Dissertations / Theses: 'Etanol: Destilação'

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Giordano, Roberto de Campos. "Termodinamica do equilibrio aplicada a destilação etanol-agua." [s.n.], 1985. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/267038.

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Abstract:

Orientador: Saul Gonçalves D'Avila
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas
Made available in DSpace on 2018-07-16T09:04:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giordano_RobertodeCampos_M.pdf: 4794824 bytes, checksum: 4993751b8b1af3163e64a40e615f8cf7 (MD5) Previous issue date: 1985
Resumo: Propõe-se método para o teste da consistência termodinâmica de dados experimentais de equilíbrio líquido-vapor para sistemas binários, através da integração da equação da coexistência. Este método dispensa a utilização de correlações para o coeficiente de atividade e pressões de saturação, tendo se mostrado de boa sensibilidade. A seguir, o método da equação da coexistência é utilizado na análise da consistência dos dados etanol-água da literatura. Desta forma, selecionam-se conjuntos de dados isotérmicos aos quais são ajustadas equações para o coeficiente de atividade, com parâmetros dependentes da temperatura, o que melhora sensivelmente o ajuste. As equações UNIQUAC e de van Laar são as que apresentam melhores resultados. As correlações assim obtidas são usadas na simulação da destilação do álcool etílico através do modelo de coluna de Naphtali-Sandholm. Analisa-se, por fim, a influência de simplificações nos cálculos termodinâmicos sobre os resultados desta simulação.
Abstract: A method for testing the thermodynamic consistency of experimental liquid-vapor equilibrium data for binary systems through the integration of the coexistence equation is proposed. This method exempts from the use of correlations for both the activity coefficient and saturation pressures and shows a good sensibility. The coexistence equation method is then used for checking the consistency of ethanol-water data, found in the literature. In this way, groups of isothermal data are selected and equations for the activity coefficient, with temperature dependent parameters, are adjusted to them, improving the fit. The UNIQUAC and van Laar equations show the best results. The obtained correlations are used for simulating the destillation of ethyl alcohol through the model of Naphtali Sandholm. The influence of some simplifications in the thermodynamic calculations over the simulation results is verified.
Mestrado
Mestre em Engenharia Química

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Bueno, Sônia Maria Alves 1961. "Equilibrio liquido-liquido de misturas ternarias agua-etanol-solvente." [s.n.], 1990. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/267357.

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Abstract:

Orientador: Saul Gonçalves D'Avila
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Made available in DSpace on 2018-07-13T22:06:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bueno_SoniaMariaAlves_M.pdf: 6280929 bytes, checksum: e399b29a074e7ea0636786683b069201 (MD5) Previous issue date: 1990
Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de novos processos de destilação zaeotrópica do etanol, discutindo-se os seguintes aspectos: (1) seleção de solventes alternativos ao benzeno para a destilação azeotrópica do etanol; (2) determinação experimental do equilíbrio líquido-líquido dos sistemas ternários água-etanol-ciclohexano e água-etanol-hexano, a pressão atmosférica e temperaturas iguais ao mais altas que ¿25 GRAUS¿C: (3) predição e interpolação dos dados de equilíbrio líquido-líquido usando quatro modelos de coeficientes de atividade da fase líquida (NRTL. UNIQUAC. TSUBOKA-KATAYAMA-WILSON e CHA-PRAUSNITZ); (4) análise da viabilidade da utilização dos solventes selecionados na destilação azeotrópica do etanol
Abstract: This work is a contribuition to the study of new processes of azeotropic distillation of ethanol, discussing the following aspects: (1) selection of alternative solvents for azeotropic distillation of ethanol as substitute of benzene; (2) experimental determination of liquid-liquid equilibrium data of ternary systems water-ethanol-cyclohexane and water-ethanol-hexane, at atmosferic pressure and temperatures equal to or higher than ¿25 DEGREES¿C: (3) prediction and interpolation of the liquid-liquid ternary data using four liquid-liquid activity coefficient models (NRTL, UNIQUAC, TSUBOKA-KATAYAMA-WILSON and CHA-PRAUSNITZ); (4) analysis of the possible use of the selected solvents in the azeotropic distillation of ethanol
Mestrado
Mestre em Engenharia Química

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Poiani, Luiz Marcio. "Simulação estatica e dinamica de colunas de destilação, aplicada a sistemas multicomponente a base de etanol e agua." [s.n.], 1985. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/267063.

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Abstract:

Orientador: Mario de Jesus Mendes
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas
Made available in DSpace on 2018-07-16T04:12:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Poiani_LuizMarcio_M.pdf: 3678274 bytes, checksum: dbb916f6752ca640cf5f34c6ea81644d (MD5) Previous issue date: 1985
Resumo: São apresentadas e discutidas as estruturas básicas dos modelos estático e dinâmico de colunas de destilação, as metodologias usadas para a sua implementação e algumas dificuldades associadas à simulação. Os modelos em questão são usados para a simulação tática e dinâmica de uma coluna típica de destilação de álcool, e aplicados a. análise do comportamento do sistema para uma dada configuração de controle. Utilizam-se, conjuntamente, os métodos UNIQUAC e UNIFAC, na determinação da termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor,o que generaliza a simulação efetuada para misturas cujos dados termodinâmicos não estão disponíveis na literatura. Para a simulação do regime estacionário da coluna de destilação são utilizados o método Naphtali-Sandholm e o método aqui chamado de Alternativo, baseado na sequência das diferentes decisões apresentadas por Friday-Smith. A comparação das soluções numéricas apresentadas pelos dois métodos conduzem a perfis aproximadamente idênticos na coluna. Contudo, em termos de tempo de computação o método de Naphtali-Sandholm revelou-se sempre mais rápido. Na simulação do regime transiente da coluna são utilizados dois métodos para a integração das equações do balanço material, o método de Euler-modificado e o de Runge-Kutta. Quanto a precisão eles demonstraram serem equivalentes. Mas, quanto ao tempo dispendido nos cálculos, o método de Eüler-modificado demonstrou necessitar de um menor tempo. A simulação dinâmica da coluna de destilação a base de etanol e água em malha aberta mostrou que, para as perturbações introduzidas, o tempo de resposta da coluna se situa entre 120 e 140 minutos. A simulação dinâmica da coluna em malha fechada mostrou que, nas condições indicadas, o sistema de controle apresenta um comportamento estável.
Abstract: The basic structures of the static and dynamic models of distillation columns as well as the utilized methodology for their implementation and some difficulties associated to the simulation are presented and discussed. The models are used for static and dynamic simulation of atypical alcohol distillation column and applied in the analyses of the system behaviour for a given control configuration. The UNIQUAC and UNIFAC methods are used in connection for determining the thermodynamics of the liquid-vapor equilibrium, generalizing the simulation for mixtures with thermodynamical data not available in the literature. For the simulation of the distillation column in steady-state conditions, one has used the Naphtali-Sandholm method and, also, the Alternative method, here defined, based in the sequence of different decisions presented by Friday-Smith. A comparison between the numerical solutions of the two methods shows a close proximity for the calculated profiles. Nevertheless, in terms of computational time, the Naphtali-Sandholm methods resulted faster. In the unsteady simulation, two methods are utilized for the integration of the mass balance equations: the modified Euler method and the Runge-Kutta method. Both have shown to be equivalent in terms of precision of the results. As far as computational time, the modified Euler method has shown to be faster. The dynamic simulation of the distillation column for ethanol and water in open loop has shown that, for the introduced perturbation, the response time lies between 120 and minutes. The dynamic simulation in closed loop has shown in the indicated conditions, the control system has a stable behavior.
Mestrado
Mestre em Engenharia Química

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Mayer, Flávio Dias. "Projeto, construção e pré-operação de um destilador de tecnologia híbrida para aplicação em uma microdestilaria." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2014. http://hdl.handle.net/10183/108480.

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Abstract:

Este trabalho teve por objetivo avaliar a destilação de misturas hidroalcoólicas em um destilador piloto, constituído em formato híbrido, possuindo pratos e recheio nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. O estudo se aplica ao caso da produção de etanol em pequena escala em microdestilarias, que carecem de rendimentos maiores na etapa de destilação. As etapas desenvolvidas nessa pesquisa compreenderam o levantamento de informações técnicas de microdestilarias, a simulação do processo de destilação, o estudo da influência dos componentes do óleo fúsel na separação etanol-água, o projeto, construção e pré-operação de um destilador piloto, além do estudo de viabilidade econômica preliminar da tecnologia proposta. As simulações foram realizadas no software iiSE (VRTech) e envolveram três casos distintos quanto à composição da alimentação e quanto aos equipamentos. Na análise experimental da influência do óleo fúsel, misturas de etanol (6,0 a 6,5 % em massa) e água (93,0 a 94 % em massa) contendo diferentes concentrações (zero a 0,5 % em massa) de 3-metil-1-butanol, 2-metilpropan-1-ol, propan-1-ol e propan-2-ol foram destilados em um destilador de bancada. O dimensionamento considerou diferentes correlações empíricas aplicadas para as seções de esgotamento e de retificação. A análise de viabilidade econômica considerou o cenário atual da produção de etanol em pequena escala e também avaliou a competitividade do etanol hidratado combustível (EHC) produzido frente a variações no preço da matéria-prima e também na tecnologia de destilação. As simulações realizadas demonstraram que a concentração máxima de EHC obtida em uma única coluna de destilação, na presença de alcoóis superiores na alimentação, foi 91,5 % em massa, necessitando de uma elevada razão de refluxo (6,0). Assim, a obtenção de EHC com concentração acima de 92,5 % em massa, em conformidade com a legislação, só foi possível utilizando-se duas colunas de destilação. Os resultados em refluxo total demonstraram a possibilidade de obtenção de EHC acima de 92,5 % em massa. A concentração desejada não foi obtida durante a operação contínua, mesmo na ausência dos alcoóis superiores. Todos os experimentos resultaram em elevada perda de etanol no produto de fundo, decorrente de condições operacionais diferenciadas. Os resultados demonstram que há interferência dos componentes do óleo fúsel na destilação, porém não comprometendo a separação etanol-água. A análise de viabilidade econômica mostrou a competitividade do EHC produzido em pequena escala e também que a nova tecnologia proposta favorece a redução do custo final do EHC. Foi realizada a prova de conceito do destilador piloto, buscando-se a obtenção de dados operacionais de acordo com os parâmetros de qualidade previamente definidos. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se oito pratos e recheio do tipo IMTP®, nas seções de esgotamento e retificação, respectivamente. Os resultados comprovaram a eficácia e a viabilidade técnica do sistema de destilação proposto, além de seu potencial de utilização na produção de etanol em pequena escala.
This study aimed to evaluate distillation of ethanol-water mixtures in a pilot distiller set up on hybrid format, with trays and packing in striping and rectification sections, respectively. The study applies to the case of ethanol production on small scale, which demands higher yields on distillation operation. Steps developed in this study comprised a survey of technical information for small-scale ethanol production, the simulation of the distillation process, the study on influence of fusel oil components in ethanol-water separation, evaluation of correlations applied to design of distillation columns and design, construction, and pre-operation tests of a pilot distiller. Simulations were performed in iiSE software (VRTech) and involved three cases differentiated in relation to the composition of feed and equipment configuration. In experimental analysis of fusel oil influence, ethanol (from 6.0 to 6.5 %w/w) and water (93.0 to 94 %w/w) containing different concentrations (zero to 0.5 %w/w) 3-methyl-1-butanol, 2- methylpropan-1-ol, propan-1-ol and propan-2-ol were distilled in a bench distiller. Design considered different empirical correlations applied to striping and rectification sections. Economic feasibility analysis considered the current scenario of small scale ethanol production and evaluated the competitiveness of hydrous ethanol fuel (HEF) considering fluctuations in the feedstock price and two distillation technologies. Simulations showed that HEF maximum concentration obtained in a single distillation column in the presence of higher alcohols in the feed was 91.5 %w/w, requiring a high reflux ratio (6.0). Therefore, obtaining HEF concentration up to 92.5 %w/w in accordance with legislation, was possible only using two distillation columns. Experimental results for total reflux demonstrated the possibility of obtaining HEF above 92.5% by mass. The desired concentration was not achieved during continuous operation, even in the absence of higher alcohols. All experiments resulted in high loss of ethanol in the bottom product, due to different operating conditions. Results demonstrate that there is no interference of fusel oil components to the point of preventing ethanol-water separation in accordance with legislation. Economic feasibility analysis showed the competitiveness of HEF produced on small scale and also that the new proposed technology reduced the final cost of the HEF. A proof of concept was performed to obtain operational data according to quality standards defined previously. Best results were obtained by using eight trays and IMTP® packing in stripping and rectification sections, respectively. Results confirmed effectiveness and technical viability of the system proposed, in addition of its potential of being used in ethanol production on small scale.

