSON) foram avaliados para descrever a não idealidade da fase líquida. Foi considerada ainda a correlação de BARROS E WOLF (1997) para o cálculo de eficiência a fim de corrigir a suposição de equilíbrio de fases. Para este caso, foi avaliada a sensibilidade das curvas residuais quando esta correlação foi empregada, bem como para analisar a possibilidade do cruzamento da fronteira de destilação. Tomou-se como caso de estudo a mistura ideal de pentano-hexano-heptano para validação do programa desenvolvido. A utilização de diferentes modelos de atividade não resultou em curvas residuais significativamente diferentes, mostrando que, para o caso avaliado formado por acetona-clorofórmio-benzeno os três modelos de atividade apresentaram comportamento bastante semelhante e eficiente exibindo com clareza as curvas residuais da mistura avaliada. Para o estudo da sensibilidade das curvas residuais bem como a possiblidade do cruzamento da fronteira de destilação foram estudados cinco casos diferentes. O primeiro caso de estudo envolveu novamente a mistura ideal formada por pentano-hexano-heptano com um desvio relativo entre as modelagens de 3,83%. Para a mistura etanol-água-acetona o desvio relativo foi da ordem de 3,67% não sendo observado o cruzamento da fronteira de destilação. Para a mistura metanol-isopranol-água foram realizados uma comparação de dados do presente trabalho com os da literatura apontando a modelagem corrigida pela eficiência como mais próxima dos valores reais de um processo de destilação. Para a mistura formada por clorofórmio-acetona-benzeno o desvio relativo foi de 5,21% e também não foi constatado o cruzamento da fronteira de destilação. Por fim, foi analisada a mistura formada por acetona-clorofórmio-metanol onde o desvio relativo foi de 4,82%. Deste modo, torna-se evidente que a utilização de diferentes modelagens pode gerar diferentes regiões de destilação devido a sensibilidade da fronteira de destilação, assim, recomenda-se o uso da modelagem de não equilíbrio ou mesmo das correlações de eficiência, pois esses modelos levam em conta parâmetros de transferência de massa e energia gerando dados mais precisos para o processo de destilação principalmente em regiões próximas a fronteira de destilação.
Abstract: Distillation is the most applied unit operation in industrial plants due to its large application for ideal and non-ideal mixtures. Residue curve map is a tool used when one wants to test the feasibility of separation of a given mixture in a distillation column. This tool can be used as a preliminary estimate of probable products will be obtained after distillation of a mixture. Residue curve maps are usually calculated assuming equilibrium between liquid and vapor phases. However, it is known that the inclusion of mass transfer parameters can correct the assumption of equilibrium data presented closer to real distillation. An important property of residue curve maps is the presence of the distillation boundaries. A distillation boundary breaks the residue curve map in different regions of distillation, making it impossible to obtain any pure components of the mixture. In the 90 decade, few scientific studies have been published indicating the possibility of crossing distillation boundaries when non-equilibrium models were applied to calculate the residue curves. This verification contests the concept of distillation boundaries and should be analyzed in the further. The main purpose of this work was to develop software suitable for the construction of residue curve maps for ideal and non-ideal mixtures applying equilibrium models with and without correction for efficiency. Conventional activity models (NRTL, UNIQUAC and Wilson) were evaluated to describe the non-ideality liquid phase. Was considered the correlation of BARROS and WOLF (1997) for the calculation of efficiency in order to correct the assumption of the equilibrium phase. For this study, we evaluated the sensitivity of the residual curves when this correlation was employed, and also to examine the possibility of crossing the distillation boundaries. Using case study the ideal mixture of pentane-hexane-heptane and the mixture is non-ideal ethanol-water-acetone for validation of the developed software. The use of different activity models did not result in significantly different of residue curve map, showing that, for the case evaluated formed by acetone-chloroform-benzene three activity models behavior were quite similar and efficient displaying clearly the residue curve of the mixture evaluated. To study the sensitivity of residual curves as well as the possibility of crossing the distillation boundary five different cases were studied. The first case of study involved again the ideal mixture formed by pentane-hexane-heptane with relative deviation between the modeling of 3.83%. To a mixture of ethanol-water-acetone the relative deviation was approximately 3.67% were not observed the crossing of distillation boundary. For methanol-isopropanol-water were performed a comparison of data from this study with the literature pointing the model corrected by efficiency was closest to the real values of a distillation process. For the mixture formed by chloroform-acetone-benzene the relative deviation was 5.21% and was not found crossing the distillation boundary. Finally, we analyzed the mixture formed by acetone-chloroform-methanol where the relative deviation was 4.82%. Thus, it becomes apparent that the use of different models can create different regions of distillation due the distillation boundaries sensibility, so it is recommended to use non-equilibrium modeling or correlation for efficiency, because these models take into account parameters of mass transfer and energy generating more accurate data for the distillation process, particularly in regions near the distillation boundaries.
Keywords: Destilação
Mapas de curvas residuais
Modelagem de equilíbrio
Correção por eficiência
Distillation
Residue Curve maps
Equilibrium models
Correction for efficiency
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: ROSSI, Arley Silva. Cálculo de mapas de curvas residuais aplicando modelos de equilíbrio e correção por eficiência. 2013. 129 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15219
Issue Date: 31-Jul-2013
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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