Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: http://hdl.handle.net/11422/23650
Especie: Tese
Título : Modelagem, simulação e otimização do processo de desidratação catalítica do etanol a etileno em diferentes escalas
Autor(es)/Inventor(es): Maia, Jeiveison Gobério Soares Santos
Tutor: Secchi , Argimiro Resende
Tutor : Toniolo , Fábio Souza
Resumen: A desidratação catalítica do etanol é o passo-chave na produção sustentável da cadeia de valor do etileno renovável. Por sua vez, a obtenção de um modelo matemático para otimizar a configuração de uma seção de reação é de grande interesse para a indústria, permitindo o projeto ideal de plantas maiores e melhorias nos processos existentes. Somado a isso, uma condição imprescindível ao projeto de reatores é o conhecimento das taxas cinéticas relevantes que devem ser aplicadas no processo. Portanto, o presente trabalho propõe e desenvolve 13 modelos cinéticos mecanicistas que buscam a concordância com os dados experimentais em escala laboratorial para as principais reações. Para tal, foi utilizado como catalisador a alumina, tendo sua temperatura ótima de calcinação igual a 500 °C, além das características físico-químicas requeridas. Ademais, é apresentado um modelo fenomenológico de um reator de leito fixo, considerando-se 18 rotas reacionais e 20 espécies químicas, além de uma modelagem para a desativação catalítica, tendo o etanol, acetaldeído e olefinas leves identificados como principais precursores da formação de coque. Por sua vez, os parâmetros do modelo foram estimados a partir de dados de uma operação em escala industrial, após um procedimento de tratamento estatístico com filtragem e reconciliação. Em suma, a validação do modelo foi realizada para diferentes condições e campanhas, sendo obtido desvios médios inferiores a 5% para os perfis de temperatura dos reatores e 10% para os componentes principais. Por fim, o conceito do processo industrial proposto foi simulado e avaliado economicamente, sendo otimizado para diferentes capacidades, apresentando nas condições operacionais ótimas um aumento de receita em US$ 2.064.625 por ano.
Resumen: Catalytic dehydration of ethanol is the key step in the sustainable production of the renewable ethylene value chain. In turn, obtaining a mathematical model to optimize the configuration of a reaction section is of great interest to the industry, allowing for the ideal design of larger plants and improvements in existing processes. In addition, an essential condition for reactor design is the knowledge of the relevant kinetic rates that must be applied in the process. Therefore, the present work proposes and develops 13 mechanistic kinetic models that seek agreement with experimental data on a laboratory scale for the main reactions. For this purpose, alumina was used as a catalyst, with its optimal calcination temperature equal to 500 °C, in addition to the required physical-chemical characteristics. In addition, a phenomenological model of a fixed bed reactor is presented, considering 18 reaction routes and 20 chemical species, as well as a model for catalytic deactivation, with ethanol, acetaldehyde and light olefins identified as the main precursors of coke formation. In turn, the model parameters were estimated from data from an industrial scale operation, after a statistical treatment procedure with filtering and reconciliation. In short, model validation was performed for different conditions and campaigns, with average deviations of less than 5% for the reactor temperature profiles and 10% for the main components. Finally, the concept of the proposed industrial process was simulated and evaluated economically, being optimized for different capacities, presenting an increase in revenue of US $ 2,064,625 per year under optimal operating conditions.
Materia: Mecanismos reacionais
Catalisadores de alumina
Reatores industriais
Tratamento de dados
Sustentabilidade
Materia CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Unidade de producción: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Editor: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Fecha de publicación: sep-2020
País de edición : Brasil
Idioma de publicación: por
Tipo de acceso : Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: Engenharia Química

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