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Matugi, Karina. "Produção de etanol anidro por destilação extrativa utilizando soluções salinas e glicerol." Universidade Federal de São Carlos, 2013. https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4111.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4994.pdf: 4218201 bytes, checksum: 2533718bb0a463f333c6c34f4b0357b9 (MD5) Previous issue date: 2013-02-15
Universidade Federal de Sao Carlos
An alternative of renewable fuel is the anhydrous ethanol from biomass. Its production has to aim the minimum consumption of hydric and energetic resources. The bottleneck of the process is located in the downstream that requires technological development with thermodynamics reasoning. This master s degree seeks to address this aspect by studying the dehydration of ethanol by extractive distillation making use of liquid solvent glycerol, salts of potassium acetate and calcium chloride, or both kinds of resources. These resources, called separation agents, can "break" the barrier of azeotropy and have advantages such as no top product contamination and lower energy consumption. The rectification column plus the conventional dehydration system are replaced by a single extractive distillation column which is itself the rectification column, adding the separating agents in the reflux stream. The simulation is performed in steady state using a rigorous model for calculating the column. For non-electrolytic systems UNIFAC model was used, and for systems involving electrolytes UNIFAC model with the addition of the Debye-Hückel term and UNIFAC-Dortmund model. Maximum values for the mean of absolute deviations of temperature and of ethanol molar fraction in vapor phase were 5,51 K and 0,0646 respectively. Though, it was observed that the deviations were higher in the region of least ethanol concentration. The simulation of extractive column with glycerol converged generating anhydrous ethanol following the specification, being a proof of the concept that the application of the proposed process was successful. The simulation of the saline extractive distillation presented difficulties of convergence which will need to be studied in future works.
Uma alternativa de combustível renovável é o etanol anidro a partir da biomassa. Sua produção deve visar o consumo mínimo de recursos hídricos e energéticos. O gargalo do processo está localizado no downstream que necessita de desenvolvimento tecnológico com fundamentação da termodinâmica. Este mestrado busca trabalhar neste aspecto estudando a desidratação do etanol pela destilação extrativa fazendo uso do solvente líquido glicerol, dos sais acetato de potássio e cloreto de cálcio, ou de ambos os tipos de recursos. Esses recursos, chamados de agentes de separação, conseguem quebrar a barreira da azeotropia e possuem vantagens como não contaminação do produto de topo e menor consumo de energia. A coluna de retificação mais o sistema de desidratação convencional são substituídos por uma única coluna de destilação extrativa que é a própria coluna de retificação, adicionando os agentes de separação na corrente de refluxo. A simulação é realizada no estado estacionário utilizando modelo rigoroso de cálculo da coluna. Para sistemas não eletrolíticos foi utilizado o modelo UNIFAC, e para sistemas envolvendo eletrólitos os modelos UNIFAC com adição do termo de Debye-Hückel e UNIFAC-Dortmund. Valores máximos para os desvios absolutos médios de temperatura e de fração molar de etanol na fase vapor foram de 5,51 K e 0,0646, respectivamente. Apesar disso, observou-se que os desvios foram maiores na região de menor concentração de etanol. A simulação da coluna extrativa com glicerol convergiu gerando etanol anidro conforme a especificação, mostrando ser uma prova do conceito de que a aplicação do processo proposto foi bem sucedida. A simulação da destilação extrativa salina apresentou dificuldades de convergência que deverão ser estudadas em futuros trabalhos.

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Bessa, Larissa Castello Branco Almeida 1987. "Integração térmica de colunas de destilação alcóolica multicomponente." [s.n.], 2012. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/255000.

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Abstract:

Orientador: Antonio José de Almeida Meirelles
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos
Made available in DSpace on 2018-08-19T17:38:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bessa_LarissaCastelloBrancoAlmeida_M.pdf: 3274287 bytes, checksum: 0f57997f7783168db1f2649fc09da7f0 (MD5) Previous issue date: 2012
Resumo: Apesar da sua alta demanda energética, a destilação é uma das técnicas de separação de misturas líquidas mais amplamente utilizada no mundo. Com o intuito de melhorar a eficiência térmica deste processo, possibilidades de integração térmica e alternativas para a redução do consumo energético de colunas de destilação constituem sempre um tópico de intensa investigação. Dentre as técnicas de integração térmica, podem-se citar as diferentes possibilidades de se empregar colunas de múltiplo efeito e o uso de bomba de calor. Desta forma, este trabalho visou estudar dois modelos propostos de integração térmica de colunas de destilação para produção de etanol, considerando uma grande quantidade de compostos minoritários a fim de representar as condições reais encontradas em destilarias industriais. As configurações propostas foram analisadas via simulação computacional utilizando-se o software comercial Aspen Plus, da Aspen Technology, Inc., e foram comparadas do ponto de vista de seu desempenho energético, recuperação de etanol e qualidade do produto. O processo foi otimizado utilizando-se planejamento experimental fatorial, associado à análise de superfícies de respostas. Como etapa preliminar deste trabalho, os resultados obtidos do simulador para as configurações atuais de colunas de destilação foram comparados com dados industriais, através da análise por cromatografia gasosa de amostras coletadas em plantas industriais em operação. Apesar de apresentar alguns desvios significativos, de modo geral o simulador comercial conseguiu reproduzir de forma satisfatória o processo de destilação alcoólica industrial. Os dois modelos de integração térmica estudados apresentaram bons resultados, com consumo específico de vapor de 0,995 e 1,431 kg vapor/L álcool hidratado (significando redução de 54 e 33 % no consumo) no processo em duplo efeito tradicional e adaptado, respectivamente. Apesar de apresentar menor redução de consumo energético, na integração em duplo efeito adaptado a diferença de temperatura entre o topo da coluna A e a base da coluna B1 é de 14,3 ºC, exigindo um trocador de calor com menores dimensões que no caso do duplo efeito tradicional, no qual esta diferença é de apenas 5 ºC. Ainda, o vácuo necessário na integração tradicional é maior que na configuração adaptada, o que exige colunas com maiores diâmetros. Por fim, observou-se que os componentes minoritários, em especial os álcoois superiores, exerceram uma grande influência no consumo de vapor do processo
Abstract: Despite its high energetic demand, distillation is one of the most widely used techniques for separating liquid mixtures in the world. In order to improve the energetic efficiency of this process, possibilities of thermal integration and alternatives for reducing the energy consumption of distillation columns are always a topic of intense investigation. Among the techniques of thermal integration, there are different possibilities of employing the multiple effect columns and the use of heat pump. Thus, this work aimed to study two proposed models for thermal integration of distillation columns to produce ethanol, considering a large amount of minor compounds in order to represent the actual conditions found in the industrial mills. Those proposed configurations were analyzed through computer simulation using the commercial software Aspen Plus, from Aspen Technology, Inc., and they were compared regarding their energetic performance, ethanol recovery and final product quality. The process was optimized using experimental factorial design and surface response analysis. As a preliminary step of this work, the results of the simulator for the current distillation columns configurations were compared with industrial data through analysis by gas chromatography of samples collected from mills in operation. Although it has presented some significant deviations, in general the simulator was able to reproduce satisfactorily the industrial process of alcoholic distillation. Both thermally integrated configurations showed good results, with a specific steam consumption of 0.995 and 1.433 kg steam/L hydrated alcohol (reduction in the consumption of 54 and 33 %) in the traditional and adapted double effect process, respectively. Despite the lower reduction in energy consumption, the process in double effect adapted has presented a temperature difference between the top of column A and the bottom of column B1 of 14.3 ºC, requiring a smaller heat exchanger than in the case of traditional double effect process, in which this difference is only 5 ºC. In addition, the necessary vacuum in the traditional double effect process is greater than in the adapted configuration, which requires columns with larger diameters. Finally, it was observed that minor compounds, in special the high alcohols, had a great influence in the steam consumption of the process
Mestrado
Engenharia de Alimentos
Mestre em Engenharia de Alimentos

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Jardim, Herbert Aires Sousa Pereira Magalhães. "Projeto, construção e desenvolvimento metodológico de um aparelho de destilação. Estudo de caso: produção de etanol anidro via destilação extrativa utilizando glicerol." Universidade Federal de São Carlos, 2014. https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4142.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6081.pdf: 3692615 bytes, checksum: c275b7cf71f1d4575f5deeff0b9c56cc (MD5) Previous issue date: 2014-03-18
Universidade Federal de Sao Carlos
Ethanol is a renewable fuel produced from biomass. Starting in 1975, Brazil began a national program to promote ethanol production in large scale, the ProAlcool Programme. In the harvest 2012/13 it was produced 23.64 billion of litters of ethanol, from that 9.85 billion was in anhydrous form. The anhydrous ethanol is mainly used as a gasoline additive. This mix reduces the dependence on fossil fuels, improves the engine performance and reduces the emission of toxic gases. Anydrous ethanol can be produced by azeotropic distillation (cyclohexane), by extractive distillation (mono ethylene glycol) or by molecular sieves technology (zeolytes). The objective of this work was the construction and operation of a distillation apparatus (in a bench scale) with the purpose of evaluating the extractive distillation of hydroalcoholic solutions of ethanol employing glycerol as solvent, in substitution of mono ethylene glycol. The substitution is motivated by several factors indicated by the literature like the biodiesel production growth, whose glycerol is a byproduct; the low toxicity; the superior capacity to promote the relative volatility increase of water-ethanol solution; and the inferior energetic consumption. The column was composed by three glass modules with five perforated plates each module. On the top it was used a glass coil condenser. As reboiler it was used a two litters round bottom boiling flask linked to a heating mantle. The feed of ethanol, solvent (glycerol) and the bottom product withdraw was made with pumps. The distillation system was modelled and simulated in the Aspen Plus software using the RadFrac distillation model and NRTL (non-random two-liquid model) thermodynamic model. Four simulations were made for different ethanol feed compositions (25, 35 and 45 wt %). Three simulations were made without the glycerine feed and one with solvent feed and 35% ethanol feed. The distillation column was operated in total reflux with 0.599 L/h ethanol feed flow and 0.341L/h glycerine feed flow. The systems without the solvent reached a mass purity of ethanol of 94.1% in distillate (45% of ethanol feed). The process with the solvent reached a purity of 99.8% in distillate. The four simulated conditions were experimentally evaluated. The experimental results confirmed that the use of glycerine feed promoted an improvement in separation, reaching distillate purity over 99%. Experiments without the glycerine reached compositions around 90%. Murphree efficiencies were determined in all experiments carried out. For the systems without the solvent the obtained efficiencies were: 45% (25% ethanol feed), 30% (35% ethanol feed), 35% (45% ethanol feed). The system with glycerine feed reached 70% efficiency.
O etanol é um combustível renovável que teve sua produção incentivada no Brasil a partir da implantação do Programa Nacional do Álcool em 1975. Na safra 2012/13 foram produzidos 23,64 bilhões de litros, destes 9,85 bilhões em sua forma anidra. Nesta composição é utilizado como aditivo na gasolina (25% em volume) o que contribui para redução da dependência dos combustíveis fósseis, melhora do desempenho dos motores e diminuição na emissão de gases tóxicos. A produção de etanol anidro pode ser realizada pela destilação azeotrópica (cicloexano), extrativa (monoetilenoglicol) ou por meio do emprego da tecnologia das peneiras moleculares (zeólitas). Este trabalho teve como objetivo a construção e operação de um aparelho de destilação (em escala de bancada) com o objetivo de avaliar a destilação extrativa de soluções hidroalcoólicas de etanol empregando glicerol como solvente em substituição ao monoetilenoglicol. Essa substituição é motivada por diversos fatores apontados pela literatura como o crescimento da produção de biodiesel, que possui como subproduto o glicerol; a menor toxicidade do glicerol em relação ao monoetilenoglicol; a maior capacidade em promover o aumento da volatilidade relativa da solução água-etanol; e o menor consumo energético. A coluna de destilação era composta de três módulos de vidro com cinco pratos perfurados em cada módulo. No topo foi utilizado um condensador de vidro tipo serpentina. Como refervedor foi utilizado balão de fundo redondo de dois litros acoplado a uma manta de aquecimento. A alimentação das correntes de etanol, solvente e a retirada do produto de fundo da coluna foram realizadas por bombas. O sistema de destilação foi simulado no aplicativo Aspen Plus utilizando o bloco RadFrac e o modelo termodinâmico NRTL (Non-random two-liquid model). Foram realizadas quatro simulações variando-se a composição de etanol na corrente de alimentação (25%, 35% e 45% m/m). Três simulações foram feitas sem a alimentação de glicerina e uma simulação com alimentação do solvente e alimentação de etanol de 35%. A simulação representou o processo em refluxo total com vazão de alimentação de etanol de 0,599 L/h e alimentação de glicerina com vazão de 0,341 L/h. As simulações mostraram que para os sistemas sem alimentação de glicerina a máxima pureza mássica de etanol obtida no destilado foi de 94,1% (alimentação com 45% de etanol). Para a operação com alimentação do solvente a pureza obtida no destilado atingiu 99,8%. As quatro condições simuladas foram avaliadas experimentalmente. Os resultados experimentais confirmaram que o uso da alimentação de glicerina promoveu uma melhora na separação, obtendo um destilado com pureza mássica de etanol superior a 99%. Os experimentos sem a presença do solvente atingiram concentrações próximas de 90% no destilado. A eficiência de Murphree foi determinada em cada uma das operações. Para os sistemas sem a presença de solvente, as eficiências obtidas foram de 45% (25% de etanol na alimentação), 30% (35% de etanol na alimentação) e 35% (45% de etanol na alimentação). Para o sistema com alimentação de glicerina a eficiência foi de 70%.

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Silva, Fernando Luiz Gomes da. "Valorização da glicerina como solvente da destilação extrativa para separação de azeótropo etanol-água." Universidade Católica de Pernambuco, 2009. http://www.unicap.br/tede//tde_busca/arquivo.php?codArquivo=196.

