Otimização energética de uma coluna de destilação para obtenção de etanol hidratado com base nos modelos UNIFAC e UNIQUAC / Energy optimization of a distillation column for hydrous ethanol based on UNIFAC and UNIQUAC models

Authors

  • Elton da Nóbrega Silva
  • Marcelo da Silva Pedro
  • Jonas Medeiros de Paiva
  • Eduardo Augusto da Silva Diniz
  • Ronaldo dos Santos Falcão Filho
  • José Cosme Cunha Gomes

DOI:

https://doi.org/10.34117/bjdv5n10-320

Keywords:

ELV, etanol hidratado, destilação.

Abstract

 O Brasil é o segundo maior produtor mundial de etanol combustível, e até 2010 era o maior exportador do mundo, sendo o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar considerado o combustível alternativo mais bem-sucedido até o momento. Sabendo a relevância deste produto na economia, o presente trabalho tem como finalidade realizar a otimização energética de uma coluna de destilação para produção de etanol hidratado tendo como base os modelos termodinâmicos UNIQUAC e UNIFAC. Inicialmente 5 conjuntos de dados experimentais de Equilíbrio Líquido Vapor (ELV) etanol/água foram implementados no software Specs para validação e a avaliação de qual dos modelos teria maior capacidade representação dos dados, sendo o modelo UNIQUAC o que obteve melhor performance. Os parâmetros do modelo UNIQUAC obtidos no Specs não foram suficientes para realização da simulação da coluna de destilação no simulador Aspen Plus®, sendo necessário a realização da regressão dados no Aspen para obtenção dos parâmetros. Com base nos novos parâmetros o modelo passou a ser chamado de UNIQUAC-otimizado, e após a simulação, percebeu-se que esse modelo apresentou menor gasto energético para o processo. A análise de sensibilidade feita com a temperatura e composição na alimentação mostrou que quanto menor a temperatura de alimentação maior gasto de energia ocorrerá, e no caso da composição, para valores maiores de que 0,0642 não afeta a composição do destilado. Foi possível avaliar qual modelo termodinâmico melhor representou o processo de produção de etanol e o benefício do ponto de vista de eficiência energética proporcionado. Por meio da análise de sensibilidade aprimorou-se o entendimento de operação de processo, conhecendo de fato, o quão sensível são as variáveis de interesse frete a variações nas condições de alimentação.

 

 

References

ABRAMS, D. S.; PRAUSNITZ, J. M. Statistical thermodynamics of liquid mixtures: a new expression for the excess Gibbs energy of partly or completely miscible systems. AIChE Journal, v. 21, n. 1, p. 116-128, 1975.

BRASIL. MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E ABASTECIMENTO. SECRETARIA DE POLÍTICA AGRÍCOLA. Produção Brasileira de Etanol. 2018.

DALAGER, P. Vapor-liquid equilibriums of binary systems of water with methanol and ethanol at extreme dilution of the alcohols. Journal Of Chemical & Engineering Data, [s.l.], v. 14, n. 3, p.298-301, 1969.

FREDENSLUND, A.; JONES, R. L.; PRAUSNITZ, J. M. Group?contribution estimation of activity coefficients in nonideal liquid mixtures. AIChE Journal, v. 21, n. 6, p. 1086-1099, 1975.

ARCE, A.; MARTÍNEZ-AGEITOS, J.; SOTO, A. VLE for water + ethanol + 1-octanol mixtures. Experimental measurements and correlations. Fluid Phase Equilibria, [s.l.], v. 122, n. 1-2, p.117-129, 1996.

IWAKABE, Koichi; KOSUGE, Hitoshi. Isobaric vapor–liquid–liquid equilibria with a newly developed still. Fluid Phase Equilibria, [s.l.], v. 192, n. 1-2, p.171-186, 2001.

JONES, C. A.; SCHOENBORN, E. M.; COLBURN, A. P. Equilibrium Still for Miscible Liquids. Industrial & Engineering Chemistry, [s.l.], v. 35, n. 6, p.666-672, 1943.

LAI, H. S.; LIN, Y. F.; TU, C. H. Isobaric vapour-liquid equilibria for the ternary system of (etanol + water + 1,3-propanediol) and three constituent binary systems at P=101.3 kPa. J. Chem. Thermodynamics. 2013.

PRUDENCIATO, R. Consumo energético no processo de destilação de etanol e análise de suas variáveis de impacto: estudo de caso em uma usina. Lorena: Escola de Engenharia de Lorena, 2011.

RAINWATER, J. C.; FRIEND, D. G.; HANLEY, H. J. M.; HARVEY, A. H.; HOLCOMB, C. D. LAESECKE, A.; MAGEE, J. W.; MUZNY, C. Fluid Properties for New Technologies – Connecting Virtual Design with Phsical Reality, Reporto n Forum 2000, NIST Special Publication 975, 2001. A short report with conclusions was published in Chemical & Engineering Progress, 2002.

SOARES, C. Avaliação experimental dos coeficientes de transferencia de massa e calor em uma coluna com pratos perfurados. 2000.

SPERLING, D.; GORDON, D. Two billion cars: driving toward sustainability. Oxford University Press, 2010.

Published

2019-10-25

How to Cite

Silva, E. da N., Pedro, M. da S., Paiva, J. M. de, Diniz, E. A. da S., Filho, R. dos S. F., & Gomes, J. C. C. (2019). Otimização energética de uma coluna de destilação para obtenção de etanol hidratado com base nos modelos UNIFAC e UNIQUAC / Energy optimization of a distillation column for hydrous ethanol based on UNIFAC and UNIQUAC models. Brazilian Journal of Development, 5(10), 21783–21804. https://doi.org/10.34117/bjdv5n10-320

Issue

Section

Original Papers