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https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13344
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema ternário etanol-água-propilenoglicol à pressão normal: avaliação experimental e modelagem termodinâmica |
Otros títulos: | Vapor-liquid equilibrium data of the ternary system ethanol-water-propylene glycol at normal pressure: experimental evaluation and thermodynamic modeling |
Autor: | Silva, Luana Ferreira da |
Orientador(a): | Mendes, Marisa Fernandes |
Primeiro coorientador: | Pereira, Cristiane de Souza Siqueira |
Primeiro membro da banca: | Mendes, Marisa Fernandes |
Segundo membro da banca: | Lirio, Cláudia Ferreira da Silva |
Terceiro membro da banca: | Bauerfeldt, Glauco Favilla |
Palabras clave: | etanol anidro;azeótropo;destilação extrativa;NRTL;consistência termodinâmica;anhydrous ethanol;azeotrope;extractive distillation;thermodynamic consistency. |
Área(s) do CNPq: | Engenharia Química |
Idioma: | por |
Fecha de publicación: | 30-abr-2020 |
Editorial: | Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UFRRJ |
Departamento: | Instituto de Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
Citación: | SILVA, Luana Ferreira da. Dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema ternário etanol-água-propilenoglicol à pressão normal: avaliação experimental e modelagem termodinâmica. 2020. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química, Tecnologia Química) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, RJ, 2020. |
Resumen: | A produção de etanol anidro, devido à presença do azeótropo no sistema etanol-água, é inviável usando a destilação convencional, sob pressão atmosférica. Um dos métodos utilizados é a destilação extrativa, que consiste na adição de um terceiro componente ao processo, capaz de alterar a volatilidade relativa dos compostos da mistura inicial e assim, promover a desidratação do etanol. Diante disso, este trabalho propõe o uso do propilenoglicol como terceiro componente na destilação, uma vez que esses dados não foram encontrados na literatura. Para isso, é necessário o conhecimento dos dados de equilíbrio líquido-vapor do sistema etanol - água – propilenoglicol, que foram medidos utilizando um ebuliômetro semelhante ao de Othmer, a pressão atmosférica. As soluções foram preparadas variando a fração molar de etanol de 0,1 a 0,9, em base livre de solvente. A fração mássica de propilenoglicol variou conforme a razão solvente/alimentação (S/F), sendo de 0,10; 0,20 e 0,50. Os experimentos foram realizados em triplicata e as análises das amostras foram feitas em um densímetro digital. Os resultados experimentais mostraram que o uso de propilenoglicol, como agente de separação no sistema etanol-água, promoveu a “quebra” do azeótropo e, consequentemente, o enriquecimento do etanol na fase de vapor. Para todas as relações estudadas, a fração molar de etanol na fase vapor foi superior a 0,99, sendo favorável ao processo de destilação a utilização da razão S/F de 0,10, devido ao menor consumo de propilenoglicol. A modelagem termodinâmica foi realizada usando os modelos de NRTL e Wilson, e ambos apresentaram boa correlação aos dados experimentais. Os maiores desvios obtidos foram de 5,01% para a fração molar da fase vapor e 0,48% para a temperatura, para o modelo de NRTL e de 2,76% para a fração molar da fase vapor e 0,38% para a temperatura, para o modelo de Wilson. A simulação do processo de destilação extrativa foi feita no simulador ProSimPlus, e os resultados obtidos mostraram que uma coluna extrativa com 13 estágios é necessária para produzir um destilado com 99,6% molar em etanol. |
Abstract: | The production of anhydrous ethanol, due to the presence of an azeotrope in the ethanol-water system, is difficult using conventional distillation at atmospheric pressure. One of the methods used is the extractive distillation that consists in the addition of a third component in the process, capable to change the relative volatility of the compounds of the initial mixture, dehydrating the ethanol. In this way, this work proposed the use of propylene glycol as the third component in the distillation, because there weren´t information in the literature concerning this application. Due to that, the vapor-liquid equilibrium data of the ethanol-water-propylene glycol system was measured in a similar Othmer's ebulliometer, at normal pressure. The solutions were prepared varying the molar fraction of ethanol from 0.1 to 0.9, on a solvent free basis. The mass fraction of propylene glycol varied according to the solvent to feed ratios (S/F), of 0.10, 0.20 and 0.50. The experimental data was measured in triplicate, and the analyses of the samples were done in a digital densimeter. The experimental results showed that the use of propylene glycol as a separation agent for the ethanol-water system, promoted the “break” of the azeotrope, and consequently the enrichment of ethanol in the vapor phase. All of S/F ratios promoted a molar fraction of ethanol in the vapor phase higher than 0.99, being favorable a distillation process with S/F of 0.10, due to the lower consumption of propylene glycol. The thermodynamic modeling was performed using the NRTL and Wilson models. The models showed a good correlation with the experimental data. The highest deviations observed were 5.01% for the vapor molar fraction and 0.48% for the temperature, for the NRTL model, and 2.76% for the vapor molar fraction and 0.38% for the temperature, for the Wilson model. The simulation the extractive distillation process was done in ProSimPlus simulator, and the results obtained showed that an extractive column with 13 stages was necessary to produce a distillated with 99.6% molar in ethanol. |
URI: | https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/13344 |
Aparece en las colecciones: | Mestrado em Engenharia Química |
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