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Abstract:

A valorização dos subprodutos como a glicerina e a torta de oleaginosas, originados no processo de produção de biodiesel, tem sido a principal alternativa para tornar esse biocombustível competitivo em relação ao diesel de petróleo. Essa alternativa pode estar associada a uma vantajosa integração de processos, como é o caso de utilização da glicerina como solvente para separação da mistura etanol-água em usinas de álcool. Para isso, estudou-se a utilização da glicerina em substituição ao etilenoglicol, esta última substância de origem fóssil. A glicerina elimina o azeótropo formado pela modificação do equilíbrio líquido-vapor da mistura etanol-água, aumentando a diferença de volatilidade entre esses componentes. Para verificação das condições operacionais adequadas ao processo de destilação extrativa de desidratação do etanol, foram realizados experimentos em escala de laboratório, com auxílio de um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). As variáveis independentes foram a fração molar glicerina/água e o grau de vácuo, este último como forma de se evitar a decomposição térmica da glicerina em acroleína. A análise das superfícies de resposta mostrou que a fração molar glicerina/etanol torna-se adequada acima de 0,4 e que a pressão absoluta do sistema torna-se adequada em torno de 380 mm Hg. Com isto, obteve-se um modelo estatístico de simulação e a previsão de condições adequadas ao processo, para o desenvolvimento de uma tecnologia que privilegie as ações de preservação ao meio ambiente.
The recovery of by-products like glycerin and cake from oilseeds, resulting in the production of biodiesel, has been the main alternative to make this biofuel competitive compared to petroleum and diesel oil. This alternative can be associated with a beneficial integration of processes, such as use of glycerin as a solvent for separation of ethanol-water mixture in plants alcohol. Thus, the use of glycerin in place of ethylene glycol, a substance of fossil origin was tested. The glycerin eliminates the azeotrope formed by modification of the liquid-vapor equilibrium of ethanol-water mixture, increasing the difference in volatility between these components. To verify the operating conditions suitable for the process of extractive distillation for ethanol dehydration, experiments were performed in laboratory scale, using a central composite rotational design (CCRD). The independent variables were the molar fraction glycerol / water and the degree of vacuum, the latter as a way to avoid thermal decomposition of glycerol into acrolein. The analysis of the response surfaces showed that the molar fraction glycerin / ethanol becomes appropriate than 0.4 and the absolute pressure of the system is adequate around 380 mm Hg. In this way it was possible to obtain a statistical model for simulation and prediction of appropriate conditions to the process for developing a technology that prior actions to preserve the environment.

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ARAÚJO, Magno de Souza. "Produção de Etanol Neutro a partir do soro de queijo coalho por destilação convencional." Universidade Federal de Campina Grande, 2013. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/795.

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Abstract:

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-05-23T17:25:40Z No. of bitstreams: 1 MAGNO DE SOUZA ARAÚJO - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2013..pdf: 1004737 bytes, checksum: 823c9cd55043f3a527f64a60fca3efbd (MD5)
Made available in DSpace on 2018-05-23T17:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MAGNO DE SOUZA ARAÚJO - DISSERTAÇÃO PPGSA PROFISSIONAL 2013..pdf: 1004737 bytes, checksum: 823c9cd55043f3a527f64a60fca3efbd (MD5) Previous issue date: 2013-12-16
Devido às questões econômicas e ambientais, as perspectivas de aumento do consumo de etanol conduzem a busca por novas matérias-primas, destacando-se o soro de queijo, que é um resíduo de elevada carga orgânica e de difícil biodegradabilidade, proveniente das fábricas artesanais de queijo. Como a cana-deaçúcar é uma cultura sazonal, uma alternativa recomendável é conferir às usinas produtoras de etanol um caráter polivalente capazes de operar com variedades de matérias-primas potencialmente disponíveis na região, já que uma das preocupações do mundo atual é o suprimento de energia nas próximas décadas. Diante do exposto, este trabalho teve como objetivo a produção do etanol neutro utilizando o soro de queijo “coalho” procedente de queijeira da cidade de Pombal/PB. A primeira etapa deste trabalho consistiu na caracterização da matériaprima e no estudo da fermentação alcoólica utilizando a Saccharomyces cerevisiae através de um planejamento experimental fatorial 22 com três repetições no ponto central para verificar as influências das variáveis de entrada (concentração inicial de sacarose e concentração inicial de inoculo) sobre a resposta produtividade. Na segunda etapa foi realizada a destilação do fermentado e a caracterização do etanol neutro. De acordo com os resultados obtidos, o experimento 4 foi o que apresentou maior produção de etanol, com graduação alcoólica de 9,8°GL. Os efeitos da concentração de levedura, sacarose e da interação entre essas se apresentaram estatisticamente significativos em nível de 95% de confiança, sendo que a concentração de levedura foi à variável de maior influência. O etanol neutro obtido foi analisado quanto ao pH, acidez total, massa específica, condutividade elétrica e teor alcoólico, e atendeu a maioria das especificações técnicas da legislação vigente, com exceção do pH. Os resultados obtidos mostraram que o uso do soro de queijo é visivelmente promissor para a produção de etanol neutro.
Due to economic and environmental issues, the prospects for increased consumption of ethanol leads to search for new raw materials , especially the whey , which is a residue of high organic load and hard biodegradability , from craft factories cheese. As cane sugar is a seasonal crop, a recommendable alternative is to confer on plants producing ethanol polyvalent character capable of operating with varieties of raw materials potentially available in the region, since one of the concerns of the world today is the supply energy in the coming decades. Given the above, this study aimed to the production of neutral ethanol using the whey from cheesemaking founded the city of Pombal / PB "curd". The first step of this work was the characterization of the raw material and the study of alcoholic fermentation using Saccharomyces cerevisiae through a 22 factorial experimental design with three replications at the center point to verify the influences of input variables (initial sucrose concentration and concentration initial inoculum) on the response productivity. In the second stage fermentation and distillation of ethanol neutral characterization was performed. According to the results, the experiment 4 showed the highest ethanol production, with an alcohol content of 9.8 °GL. The effects of concentration of yeast, sucrose and the interaction between these is statistically significant at the 95% level of confidence, whereas the concentration of yeast was the most influential variable. The neutral ethanol obtained was analyzed for pH, total acidity, density, electrical conductivity and alcohol content , and attended most of the technical specifications of the current legislation, except for pH. The results showed that the use of whey is strikingly promising to produce neutral ethanol.

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NUNES, Ícaro Cazé. "Procedimentos de partida aplicados a uma coluna de destilação extrativa para obtenção de etanol anidro." Universidade Federal de Campina Grande, 2015. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/278.

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Abstract:

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-09T21:26:45Z No. of bitstreams: 1 ÍCARO CAZÉ NUNES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1246845 bytes, checksum: 5fd8aea1ce8a8a07ece97288182d8814 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-03-09T21:26:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ÍCARO CAZÉ NUNES - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 1246845 bytes, checksum: 5fd8aea1ce8a8a07ece97288182d8814 (MD5) Previous issue date: 2015-03-30
Devido a sua natureza de transição, a etapa de partida, para um processo de destilação, apresenta uma série de problemas operacionais. Esses problemas interferem quase sempre no tempo necessário para que se atinja o regime permanente e a planta comece a operar conforme desejado. A partir do desenvolvimento de um procedimento de partida adequado, é possível minimizar os transientes envolvidos nesta etapa, reduzindo dessa forma, o tempo empreendido para se alcançar o estado estacionário. O presente trabalho surgiu a partir da observação da literatura técnica consultada, o qual apresenta poucos relatos de estudos sistemáticos sobre estratégias para a redução do tempo de transição na partida de unidades de destilação, mais especificamente, à destilação extrativa. Portanto, este trabalho consistiu em desenvolver, implementar e avaliar procedimentos alternativos para a operação de partida aplicados a uma coluna de destilação extrativa, a qual faz parte do processo de produção de etanol anidro, a partir de uma mistura azeótropica originalmente composta por etanol-água utilizando o etilenoglicol como solvente. Este trabalho teve como objetivo minimizar o tempo necessario para que a coluna extrativa em estudo estabelecesse o regime estacionário. As simulações para representar o modelo de destilação multicomponente foram realizadas nos simuladores comerciais Aspen PlusTM e Aspen Plus DynamicsTM. O trabalho também contemplou a implementação de uma configuração de controle capaz de evitar a formação de transientes no processo, como também realizou o esvaziamento do sistema, resultando em um modelo de coluna vazia e fria a temperatura de 20º C e pressão de 1 bar. Analisaram-se três procedimentos para a operação de partida: alimentando a coluna com a mistura etanol-água e o solvente ao mesmo tempo, alimentando o solvente 0,5 horas após a alimentação da mistura etanol-água e alimentando o solvente 1,0 hora após a alimentação da mistura etanol-água. Como esperado, observa-se que ao alimentar a coluna de destilação com a mistura etanolágua e o solvente ao mesmo tempo, obteve como resultado um tempo para alcançar o estado estacionário menor que os demais.
Due to the nature of the transition the startup of a distillation process has a large number of operational problems. These problems often affect time undertaken for the attainment of the steady state and the plant begins to operate as desired. From the development of an appropriate starting, it is possible to minimize transients involved in this step, thereby reducing the time required to reach steady state. This work arose from the observation of technical literature consulted, which has few reports of systematic studies on strategies to reduce the transition time at the starting distillation units, particularly in terms of extractive distillation. Therefore, this study was to develop, implement and evaluate alternative procedures for starting operation applied to an extractive distillation column which is part of anhydrous ethanol production process, from an originally composed by azeotropic mixture ethanol- water using ethylene glycol as solvent. This study aimed to minimize the time required for the extraction column under study to establish the steady state. The simulations to represent the model of multicomponent distillation were carried out in the commercial simulator Aspen PlusTM and Aspen Plus DynamicsTM. The work also contemplated to implement a control configuration can avoid the formation of transients in the process, but also made the evacuation system, resulting in an empty column model and cold temperature of 20 C and pressure of 1 bar. Three procedures were analyzed for starter operation: feeding the column with the ethanol-water mixture and the solvent while feeding after 0.5 hours the solvent power of ethanol-water mixture, and feeding the solvent 1.0 hours after feeding the ethanol-water mixture. As expected, it was observed that feeding the distillation column with the ethanol-water mixture and the solvent at the same time, the time obtained as a result of transient lower than the others.

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Mezzomo, Henrique. "Destilação extrativa de etanol utilizando glicerol - modelagem termodinâmica, otimização e determinação de uma configuração ótima." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2014. http://hdl.handle.net/10183/118879.

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Abstract:

Etanol é um dos combustíveis renováveis mais importantes e contribui com a redução dos impactos negativos causados pela utilização de combustíveis fósseis por todo o mundo. É obtido principalmente pela fermentação dos açúcares provenientes da cana-de-açúcar e do milho. O produto da fermentação possui aproximadamente 96,5% molar de água, e um dos desafios é a obtenção econômica de um produto com pureza acima dos 99% molar em etanol para a utilização no setor de transporte. O presente trabalho tem por objetivo a otimização do processo de destilação extrativa do etanol utilizando glicerol como agente extrator. Esse solvente é um subproduto no processo de produção do diesel renovável, e estudou-se sua viabilidade como substituto do solvente derivado de fontes naturais não-renováveis, etileno glicol. Vinte e duas diferentes configurações de colunas de destilação simples e complexas foram avaliadas nesta investigação. O recente modelo de coeficientes de atividade F-SAC foi ajustado para a melhor representação de dados de equilíbrio líquido-vapor e de coeficiente de atividade em diluição infinita coletados na literatura. A predição do modelo F-SAC foi superior comparando-se a outros modelos de atividade. A média na diferença absoluta, quando comparado ao modelo NRTL chegou a valores aproximadamente 47% menores. O modelo do processo foi construído em um simulador baseado em equações, onde balanços de massa e de energia são resolvidas simultaneamente, buscando possíveis alterações para a redução do consumo energético e aumento na produtividade. A influência dos principais parâmetros do processo foi avaliada via simulações e descobriu-se que uma configuração e operação ótimas do sistema por destilação extrativa podem gerar significativa redução no consumo energético do processo. A economia em termos energéticos pode atingir valores de até 10% quando comparados com a melhor configuração disponível na literatura.
Ethanol is one of the most important renewable fuels and contributes to reducing the negative impacts caused by the use of fossil fuels worldwide. It is mainly obtained by the fermentation of sugars from sugar cane and corn. The fermentation broth has approximately 96.5% of water molar, and an economic challenge is to obtain a product with purity above 99% of ethanol molar to use in the transportation sector. The present work aims at optimizing the process of extractive distillation of ethanol using glycerol as extracting agent. This solvent is a byproduct in the renewable diesel production and was then studied as an alternative for ethylene glycol, the curently used non-renewable solvent. Twenty-two different configurations of simple and complex column sequences were evaluated in this investigation. The recent F-SAC activity coefficient model was adjusted to the best representation of vapor-liquid equilibrium and infinite dilution activity coefficient data from the literature. The prediction of the F-SAC model was superior when compared with other activity coefficient models. The average absolute difference was up to 47% smaller when compared with the NRTL model. The process model was built on an equation-based simulator, where mass and energy balances are solved simultaneously, looking for possible changes to reduce the energy demands and raise the production. The influence of the main process parameters was evaluated via simulations and we have found that an optimal operation of the system by extractive distillation with glycerol can lead to significant reduction in the energy consumption of the process. The energy savings could reach values up to 10% when compared with the best configuration available in the literature using ethylene glycol as entrainer.

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Pinto, Leonel Teixeira. "Aplicação de colunas de múltiplo-efeito na destilação do sistema etanol-água, economia de energia." Florianópolis, SC, 1987. http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/75416.

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Abstract:

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, CentroTecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção
Made available in DSpace on 2012-10-16T01:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:49:28Z : No. of bitstreams: 1 179376.pdf: 3035743 bytes, checksum: 27f0dd84d8f9fda2dfb0299e8d5fb29c (MD5)

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Ponce, Gustavo Henrique Santos Florês 1985. "Estudo de nova configuração de colunas de destilação aumentando eficiência energética." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266918.

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Abstract:

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Made available in DSpace on 2018-08-18T06:40:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ponce_GustavoHenriqueSantosFlores_M.pdf: 2143696 bytes, checksum: b1a887c5f0e6a50df07854e7fc8a5150 (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: O objetivo dessa dissertação foi o de comparar, através de simulações utilizando o software Aspen Plus® os gastos energéticos de uma coluna de destilação usual com relação a uma Coluna de Destilação com Integração Interna de Calor (CDIIC), para o mesmo fim. A destilação é um processo que consome muita energia sendo que possui uma baixa eficiência energética (em torno de 10%). A CDIIC atua aumentando a temperatura da seção de retificação colocando esta em contato direto com a seção de esgotamento, fazendo-as trocar calor, provendo parte, ou toda energia, necessária a ser adicionada e retirada da coluna. Trata-se de uma recente tecnologia com a vantagem de uma menor degradação energética ao longo da coluna e, conseqüente, maior eficiência. Nas simulações foram realizadas concentrações (em percentual mássico de etanol) de uma mistura de etanol - água a 92,6% a partir da concentração que a mistura de vinho fermentado de-levedurado do processo batelada alimentada contendo 8% em massa. A mistura etanol-água foi estudada porque hoje existe um grande interesse no Brasil em tecnologias que diminuam o seu custo de produção. Sendo a destilação a etapa fundamental do processo de concentração dessa mistura, e a mesma se tratar de um processo que demanda muita energia, o projeto se encaixa justamente na prerrogativa da diminuição dos gastos na obtenção do produto de interesse. Os resultados mostram uma economia energética na coluna CDIIC próxima de 80% com relação à coluna convencional. Por não possuir o valor experimental do coeficiente global para a mistura e este ser essencial para o calculo da troca térmica (assim como a área efetiva de troca térmica) na CDIIC, utilizou-se correlações para seu cálculo, estas tiveram grande enfoque teórico/metodológico no trabalho e influenciaram diretamente nos resultados
Abstract: The objective of this thesis was to compare, through simulations using the software Aspen Plus® energy spent of a usual distillation column with respect to a Internal Heat Integration Distillation Column (i-HIDIC) for the same purpose. Distillation is a process that consumes lots of energy being that has a low efficiency (around 10%). The CDIIC works by increasing the temperature of the rectifying section putting it in direct contact with the stripping section, making the heat exchange, providing some or all energy needed to be added and removed from the column. This is the latest technology with the advantage of a lower energy degradation along the column and, consequently, greater efficiency. In the simulations were conducted concentrations (in mass percentage of ethanol) of a mixture of ethanol - water to 92.6% from the concentration of the mixture of fermented wine without yeast of fed batch process with 8% by weight. The ethanol-water mixture was studied because today there is great interest in Brazil in technologies that reduce their cost of production. As the distillation is the key step in process of concentration in the blend, and the same it is a process that demands lots of energy, the project fits in the reduction of expenses in obtaining the product of interest. The results show an energy economy in the CDIIC column of 80% compared to conventional column. Why not have the experimental value of the overall coefficient of heat transfer for the mix and this is essential for calculating the heat exchange (as well as the effective area of heat exchange) in CDIIC, correlations was used for your calculation, these had highly approach theoretical and methodological at work and directly influence in the results
Mestrado
Desenvolvimento de Processos Químicos
Mestre em Engenharia Química

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Miranda, Helena Sofia Almeida. "Selection of solvents for extrative destillation of ethanol." Master's thesis, Universidade de Aveiro, 2011. http://hdl.handle.net/10773/9252.

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Abstract:

Mestrado em Engenharia Química
Os biocombustiveis têm sido alvo de grandes estudos nos últimos anos devido à escassez do petróleo. O bioetanol é dos biocombustiveis mais produzidos no mundo, contudo o seu processo de purificação torna-se dispendioso na medida em que este só pode ser usado em misturas com combustíveis fósseis se tiver cerca de 99.5% de pureza. Tem-se vindo a estudar alternativas aos solventes usados na destilação extrativa de etanol, de forma a minimizar os custos de operação. Os líquidos iónicos são vistos como uma solução para muitos dos problemas na indústria química num futuro próximo, devido às suas propriedades invulgares. O objetivo desta dissertação é estudar o equilíbrio líquido vapor de sistemas de líquido iónico-etanol ou água. Para o efeito medimos dois sistemas experimentais num ebuliómetro: cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio e cloreto de colina com etanol a três pressões. Usou-se depois o modelo COSMO RS para efectuar a modelação dos dados. Discutem-se os vários factores que influenciam o comportamento dos sistemas.
Biofuels have been an important subject of study, mainly because of petroleum scarcity. Bioethanol is the most used biofuel as alternative to petrol, but the purification cost is high and in order to use bioethanol mixed with hydrocarbons, it needs to be 99.5 % pure. Alternatives for solvents to be used in ethanol’s extractive distillation are being investigated. The ionic liquids are seen as a solution to many of the problems in the chemical industry in the near future, due to their excellent properties. The purpose of this dissertation is to study the behavior of different ionic liquid – ethanol or water systems. This has been achieved through the study of two systems by ebulliometry: 1-butyl-3-methylimidazolium chloride and choline chloride at three different pressures. Finally using COSMO RS, the modeling of the experimental data was made. Are also discussed several factors that influence the behavior of those systems.

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Ketzer, Felipe. "MODELAGEM, SIMULAÇÃO E CONTROLE DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO APROPRIADAS À PRODUÇÃO DE ETANOL EM PEQUENA ESCALA." Universidade Federal de Santa Maria, 2013. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/7963.

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Abstract:

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
The environmental liabilities that are faced by fossil fuel industry motivate the search for renewable energy sources. Although Brazil is the second largest world producer of bioethanol, the current production deficit is expected to go up by 2015. In this direction, it is utmost important to widen the ethanol feedstock cultivated area, as well as expanding the number of production units of this biofuel. Small ethanol plants emerge as an interesting alternative for the decentralization of production. However, the design and operation of such plants require high efficiency to enable their operation. This work presents the study of modeling, simulation and control of a batch distillation column for the separation of binary mixture ethanol-water to produce hydrous ethanol fuel with a concentration between 95.1% (v/v) and 96% (v/v), according to ANP specifications. The distillation column, located at the Polytechnic College of the Federal University of Santa Maria, was used as basis for the fundamental modeling which was performed using the software EMSO. Different models of phase equilibria were analyzed, being the Van Laar model for calculating the activity coefficient of the mixture in the liquid phase, coupled with ideal vapor mixture model, the one that have shown the best results. In this study, different control strategies were also proposed and evaluated to keep the top product concentration on the ANP specification for hydrous ethanol fuel. The chosen control algorithm was the Proportional Integral designed with discrete linear parametric models and through different tuning methods found in the literature. Robustness and performance criteria were used to select the best controller. Three process variables, candidates to be the manipulated variable of the control strategy, were compared: heating steam flow rate of reboiler, cooling water flow rate of pre-condenser and reflux ratio. The results have shown that the most efficient strategy was the one in which the flow of cooling water flow rate of pre-condenser was used as the manipulated variable. Besides ensuring that concentration is kept quite close to the azeotrope formed by ethanol-water mixture, another advantage of this variable in a control strategy is to allow the production of a high hydrous ethanol fuel.
O passivo ambiental enfrentado pela indústria de combustíveis fósseis motiva a busca por fontes renováveis de energia. Embora o Brasil seja o segundo maior produtor de etanol mundial, há um déficit produtivo cuja tendência é aumentar até 2015. Nesse sentido, é muito importante ampliar as áreas de cultivo de matérias prima do etanol, bem como aumentar o número de unidades de produção deste biocombustível. Miniusinas de etanol surgem como uma alternativa interessante para a descentralização da produção, porém sua concepção e operação necessitam de grande eficiência para viabilizar o funcionamento. Este trabalho apresenta o estudo da modelagem, simulação e controle de uma coluna de destilação descontínua para a separação da mistura binária etanol-água com o objetivo de produzir etanol hidratado combustível, com concentração entre 95,1% (v/v) e 96% (v/v), conforme especificações da ANP. A coluna de destilação, localizada no Colégio Politécnico da Universidade Federal de Santa Maria, serviu de base para a modelagem fundamental, a qual foi efetuada com o uso do software EMSO. Foram analisados diferentes modelos de equilíbrio de fases, dentre os quais o modelo de Van Laar para o cálculo do coeficiente de atividade da mistura em fase líquida, aliado ao modelo de mistura vapor ideal, foi o que apresentou os melhores resultados. Neste estudo, também foram avaliadas diferentes estratégias de controle para manter a concentração do produto de topo dentro da especificação do etanol hidratado combustível exigida pela ANP. O algoritmo de controle escolhido foi o Proporcional Integral projetado com modelos paramétricos discretos lineares e através de diferentes métodos de sintonia existentes na literatura. Critérios de robustez e desempenho foram usados para a escolha do melhor controlador. Três variáveis de processo candidatas à variável manipulada na estratégia de controle foram comparadas: vazão de vapor de aquecimento no destilador, da vazão de água de resfriamento no pré-condensador e razão de refluxo. Os resultados mostraram que a estratégia mais eficiente foi aquela em que a vazão de água de resfriamento no pré-condensador foi usada como variável manipulada. Além de garantir que concentração seja mantida muito próxima a do azeótropo formado pela mistura etanol-água, a manipulação desta variável permite que uma maior quantidade de etanol hidratado combustível seja produzida.

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Jaimes, Figueroa Jaiver Efren 1986. "Análise e otimização do processo de obtenção de etanol anidro, empregando líquidos iônicos." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266843.

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Abstract:

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Made available in DSpace on 2018-08-18T13:50:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JaimesFigueroa_JaiverEfren_M.pdf: 4284661 bytes, checksum: 5b7383def90a5143160bc892b406c75c (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: A produção de etanol a partir da cana de açúcar é uma tecnologia dominada completamente pelo Brasil porém, encontra-se na etapa de intensificação, otimização e inovação. O etanol pode ser produzido como hidratado ou anidro, sendo necessário, para produção deste último, um processo posterior de desidratação. Existem inúmeros processos de desidratação, dentre dos quais a destilação extrativa é um dos mais simples de realizar. A destilação extrativa usa um solvente para modificar o equilíbrio líquido-vapor, permitindo quebrar o azeótropo etanol/água que impede que a desidratação seja feita por destilação convencional. O solvente de extração é de grande importância, dele depende a facilidade com que vai ser feita a separação, a quantidade a ser utilizada e o requerimento energético do processo. Nesse contexto, aparecem os líquidos iônicos, que são apresentados como ótimos solventes potenciais de extração; um líquido iônico (LI) é um sal composto por um cátion orgânico com pelo menos uma carga deslocada e um ânion inorgânico; sua estrutura evita que se forme uma rede cristalina estável, resultando em solventes líquidos altamente iônicos com temperaturas de fusão inferiores a 100 °C e com insignificante pressão de vapor. Os LI são principalmente usados em substituição aos solventes convencionais, podendo ser uma alternativa para diminuir a poluição ambiental, evitando a emissão de componentes orgânicos voláteis ao meio ambiente. Com a justificativa anterior, o objetivo desta dissertação foi analisar e otimizar o processo de obtenção de etanol anidro a partir da mistura etanol + água de composição pré-azeotrópica, empregando líquidos iônicos (LI), visando avaliar seu potencial; os LI estudados foram: 1-butil-3-metilimidazólio cloreto, 1-butil-3-metilimidazólio metilsulfato, 1-butil-3-metilimidazólio acetato, 1-butil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato, 1-butil-3-metilimidazólio dicianamida, 1-etil-3-metilimidazólio cloreto, 1-etil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato, 1-hexil-3-metilimidazólio cloreto. Neste trabalho foi encontrado o requerimento energético e a quantidade de LI a ser empregado para obter os valores máximos de pureza e porcentagens de recuperação de etanol e água. A influência das condições de operação e desenho utilizadas, tais como fração de etanol na alimentação, relação LI:alimentação, temperatura da alimentação e do LI de reposição, quantidade de estágios, relação molar de refluxo, estágio de alimentação e vazão molar de destilado da coluna de recuperação de etanol e de purificação de LI, foram analisadas empregando o simulador comercial Aspen Plus e, otimizadas empregando a técnica de delineamento de experimentos. Todos os LI estudados apresentaram capacidade de desidratar o etanol, elevando sua concentração de pré até pós-azeotropia, obtendo-se pureza de etanol maiores que 0,995 em massa. Além disso, dependendo do LI utilizado, o processo atinge porcentagens de recuperação de etanol e água, em média, de 98% e 74%, respectivamente. Na definição do modelo para o coeficiente de atividade do equilíbrio ternário líquido vapor da mistura etanol + água + LI foram testados o NRTL e UNIQUAC, chegando-se à conclusão de que o equilíbrio representado pelo modelo de NRTL é o mais adequado
Abstract: The production of ethanol from sugar cane is a technology led and dominated by Brazil. However, it is still in a stage of optimization and innovation. Ethanol can be produced in a hydrated or dehydrated state, but the latter requires an additional process to the conventional distillation. There are numerous dehydration processes that can be implemented, but the extractive distillation is one of the most simple. Extractive distillation uses a solvent that modifies the liquid-vapor equilibrium and eliminates the presence of the ethanol-water azeotrope that prevents the use of conventional distillation for the dehydration process. The solvent for the extraction is of great importance since it dictates the degree of separation and the energy requirements for the process. In this context, ionic liquids are considered since they have been presented as excellent solvents for extraction. An ionic liquid (IL) is a salt formed by an organic cation with at least one delocalized charge, and an inorganic anion. The structure of the ionic liquids prevents the formation of a stable crystalline net, resulting in highly ionic liquid solvents that have melting points below 100 ºC and negligible vapor pressures. With those characteristics, ionic liquids can be a replacement for conventional solvents offering alternatives for the decrease of the environmental impact by preventing the emissions of volatile compounds to the environment. With the previous justification, the objective of this master dissertation was to analyze and optimize the process of obtaining anhydrous ethanol from a mixture ethanol + water with pre-azeotropic composition by using ionic liquids; and also to evaluate their performance in this application to evaluate its potential. Ionic liquids were studied: 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium methylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexil-3-methylimidazolium chloride. In this work, the minimum energy requirement and the amount of ionic liquid needed to obtain maximum ethanol purity and maximum recovery of ethanol and water exiting the process were found. The influence of the design and operation conditions used, such as the ethanol composition in the feed, the IL/feed ratio, the temperature of the feed and the IL, the number of plates, the reflux molar ratio and the distilled flux in the columns of purification of ethanol and recovery of ionic liquids were studied using the commercial simulator ASPEN PLUS, and optimized by utilization of the design of experiments (DOE) technique. All the ionic liquids used were able to dehydrate the ethanol, increasing its concentration from pre to post azeotrope, generating ethanol with purity above 0.995 in mass. In addition to that, depending on the ionic liquid used, the process reached average water and ethanol recoveries of 98% and 74% respectively. In the definition of the model for the activity coefficient in the ternary vapor-liquid equilibrium of the ethanol-water-IL mixtures, the models NRTL and UNIQUAC were studied concluding that the NRTL model was the most adequate
Mestrado
Desenvolvimento de Processos Químicos
Mestre em Engenharia Química

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Gehlen, Cindi de Oliveira. "IMPLEMENTAÇÃO DE UMA ESTRUTURA DE CONTROLE INDIRETO DA CONCETRAÇÃO DE ETANOL EM UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO HÍBRIDA." Universidade Federal de Santa Maria, 2013. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/7958.

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Abstract:

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
The unit operation of distillation demands the largest amount of energy in the ethanol separation. It is of utmost interest to minimize the energy expended in the process, playing the control an important role on this task. Here a Proportional-Integral- Derivative (PID) controller is proposed to ensure the fuel ethanol composition at desired value, i. e., above 92,5°INPM as the same time as save energy through the minimal use of reboiler power. It is well known that the composition analyzers are expensive and have a high response time. Due to such limitation, we have developed an inference model in which the product composition is inferred from the product temperature and thermodynamics relations, enabling the monitoring and the indirect control a posteriori of this variable. In addition, the inference of composition allows defining the reference value of product temperature which ensures the fuel ethanol production at desired composition. The chosen control structure takes into account the reference value of product temperature as set-point of a SISO (Single Input Single Output) controller, i. e., the product ethanol composition is indirectly controlled by the direct control of product temperature. The control design depends on a good dynamic model between the manipulated variable (reboiler power) and the controlled variable (product temperature). Such relationship was obtained by process data identification with discrete parametric models, being Output Error and ARMAX the models with the best performance. Several tuning methods were compared for the controller design. Among these methods, the Internal Model Control (IMC) has presented the best relationship between robustness and performance to be used in the distillation process of this study. Finally, the proposed controller was validated in the process and the results have shown its good performance to obtain the product composition at desired value. Thus, we can conclude that the proposed controller, through the simple PID control strategy, performed as expected within the limitations of available instrumentation and the process particularities.
A operação unitária de destilação exige uma grande quantidade de energia na separação de etanol. É de extremo interesse minimizar a energia gasta no processo e, nesta tarefa, o controle desempenha um papel importante. Neste trabalho, um controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) é proposto para assegurar a concentração de etanol combustível no valor desejado, isto é, próximo de 92º INPM, assim como economizar energia através do mínimo consumo energético no refervedor. É bem conhecido que os analisadores de concentração apresentam um alto custo e tem um tempo de resposta elevado. Devido a estas limitações foi desenvolvido um modelo de inferência no qual a concentração do produto é inferida através da combinação entre a temperatura do produto e relações termodinâmicas, proporcionando o monitoramento e, posteriormente, o controle indireto desta variável. Além disso, a inferência da concentração permite definir o valor de referência da temperatura do produto que assegure a produção de etanol na concentração desejada. A estrutura de controle escolhida leva em consideração o valor de referência da temperatura do produto, como ponto de ajuste do controlador SISO (Single Input Single Output) e, deste modo, a concentração de etanol no produto é controlada indiretamente pelo controle direto da temperatura do produto. O projeto do controlador depende de um bom modelo dinâmico entre a variável manipulada (potência do refervedor) e a variável controlada (temperatura do produto). Esta relação foi obtida por meio da identificação de dados do processo com modelos paramétricos discretos, sendo que o Output Error e o ARMAX os modelos que apresentaram o melhor desempenho. Vários métodos de sintonia foram comparados para o projeto do controlador. Entre estes métodos, o Internal Model Control (IMC) apresentou a melhor relação entre a robustez e o desempenho para ser utilizado no processo de destilação em estudo. A seguir, o controlador proposto foi validado no processo e os resultados mostraram o seu bom desempenho na obtenção da composição do produto no valor desejado. Pode-se concluir que o controlador PID proposto apresentou o desempenho esperado, dentro das limitações da instrumentação disponível e das particularidades do processo.

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RAMOS, Wagner Brandão. "Avaliação doefeito do teor de solvente e da integração térmica no controle do processo de obtenção de Etanol Anidro via destilação extrativa." Universidade Federal de Campina Grande, 2016. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/300.

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Abstract:

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-19T17:03:38Z No. of bitstreams: 1 WAGNER BRANDÃO RAMOS - TESE PPGEQ 2016..pdf: 17733872 bytes, checksum: 5e6f59ac00a4f15f43c3f335dc3b2075 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-03-19T17:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WAGNER BRANDÃO RAMOS - TESE PPGEQ 2016..pdf: 17733872 bytes, checksum: 5e6f59ac00a4f15f43c3f335dc3b2075 (MD5) Previous issue date: 2016-08-22
Capes
A destilação extrativa é um método bastante utilizado em indústrias alcooleiras para se obter etanol anidro, cujo processo é composto por duas colunas de destilação, onde a primeira coluna (coluna de destilação extrativa) tem como função desidratar o etanol e a segunda coluna (coluna de recuperação) recuperar o solvente utilizado no processo. Colunas de destilação são responsáveis por um consumo bastante elevado de energia em uma planta e, por isso, diversos métodos de otimização têm sido publicados na literatura, cujos resultados propõem mudanças nas condições operacionais e design do sistema. Além da necessidade de que este sistema opere em condições ótimas, também é necessário se obter um sistema de controle eficiente e que seja capaz de manter o etanol anidro produzido dentro da especificação desejada, mesmo diante distúrbios que ocorrem normalmente neste processo. Sendo assim, o tema deste trabalho surgiu da união destes dois pontos importantes, otimização e controle, no qual o objetivo é estudar o comportamento dinâmico e o controle do processo de destilação extrativa para obtenção de etanol anidro, utilizando etileno glicol como solvente e com integração térmica entre correntes do processo. Sob este escopo, traçou-se objetivos específicos inexistentes na literatura consultada, que são as influências da integração térmica, do teor de solvente e do grau de pureza de etanol anidro que se deseja obter sobre o controle de sistemas de destilação extrativa. Os resultados mostram que o teor de solvente e a presença da integração térmica causam desvios na composição do produto de interesse (etanol anidro), em comparação com o processo sem integração térmica, quando ocorrem distúrbios na alimentação para o mesmo sistema de controle. O grau de pureza de etanol anidro que se deseja obter também causa influência no controle da pureza. De maneira geral, estes efeitos se apresentaram de forma mais acentuada nos casos em que o sistema opera com alto teor de solvente (condição que representa menor consumo energético). Sendo assim, foram propostas modificações no esquema de controle, proporcionando melhores resultados para estes casos.
Extractive distillation is a method widely used in the alcohol industry to obtain anhydrous ethanol, which process consists of two distillation columns where the first column (extractive distillation column) has the function to dehydrate ethanol and the second column (recovery column) recovers the solvent used in the process. Distillation columns are responsible for a very high energy consumption in a plant and thus various methods of optimization, which results suggest changes in operating conditions and system design, have been published in the literature. In addition to the need for this system to operate in optimum conditions, it is also necessary to provide an efficient control system that is able to maintain anhydrous ethanol produced within the desired specification even after the disturbances that normally occur in this process. Thus, the theme of this work arose from the union of these two important points, optimization and control, in which the goal is to study the dynamic behavior and the control of the extractive distillation process for obtaining anhydrous ethanol, using ethylene glycol as a solvent and thermal integration between process streams. Under this scope, specific objectives nonexistent in the literature were drawn, which are the influences of thermal integration, solvent content and the degree of purity of anhydrous ethanol to be obtained on the control of extractive distillation systems. The results show that the solvent content and the presence of thermal integration causes deviations in the product composition of interest (anhydrous ethanol) compared to the process without heat integration, when disturbances occur in the feed for the same control system. The degree of purity of anhydrous ethanol to be obtained also causes influence over controllability. Generally, these effects are exhibited more markedly when the system operates with high solvent content (optimum operating point). So changes were proposed for the control scheme, providing better results for these cases.

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Calais, Mariana Leme de. "Simulação e otimização do processo de conversão catalítica do gás de síntese em etanol." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266928.

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Abstract:

Orientador: Rubens Maciel Filho
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Made available in DSpace on 2018-08-17T16:51:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calais_MarianaLemede_M.pdf: 1444067 bytes, checksum: dffb5a92d67e1e3f44dfbd1423240a8b (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: Apesar da forte dependência do petróleo para fins energéticos e em indústrias de base e transformação, existe uma constante discussão em torno da instabilidade e riscos em mantê-lo como uma das principais matrizes energéticas de um país. Fatores como os recentes aumentos no preço do petróleo, as perspectivas de esgotamento das reservas, os riscos geopolíticos decorrentes da dependência de países politicamente instáveis e compromissos mais sólidos com a questão ambiental contribuem para essa discussão. Nesse cenário, o etanol vem consolidando a sua posição de destaque no mercado mundial. As atenções voltadas para o etanol não estão restritas somente a sua aplicação como combustível, mas incorpora também o etanol grau químico, fonte de matérias-primas utilizadas em diversos setores da indústria de transformação. Considerando a importância e a variada gama de utilização do etanol, o desenvolvimento de rotas alternativas de produção é essencial para suprir a sua crescente demanda. Uma rota promissora para obtenção do etanol é através da conversão catalítica do syngas, uma mistura de gases constituída por monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrogênio. Muitos estudos têm sido desenvolvidos nas últimas décadas visando melhorias no processo com o intuito de aumentar a eficiência da produção de etanol e, assim, tornar este processo competitivo e economicamente viável. O presente trabalho apresenta um levantamento bibliográfico com os principais tópicos disponíveis na literatura sobre o processo de conversão catalítica do syngas em etanol, com especial foco na síntese direta. Com o intuito de contribuir cientificamente com trabalhos em desenvolvimento na área, é proposto um processo para a obtenção de etanol hidratado e anidro a partir da conversão catalítica do syngas. O processo foi estudado através de simulação computacional e desenvolvido no software comercial Aspen Hysys® com o intuito de prever o comportamento do processo com base nas cinéticas das reações de hidrogenação de monóxido de carbono disponíveis na literatura. As simulações permitiram avaliar o impacto de variáveis operacionais e de projeto no desempenho do processo
Abstract: Despite of the strong dependence on oil for energy production and as feedstock for several important industrial processes, there is a constant discussion about the instability and risks in keeping it as a major source of energy in a country. Factors such as the increase of oil prices, forecasted depletion of reserves, geopolitical risks arising from oil dependence on politically unstable countries and stronger commitment to environmental issues contribute to this discussion. In this context, the ethanol has consolidated its position of prominence in the global market. Interests on the ethanol are on fuel field as well as in the manufacturing industry as a source of raw material. Based on the importance and the wide range of ethanol applications, it is necessary alternative routes of production in order to attend the growing demand. A promising route for obtaining ethanol is through the catalytic conversion of syngas, defined as a mixture of gases consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. Several studies have been developed in recent years in order to increase the efficiency of ethanol production and, thus, make this process competitive and economically feasible. In this work, it is presented a review with the main topics available in the published literature about the process of catalytic conversion of syngas into ethanol, with special focus on the direct synthesis. It is proposed a process for obtaining hydrated and anhydrous ethanol from the catalytic conversion of syngas. It was presented a computer study approach realized in the Aspen Hysys® commercial software in order to predict the behavior of the process based on the kinetics of the hydrogenation reactions of carbon monoxide available in the literature. Simulations allowed to evaluate the impact of operating conditions and design variables on the process performance
Mestrado
Desenvolvimento de Processos Químicos
Mestre em Engenharia Química

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Ligero, Eliana Luci 1968. "Estudo de processos de produção de etanol anidro através da destilação extrativa salina com recuperação do agente de separação." [s.n.], 1999. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266320.

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Abstract:

Orientador: Teresa Massako Kakuta Ravagnani
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Made available in DSpace on 2018-07-25T00:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ligero_ElianaLuci_D.pdf: 9703979 bytes, checksum: 40e23491829a8944f02860d5215c525f (MD5) Previous issue date: 1999
Resumo: : Uma técnica amplamente utilizada na produção de etanol é a destilação azeotrópica benzeno, cuja propriedade cancerígena é bastante conhecida. Um processo alternativo, ecologicamente viável, é a destilação extrativa salina. O emprego de um sal solúvel na desidratação do etanol possibilita uma redução no consumo energético, além de produzir um etanol livre do agente de separação. Uma etapa importante na produção de etanol anidro através da destilação extrativa salina é a recuperação do sal para posterior reutilização na coluna de destilação. Dois fluxogramas de processos foram propostos para a produção de etanol anidro através da destilação extrativa com acetato de potássio, os quais diferem basicamente na etapa de produção do etanol. Em um dos processo, a alimentação aquosa diluída de etanol é submetida diretamente à destilação extrativa com acetato de potássio, sendo que a recuperação do sal é realizada num sistema de evaporação de múltiplo efeito e numa câmara de secagem ¿spray¿. No segundo processo, a alimentação de etanol é submetida à pré-concentração numa coluna de destilação sem sal e posteriormente submetida à destilação salina, sendo que a recuperação do acetato de potássio é realizada unicamente numa câmara de secagem ¿spray¿. Os equipamentos utilizados nos processo foram simulados individualmente e conectados entre si para a simulação global da planta... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital
Abstract: One technique has been used largely in production of anhydrous ethanol is azeotropic distillation with benzene, which carcinogenic properties are well-known. An alternative process, ecologically viable, is extractive distillation by salt effect. The use of a soluble salt in dehydration of ethanol allows a reduction in energy requirement, besides producing en ethanol free of separating agent. An important stage in the production of anhydrous ethanol by extractive distillation with salt is the salt recovery to be reused in the distillation column. Two process flowsheets were proposed to the production of anhydrous ethanol by extractive distillation with potassium acetate, which differ basically in ethanol production stage. In one of these processes, the aqueous dilute ethanol feed is submitted directly to extractive distillation with potassium acetate and the recuperation of the salt is realized in a multiple effect evaporation system and in a spray dryer. In the other process, the ethanol feed is submitted to preconcentration in a distillation column free of salt and afterwads submitted to salt distillation and the recuperation of the potassium acetate is realized solely in a spray dryer. The equipament utilized in processes were simulated individually and connected among themselves in order to proceed the global simulation of the plant... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations
Doutorado
Sistemas de Processos Quimicos e Informatica
Doutor em Engenharia Química

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Alves, Moisés 1983. "Simulação do processo de destilação extrativa usando liquido iônico e o modelo de não equilíbrio na desidratação do etanol." [s.n.], 2014. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266068.

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Abstract:

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Carlos Eduardo Vaz Rossell
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química
Made available in DSpace on 2018-08-26T10:10:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_Moises_D.pdf: 2341942 bytes, checksum: 15b4471c1a44c4b51fad94e70bd4ebc4 (MD5) Previous issue date: 2014
Resumo: Neste trabalho, realizou-se o estudo da produção de etanol anidro por meio do processo de destilação extrativa, tomando por base uma usina sucroalcooleira que processa 15000 toneladas de cana por dia. Utilizou-se como ferramenta computacional o software Aspen Plus®, o qual possui recursos computacionais que permitem compatibilizar as simulações com processos reais. Nas simulações deste trabalho foram utilizados os solventes monoetilenoglicol e o líquido iônico cloreto de 1- metilimidazólio, assim como os modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio. Os resultados da análise de sensibilidade para utilização do solvente monoetilenoglicol na coluna de destilação extrativa, em alta temperatura, apresentou economia de até 0,04 kg de vapor/litro de etanol anidro e de 0,37 kg de vapor/litro de etanol anidro ao alimentar o etanol hidratado produzido em colunas de destilação diretamente em colunas extrativas, sem estocagem e sem necessidade de aquecimento deste etanol hidratado. As colunas de destilação extrativa e de recuperação, do processo de destilação extrativa, apresentaram eficiências globais de 71,68% e 64,25%, respectivamente, segundo a correlação de O¿Connell. Foi realizado o estudo do consumo energético em colunas que operavam com pressões de 1,0 atm, 0,7 atm, 0,5 atm e 0,3 atm produzindo etanol anidro com fração mássica de 0,997. Os resultados mostraram que as colunas que operam em pressões menores que a atmosférica apresentaram redução na razão de refluxo em mais de 4,5 vezes e redução no consumo de vapor de 39,62%. Ao comparar o consumo de vapor em sistema que utiliza coluna extrativa e de recuperação, com pressão de 1,0 atm ou com pressão de 0,3 atm, foi constatado que a redução na pressão de operação das colunas gerou um excedente de vapor de 1,845 MWh. Os resultados também mostraram que o consumo de energia de uma bomba de vácuo necessária para gerar baixa pressão em colunas extrativa e de recuperação é menor que 1,5% para os diferentes níveis de pressão. O estudo com o solvente líquido iônico cloreto de 1-metilimidazólio apresentou redução mássica de utilização do solvente igual a 41,16%, demonstrado por meio da razão S/F igual a 0,353 para o líquido iônico e de 0,60 para o monoetilenoglicol. O estudo com o cloreto de 1-metilimidazólio mostrou a redução do consumo de vapor no processo em 27,3%, em relação ao solvente monoetilenoglicol, somadas as colunas extrativa e de recuperação. Foi realizada a simulação do modelo de não equilíbrio, levando em consideração parâmetros específicos das bandejas. Os resultados mostraram que a energia consumida no modelo de estágios de não equilíbrio apresentou aumento de 92,5% em relação ao modelo estágio de equilíbrio
Abstract: In this work, the study of the production of anhydrous ethanol by means of the extractive distillation process was carried out, based on a sugar and alcohol plant that processes 15,000 tons of sugar cane per day. The software Aspen Plus® was used as a computational tool, which has computational resources that adapt the simulations with real processes. In this study¿s simulations monoethylene glycol and the ionic liquid 1- methylimidazolium were used as solvents, as well as models of equilibrium and nonequilibrium. The results of the sensitivity analyses when using monoethylene glycol as the solvent, in the extractive distillation column, at high temperature, showed savings of up to 0.04 kg of steam / liter of anhydrous ethanol, and 0.37 kg of steam / liter of anhydrous ethanol when feeding the hydrous ethanol produced in the distillation columns directly into the extractive columns without the need for storage and of heating that hydrous ethanol. The extractive distillation and recovery columns, of the extractive distillation process, have shown overall efficiencies of 71.68% and 64.25%, respectively, according to the O'Connell correlation. We have conducted the study of energy consumption in columns operating at pressures of 1.0 atm, 0.7 atm, 0.5 atm and 0.3 atm producing anhydrous ethanol with a mass fraction of 0.997. The results have shown that the columns operating at pressures lesser than the atmospheric one decreased the reflux ratio more than 4.5 times, and the steam consumption by 39.62%. When comparing the steam consumption in the system using an extraction and recovery column, with a pressure of 1.0 atm or a pressure of 0.3 atm, it was found that the reduction in the column operating pressure generated 1.845 MWh of steam surplus. The results have also shown that the power consumption of a vacuum pump needed to generate a low-pressure in the extraction and recovery columns is lesser than 1.5% for different levels of pressure. The study of the ionic liquid solvent 1-methylimidazolium chloride had a mass reduction of solvent usage equal to 41.16%, shown by the S / F ratio equal to 0.353 for the ionic liquid and 0.60 for MEG. The study with 1-methylimidazolium chloride revealed that the steam consumption reduction in the process is 27.3%, compared to the monoethylene glycol solvent, combining the extraction and recovery columns. The simulation model of the non-equilibrium has been carried out taking into account specific parameters of the trays. The results showed that the power consumption in the nonequilibrium stage model displayed an increase of 92.5% compared to the equilibrium stage model.
Doutorado
Engenharia de Processos
Doutor em Engenharia Química

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Oliveira, Gladson Cintra de. "Aplicação de técnicas de CFD no estudo da eficiência de estágio em colunas de destilação para produção de etanol." Universidade Federal de São Carlos, 2014. https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4139.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6010.pdf: 3960363 bytes, checksum: bb924b69a99f6fe80ceb63d34a17b457 (MD5) Previous issue date: 2014-03-17
Universidade Federal de Sao Carlos
Distillation is one of the most important and used separation techniques of components at industrial level, applied in a wide range of processes. Its great importance is due to the capacity of purify components of a mixture using the volatility difference among them as driving force. However, this technique represents 40% of the total energy consumption of an industrial facility. Nowadays, with the necessity of rethink the energetic use owing to the massive usage of natural resources, new regulations of pollutant emissions, environmental issues and market competition; the enhancement of the distillation process has become essential to the refineries, petrochemicals and a variety of other sectors of the industry. Empirical studies about the flow dynamics in distillation columns are rare due to the large dimensions of this equipment and the high investment, including measurement instrumentation. This lack of experimental data makes difficult the appropriate understanding of the mechanisms that occur in this equipment, as flow patterns and degree of separation, as well as the relation between both. Nevertheless, to improve the distillation process performance is necessary to deeply know the dynamics of the multiphase flow existing on each tray of the column, where the contact between the phases indeed happens. In this study, was proposed the computational simulation of sieve trays of distillation columns using CFD s tools (Computational Fluid Dynamics). The main aim was to conceive a model capable to predict the hydrodynamics and the more volatile component transfer between the liquid and the vapor. Furthermore, the regions that possibly interfere on obtaining higher efficiencies were pointed out. For that, tridimensional, transient and multiphase models with the Euler- Euler framework were used. The main results show liquid velocity profiles, volumetric fraction, clear liquid height, mass fraction and efficiency. The results presented agreement with the literature. In general, the fluid dynamics results obtained here highlight the significance of the application of models that represent the complex behavior existing on sieve trays, since this crucially influence in the separation degree of the process. The CFD evidenced to be and valuable tool to study this sort of flow on columns internals and can be applied in the design and optimization of those equipment.
A destilação é uma das mais importantes técnicas de separação de componentes empregada a nível industrial nos mais diversos processos. Sua suma importância dá-se na capacidade de purificar componentes de uma mistura utilizando a diferença de volatilidade entre eles como força motriz. Entretanto, trata-se de uma técnica que representa cerca de 40% da energia consumida em uma planta industrial. Atualmente, com a necessidade de se repensar o uso energético, com as novas políticas de emissão de poluentes, da preocupação com o ambiente e a concorrência de mercado; o aperfeiçoamento do processo de destilação tem se tornado essencial para as refinarias, petroquímicas e diversos setores da indústria. Estudos empíricos sobre o escoamento em colunas de destilação são raros, em parte devido às grandes dimensões destes aparelhos e ao alto investimento em equipamentos e instrumentos de medição. Esta carência de dados experimentais dificulta o entendimento adequado dos mecanismos que ocorrem neste equipamento, como os padrões de escoamento e o grau de separação, assim como a relação entre estes dois. Contudo, para que se possa melhorar o processo destilatório, é necessário conhecer a fundo a dinâmica do escoamento multifásico existente em cada prato da coluna, onde de fato ocorre o contato íntimo entre as fases. Neste estudo, foi proposta a simulação computacional de pratos perfurados de colunas de destilação usando ferramentas de CFD (Computational Fluid Dynamics). O principal objetivo foi conceber um modelo capaz de prever a hidrodinâmica do prato e a transferência do componente mais volátil entre o líquido e o vapor. Além do mais, foram apontadas as regiões no prato que possivelmente interferem na obtenção de maiores eficiências de estágio. Para isso, foram usados modelos 3D, transientes e multifásicos com abordagem Euler-Euler. Os principais resultados mostram os perfis de velocidade, fração volumétrica, altura de líquido claro, fração mássica e eficiência, os quais apresentaram concordância quando comparados com a literatura. Em geral, os resultados fluidodinâmicos obtidos neste estudo ressaltam a importância da aplicação de modelos que representem o complexo comportamento encontrado em pratos perfurados, já que estes influenciam decisivamente no grau de separação do processo. CFD demonstrou ser uma ferramenta valiosa para estudar o fluxo em internos de torres de destilação e pode ser aplicado para projeto e otimização destes equipamentos.

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VASCONCELOS, Angela Lucínia Urtiga. "Desenvolvimento e avaliação de partida de um sistema de colunas de destilação termicamente acopladas para a obtenção do Etanol Anidro." Universidade Federal de Campina Grande, 2015. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/293.

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Abstract:

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-16T18:20:30Z No. of bitstreams: 1 ANGELA LUCÍNIA URTIGA VASCONCELOS - TESE PPGEQ 2015..pdf: 3505212 bytes, checksum: 24fcdf4a2acef884f73f1502723a100d (MD5)
Made available in DSpace on 2018-03-16T18:20:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANGELA LUCÍNIA URTIGA VASCONCELOS - TESE PPGEQ 2015..pdf: 3505212 bytes, checksum: 24fcdf4a2acef884f73f1502723a100d (MD5) Previous issue date: 2015-08
Capes
As operações de processos químicos periodicamente são interrompidas para realização de procedimentos de manutenção preventiva e/ou corretiva nos equipamentos que fazem parte do processo. Após a parada e as etapas do comissionamento dos equipamentos, dá-se início a operação de partida. A operação de partida dos processos químicos, em especial das colunas de destilação, é uma das etapas mais complexas observadas na prática industrial. O procedimento de partida de uma coluna de destilação pode levar desde algumas horas até dias para atingir o estado estacionário. Quanto maior o tempo necessário para que a operação da coluna alcance o regime estacionário, maior será a quantidade de produtos fora de especificação e maior será o consumo de energia, o que eleva os custos da operação. Embora a operação de partida seja uma etapa de extrema importância nas plantas químicas, ainda é pouco o número de pesquisas realizadas com relação a esse tema. Além disso, não foi encontrado na literatura consultada nenhum trabalho sobre a operação de partida dos sistemas de colunas de destilação termicamente acopladas. O sistema estudado consiste de duas colunas de destilação interconectadas por duas correntes, uma corrente no estado vapor e outra no estado líquido, onde uma das colunas é do tipo extrativa, utilizada para a separação da mistura azeotrópica etanol-água, e a outra é uma coluna de recuperação do solvente etilenoglicol. O presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de procedimento de partida para o sistema de destilação extrativa termicamente acoplado estudado. Foi avaliado o comportamento dinâmico do sistema durante a operação de partida, bem como o efeito da variação do perfil da vazão do vapor de aquecimento no refervedor sobre o tempo total da partida, do efeito da composição da corrente de alimentação da coluna de recuperação sobre o tempo total da partida e do efeito do instante de alimentação do solvente na coluna extrativa sobre o tempo total da partida. A partir dos resultados e das análises realizadas, foi observado que a coluna de recuperação é quem demanda mais tempo para que a operação de partida do sistema seja concluída, logo quanto menor a quantidade de etanol que é alimentada na coluna de recuperação, menor o tempo total da partida do sistema. Foi observado também, que o solvente deve ser alimentado desde o início da operação de partida, pois quanto mais tardia a alimentação do solvente na coluna extrativa, maior é o tempo total da partida.
Preventive and/or corrective maintenance procedures in equipment’s process operations provoke periodically shut down in the plants. After the maintenance and commissioning step conclusions, initiate the equipment’s startup operation. The start-up operation of chemical processes, in particular distillation columns, is one of the most complex operations in industrial practice. The start-up procedure of a distillation column occurs in few hours or can to wait days to reach steady state. The longer the time required for the operation of the column reaches the steady state, the greater the amount of off-spec product and greater energy consumption. Therefore, the starting operation has a significant impact on operating costs. Although the startup operation is a step of great importance in chemical plants, still is little the number of researches performed with respect to this subject. Moreover, the literature focuses on startup conventional distillation columns. To fill this gap, this work focused startup distillation column thermally coupled. The system studied consists of two distillation columns. One of the columns is extractive distillation type used for separating the azeotropic mixture ethanol-water. The other is a solvent recovery column. The two column is interconnected by two streams. A stream is in vapor phase, and the another stream is in liquid phase. The dynamic behavior of the system was evaluated during the startup operation in a reference configuration. Then was studied the effect of varying the heating steam flow profile in the reboiler, the effect of the feed stream composition of the recovery column and the effect of the start solvent feed extraction column in the total startup time. From the results obtained, it was observed that the recovery column is responsible for most of the time required for completion of the starting. The smaller the amount of ethanol fed to the recovery column, the lower the total time of system startup. It was also observed that the solvent should be fed since the beginning of the start-up operation, because the later the feed of the solvent in the extractive column, the greater the total start-up time.

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Mayer, Flávio Dias. "PRODUÇÃO DE ÁLCOOL COMBUSTÍVEL EM PEQUENA ESCALA: DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA DE DESTILAÇÃO APROPRIADA." Universidade Federal de Santa Maria, 2010. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/7946.

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Abstract:

The small scale fuel ethanol production faces serious problems of inefficiency inherent to the process. The yield increase in distillation step presents a promising way to guarantee technical and economical feasibility to microdistilleries. As the general objective, it is proposed a different still, a hybrid miscellaneous of plates and packing, in stripping and rectifying sections respectively, and as a specific objective, to explore the best technical features of each tower internals. The studied prototype consists of one glass constructed continuous operation bench still, divided in 3 modules of 190cm effective height and a 4cm internal diameter; two modules filled with Raschig rings and one module as vigreux type. Tests were performed under total reflux, and later in continuous operation. In total reflux, the number of transfer units and the height of transfer unit were determined, referred to liquid and gas phases. The obtained values were approximately and respectively: 11,6 and 10,3; and 0,1847cm and 0,1632cm. The theoretical stages number was determined using four different methods that allowed evaluate the height equivalent to a theoretical plate. Standing out is the method proposed by Katayama, whose values were closer to the number and height transfer unit, 9,18 and 0,1733m respectively. Subsequently, seven experiments were performed (A, B, C, D, E, F and G) in continuous operation, differ only on their variable rate of vaporization, in order to assess their influence in the still operating performance (minimal distillated ethanol concentration - 83,04% mol, and maximum bottom ethanol concentration 0,196% mol, operational capacity and energetic factor). Therefore experiment C showed the lowest reflux ratio (2,293)and the highest energy factor (1,342), besides complying the concentration limits for the distillate (83,14% mol) and bottom product (0,16% mol). By comparing the experiments of higher (A 84,24% mol) and lower (E 82,82% mol) distillate concentration was concluded that, in order to obtain a small gain in distillate concentration (1,71%), it was necessary an increase of 226,07% in the A reflux ratio compared to E experiment, resulting in an increase of 51,38% in specific energy consumption. Thereby the A energetic factor experiment was approximately 50% smaller. It can be stated that these results prove the technical feasibility of proposed miscellaneous still, with wide application in microdistillaries.
A produção de álcool combustível em pequena escala, até 25L.h-1, enfrenta sérios problemas relativos à ineficiência inerentes a seus processos. O aumento de rendimento na etapa de destilação apresenta-se como uma maneira promissora de viabilizar técnica e economicamente as microdestilarias. Sendo esse o objetivo geral, propõe-se um destilador diferenciado, um misto composto de pratos e recheios, respectivamente nas seções de esgotamento e retificação, e como objetivo especifico, aproveitar as melhores características de cada um desses internos de torre. O protótipo estudado consiste de um destilador de bancada, construído em vidro, em regime de operação contínuo e dividido em três módulos, com altura efetiva total de 190 cm e diâmetro interno de 4cm; dois módulos preenchidos com anéis de Raschig e um módulo do tipo vigreux. Foram realizados testes em refluxo total e, posteriormente, em regime contínuo. Em refluxo total determinou-se o número de unidades de transferência e a altura da unidade de transferência, referidas às fases líquida e gasosa. Os valores obtidos foram aproximada e respectivamente: 11,6 e 10,3; e 0,1847 cm e 0,1632 cm. O número de estágios teóricos foi determinado utilizando-se quatro diferentes métodos, que permitiram avaliar a altura equivalente ao prato teórico. Destaca-se o método proposto por Katayama, cujos valores obtidos se aproximaram mais do número e altura das unidades de transferência, 9,18 e 0,1733m, respectivamente. Posteriormente foram executados sete experimentos (A, B, C, D, E, F e G), em regime contínuo, diferenciados entre si pela variação na taxa de evaporação, de maneira a permitir avaliar sua influência no desempenho operacional do destilador (concentração de etanol no destilado (mínimo igual a 83,04% mol) e no produto de fundo (máximo igual a 0,196% mol), capacidade operacional e fator energético). Assim, o experimento C apresentou a menor razão de refluxo (2,293) e o maior fator energético (1,342), além de respeitar os limites de concentração para o destilado (83,14% mol) e para o produto de fundo (0,16% mol). Através da comparação entre os experimentos de maior (A 84,24% mol) e menor (E 82,82% mol) concentração do destilado foi possível verificar que, a fim de obter-se um pequeno ganho na concentração do destilado (1,71%), foi necessário um aumento de 226,07% na razão de refluxo de A em relação a E, resultando em um aumento no consumo específico de energia de 51,38%. Assim, o fator energético foi aproximadamente 50% menor para o experimento A. Pode-se afirmar que esses resultados comprovam a viabilidade técnica da proposta desse sistema misto de destilação, com grande aplicabilidade nas microdestilarias.

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Batista, Fabio Rodolfo Miguel 1978. "Estudo do processo de destilação alcoolica continua : simulação de plantas industriais de produção de alcool hidratado, alcool neutro e cachaça." [s.n.], 2008. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/254867.

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Abstract:

Orientador: Antonio Jose de Almeida Meirelles
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos
Made available in DSpace on 2018-08-10T19:35:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_FabioRodolfoMiguel_M.pdf: 1838684 bytes, checksum: 5205db338c9fdc61b200ef4036426bca (MD5) Previous issue date: 2008
Resumo: Do processo de industrialização da cana-de-açúcar, obtêm-se diversos produtos de importância econômica para o país como o álcool (anidro e hidratado) e a cachaça. Com o advento do PROÁLCOOL, a produção alcooleira ganhou um grande impulso, fazendo com que o país, em pouco tempo, se tornasse o maior produtor e exportador mundial de álcool combustível. Levando-se em conta a importância econômica do etanol, bem como a grande aceitabilidade da cachaça no mercado externo e interno, esse trabalho tem por objetivo estudar, por simulação computacional, um sistema típico de produção de álcool hidratado e neutro, visando a otimização do primeiro, bem como a produção de cachaça por meio contínuo. Todo o trabalho foi conduzido com auxílio do simulador comercial Aspen Plus 12.1. Tanto para a simulação da produção de álcool hidratado como de cachaça, foi considerado um vinho com uma grande quantidade de componentes, a fim de representar, o mais fielmente possível, o processo industrial. Com o auxílio da ferramenta de planejamento experimental, buscou-se otimizar uma configuração industrial típica para produção de álcool hidratado. Variaram-se alguns parâmetros de controle das colunas envolvidas, identificando quais desses parâmetros eram estatisticamente significativos, sendo os mesmo utilizados em seguida em um planejamento experimental completo. Como resultado, não se verificou grandes diferenças em relação à configuração padrão, obtendo-se um álcool com 93,1 %, em massa, de teor alcoólico; 96,96 % de recuperação de etanol como álcool de primeira e 2,82 % como álcool de segunda; 105 mg/kg de teor de etanol na flegmaça e vinhaça e um consumo total de vapor de 2,02 kg de vapor por litro de álcool produzido. Posteriormente, investigou-se a produção de álcool neutro, produto utilizado na indústria de alimentos, a partir da planta otimizada de álcool hidratado. No que se refere à produção contínua de cachaça, foi estudada a influência do refluxo e da vazão de cachaça na coluna, sobre os principais contaminantes da mesma, além de se estudar o papel da degasagem no controle de qualidade da bebida
Abstract: The sugar cane has a key role in the Brazilian economy. In the process of industrialization of this product, it is possible to get a large number of products of fundamental economic importance like sugar, alcohol (anhydrous and hydrated) and Cachaça. With the advent of PROALCOOL, in the seventies and eighties, the production of alcohol grew to the point of making Brazil the world largest producer and exporter of this fuel. Nowadays, with the global call for the design of an alternative fuel to oil, the production of alcohol gains an even greater weight in the Brazilian economy. Bearing in mind the economic importance of ethanol, and the large acceptability of cachaça in the external and internal market, this work aims to study, by computer simulation, a typical system for the production of hydrated alcohol and neutral alcohol, with the objective of optimization of the process for hydrated alcohol, and study the production of cachaça by continuous distillation. All the work was conducted with the help of the commercial simulator Aspen Plus 12.1. Both for the simulation of the production of hydrated alcohol as cachaça, a wine was considered with a lot of minor components, in order to represent, as faithfully as possible, the industrial process. With the aid of the tool of experimental design, some parameters for control of the columns involved, as number of trays, reflux ratio was investigated being selected those parameters which showed statistically significant for a full experimental planning. As a result, wasn¿t find big differences in relation of default configuration, obtaining a product with 93.1% by weight of ethanol concentration; 97 % of ethanol recovery as first quality alcohol and 2,86 % as second quality alcohol; 105 mg/kg of concentration of ethanol in flegmaça and stillage, and a total consumption of steam 2.02 kg of steam per liter of alcohol produced. After it, was investigated the production of neutral alcohol, a product used in the manufacturing of alcoholic bevarages. For the continuous production of cachaça, it was studied the influence of reflux and the flow of cachaça on the main contaminants of this product. In addition, it was studied the role of degasing in quality control of cachaça
Mestrado
Mestre em Engenharia de Alimentos

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SILVA, Lucas Rodrigo Custódio. "Uso da energia solar nos processos de lixiviação e destilação aplicados à produção sustentável de óleos vegetais." Universidade Federal do Triângulo Mineiro, 2018. http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/603.

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Abstract:

O apelo por processos mais limpos em aspectos econômicos e ambientais são desafios na busca de metodologias que atinjam a sustentabilidade na produção dos mais diversos gêneros englobando conceitos que vão da minimização de resíduos a substituição de matrizes energéticas. Neste mesmo cenário, a demanda por óleos vegetais tem se intensificado em virtude do crescimento do mercado oleoquímico nos segmentos de biocombustíveis, alimentos, fármacos e cosméticos. Nas diversas nuances da sustentabilidade, a energia solar vem se destacando por representar uma fonte não poluente e praticamente inesgotável da Terra com grande potencial de aproveitamento. Este trabalho teve como objetivo principal estudar o uso da energia solar nos processos de lixiviação e destilação, associados à obtenção de óleos de amendoim, coco e baru. Na extração, o solvente é aquecido e percola as partículas do material contido no interior de um leito fixo. Foram utilizados nos experimentos dois modelos de concentradores solares para o aquecimento do solvente etanol hidratado combustível, sendo um de formato cilíndrico-parabólico e outro de geometria biangular de doze lados. Para os testes, foram variadas as vazões de alimentação do solvente em 15, 25 e 35 mL/min, sendo a de 25 mL/min que apresentou melhor hidrodinâmica em todas as extrações. O protótipo biangular alcançou uma eficiência 15,34% maior que o primeiro na extração do óleo de amendoim, quando comparado o rendimento com o Soxhlet. Para as extrações com o coco e o baru foram empregues duas granulometrias diferentes em cada e o concentrador biangular atingiu eficiência de 70,88% e 89,24%, respectivamente para a menor granulometria avaliada. A destilação solar foi utilizada na recuperação do solvente resultante da miscela. Os testes em batelada revelaram como sendo 0,16 cm a altura ideal para melhor taxa de evaporação. Tal valor permitiu projetar um modelo de alimentação continua para que o destilador operasse sempre próximo a faixa de altura calculada. Nos processos em batelada e continuo, a destilação alcançou respectivamente 84,2% e 75,58% de rendimento na coleta de destilado e, em contrapartida, 26,86 % e 44,22% de eficiência térmica. Foram obtidos dados do INMET para analisar a influência das condições meteorológicas.
The requirement for cleaner processes in economic and environmental aspects are challenges in the search for methodologies that achieve sustainability in the production of the most diverse genres, encompassing concepts ranging from waste minimization to substitution of energy matrices. In this same scenario, the demand for vegetable oils has intensified due to the growth of the oleochemical market in the biofuel, food, pharmaceutical and cosmetic segments. In the various nuances of sustainability, solar energy has stood out because it represents a nonpolluting and virtually inexhaustible source of the Earth with great potential of use. The main objective of this work was to study the use of solar energy in the leaching and distillation processes associated with obtaining peanut, coconut and baru oils. Upon extraction, the solvent is heated and percolates the particles of the material contained within a fixed bed. Two models of solar concentrators for the heating of the hydrous ethanol fuel solvent were used, one of parabolic-cylindrical shape and the other of twelve-sided biangular geometry. For the tests, the solvent feed rates were varied at 15, 25 and 35 mL/min, with 25 mL/min that presented better hydrodynamics at all extractions. The biangular prototype achieved a 15.34% greater efficiency than the first one in the extraction of the peanut oil, when compared the yield with the Soxhlet. For the extraction with the coconut and the baru two different granulometries were used in each one and the biangular concentrator reached efficiency of 70.88% and 89.24%, respectively, for the smaller granulometry evaluated. Solar distillation was used to recover the solvent resulting from miscella. The batch tests revealed to be 0.16 cm the ideal height for better evaporation rate. This value allowed the design of a continuous feed model so that the distiller always operated near the calculated height range. In the batch and continuous processes, distillation reached 84.2% and 75.58%, respectively, in the distillate collection and, in contrast, 26.86% and 44.22% of thermal efficiency. INMET data were obtained to analyze the influence of meteorological conditions.
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

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Schettert, Giseane Fumagalli. "DESEMPENHO DE UMA COLUNA DE DESTILAÇÃO, FRENTE À VARIAÇÃO DAS CONCENTRAÇÕES E VAZÕES DE ALIMENTAÇÃO UTILIZANDO-SE SOLUÇÃO HIDROALCOÓLICA PADRONIZADA." Universidade Federal de Santa Maria, 2012. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/7972.

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Abstract:

In Brazil, especially in Rio Grande do Sul, there is a significant increase in ethanol production in small scale, i.e. in micro distilleries. These small-scale distilleries benefit small farmers, decentralize ethanol production and are based on the economic, social and environmental issue, but they do not hold enough technology that enables high performance in their processes, especially in the distillation stage. View of all this, it has developed this work, which aims to study the performance of a distillation column in permanent regime, developed and built at the Laboratory for Post-Graduate Processes Engineering using as feed a commercial ethanol solution and water, varying the concentration and the input flow into the column. It was opted for a standardized solution in order to achieve free results from interference by possible impurities. The concentration and flow of feed were set as independent variables and their limits established respectively in 5 and 9 °GL (% by volume) and 1848-4385 g/h. The concentrations of the distillate and of the bottom product were defined as dependent variables. Eleven tests were carried out according to the methodology of planning of experiments by using a central composite rotatable delineation, with triplicate at the central point. Three samples of distillate and bottom product were collected in flasks with lids, at intervals of fifteen minutes. Data were tabulated in spreadsheets from excel. Statistical analysis, using the software Statistica 7th version, was performed to evaluate whether the parameters: ethanol concentration and input flow of feed product interfere in the obtaining ethanol in patterns determined by ANP Resolution n°. 7, February 9th, 2011, i.e., Hydrous Ethanol Fuel (HEF) with ethanol concentration between 92.5 - 93.8°INPM. It was observed that, for the distillate, feed concentration and input flow, both in the quadratic form, are significant, i.e., there is the influence of these two variables in the obtaining of ethanol with higher alcoholic strength, but it was not able to reach the standard established by resolution of ANP. For the bottom product, it was found that neither concentration nor the input flow influence in their alcoholic concentration, possibly by design of the studied column.
No Brasil, principalmente no Rio Grande do Sul, há um aumento significativo na produção de etanol em pequena escala, ou seja, em microdestilarias. Essas microdestilarias beneficiam os pequenos agricultores, descentralizam a produção de etanol e tem como base a questão econômica, social e ambiental; porém não detêm tecnologia suficiente que permita um alto rendimento nos seus processos, em especial na etapa de destilação. Diante de tudo isso, desenvolveu-se este trabalho, que tem o propósito de estudar o desempenho de uma coluna de destilação em regime permanente, desenvolvida e construída no Laboratório de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, utilizando como alimentação uma solução de etanol comercial e água, variando a concentração e a vazão de entrada na coluna. Optou-se por uma solução padronizada a fim de se alcançar resultados livres da interferência de possíveis impurezas. A concentração e a vazão de alimentação foram definidas como variáveis independentes e seus limites estabelecidos respectivamente em 5 e 9 °GL (% em volume) e 1848-4385 kg/h. As concentrações do destilado e do produto de fundo foram definidas como variáveis dependentes. Foram realizados onze ensaios de acordo com a metodologia de planejamento de experimentos, através da utilização de um delineamento composto central rotacional, com triplicata no ponto central. Foram coletadas, em frascos com tampa, três amostras de destilado e produto de fundo, em intervalos de quinze minutos. Os dados foram tabulados em planilhas do excel. A análise estatística, através do programa Statistica versão 7, foi realizada para avaliar se os parâmetros teor alcoólico e vazão de entrada do produto de alimentação interferem na obtenção de etanol nos padrões determinados pela Resolução ANP nº 7, de 9 de fevereiro de 2011, ou seja, Etanol Hidratado Combustível (EHC) com teor alcoólico entre 92,5-93,8 °INPM. Observou-se que, para o destilado, a concentração de alimentação e a vazão de alimentação, ambas na forma quadrática, são significativas, isto é, há a influência dessas duas variáveis na obtenção de etanol com maior teor alcoólico, porém não se conseguiu alcançar o padrão estabelecido pela Resolução da ANP. Para o produto de fundo, constatou-se que nem a concentração, nem a vazão de alimentação influenciam no seu teor alcoólico, possivelmente pelo desenho da coluna estudada.

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QUEIRÓZ, Vital de Sousa. "Obtenção de etanol líquido neutro a partir dos resíduos (cabeça e cauda) oriundos da fabricação de cachaça por processo de destilação convencional e assistido por micro-ondas para obtenção de álcool gel." Universidade Federal de Campina Grande, 2013. http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/1198.

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Abstract:

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-19T11:37:34Z No. of bitstreams: 1 VITAL DE SOUSA QUEIROZ - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 2991038 bytes, checksum: 89890a58847930a71c73378d3a43b91e (MD5)
Made available in DSpace on 2018-07-19T11:37:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VITAL DE SOUSA QUEIROZ - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 2991038 bytes, checksum: 89890a58847930a71c73378d3a43b91e (MD5) Previous issue date: 2013-11-12
Com o advento da globalização tecnológica, o ideal para as empresas industriais é processar matéria(s)-prima(s) com o seu aproveitamento integral para agregar mais lucratividade a cadeia produtiva e ser mais competitividade no mercado. O presente trabalho teve como objetivo, desenvolver o processo de aproveitamento dos resíduos (cabeça e cauda) oriundos da fabricação de cachaça de alambique para obtenção de etanol líquido neutro por processo de destilação convencional e por um inovador processo de destilação assistido por micro-ondas, para obtenção de álcool gel a 70°INPM. Neste trabalho, foi estudada a cinética dos processos destilatórios das misturas dos resíduos, com concentração de 40°GL, 42,5°GL, 45°GL, 47,5°GL e 50°GL nos dois sistemas de destilação, variando a temperatura de aquecimento em 90°C, 92°C, 94°C, 96°C, 99°C e 100°C onde foram definidos parâmetros como temperatura ideal de aquecimento dos sistemas, taxa de aquecimento, graduação alcoólica do etanol líquido destilado e rendimento do processo, assim como, o ajuste da formulação tradicional de obtenção de etanol gel usando etanol extraído dos resíduos. No processo destilatório, usando radiação micro-onda como agente de aquecimento, foi utilizado um microdestilador a micro-ondas desenvolvido para esse fim, mantendo-se os mesmos parâmetros da metodologia definida para a destilação convencional. Os resíduos, o álcool líquido extraído e o etanol gel antisséptico produzido foram caracterizados por métodos físicos e físico-químicos como densimetria, ebuliometria, cromatografia gasosa e viscosimetria. Os resultados obtidos mostraram que, o etanol extraído dos resíduos atende as especificações técnicas estabelecidas pela ANVISA (Agencia Nacional de Vigilância Sanitária) para produção de etanol gel antisséptico a 70°INPM e a faixa de temperatura ideal de trabalho em ambos destiladores é de 99°C - 100°C. O etanol gel antisséptico, obtido dos resíduos, apresentou características físicas e físico-químicas semelhante ao etanol gel tradicional e quanto ao seu custo/benefício, mostrou expressiva vantagem econômica do ponto de vista de custo com consumo de material e de preço do produto no mercado em comparação ao álcool gel tradicional.
With the advent of technological globalization, ideal for industrial companies is to process assessment (s) material (s) with your full time to educating the supply chain profitability and be more competitive in the market recovery. This study aimed to develop the process for recovery of waste (head and tail) deriving from the manufacture of cachaça to obtain neutral liquid ethanol by conventional distillation process and an innovative distillation process assisted by microwave, to obtain alcohol gel at 70 ° INPM. In this work , we studied the kinetics of processes destilatórios mixtures of wastes with concentration of 40°GL, 42.5°GL, 45GL°, 47.5° and 50°GL in both distillation systems, varying the temperature heating at 90°C, 92°C, 94°C, 96°C, 99°C and 100°C which defined parameters, such as temperature optimum heating systems, heating rate, ethanol alcoholic distillate yield and process, as well as adjusting the traditional formulation of obtaining ethanol from ethanol gel using waste. In the process distillatory using radiation microwaves as the heating agent, was used a microwave microdestilador developed for this purpose, keeping the same parameters as defined methodology to conventional distillation. Waste, liquid alcohol antiseptic gel extracted and ethanol produced were characterized by physical and physico-chemical as densitometry, ebuliometria, gas chromatography and viscometry. The results showed that the ethanol extract of the waste meets the technical specifications established by ANVISA ( National Health Surveillance Agency ) for ethanol antiseptic gel to 70°INPM ideal temperature range and work in both stills is 99°C - 100°C. Ethanol antiseptic gel , obtained from waste, presented physical and physical-chemical properties similar to ethanol gel and traditional terms of their cost / benefit ratio, showed significant economic advantage from the standpoint of cost material consumption and price of the product on the market compared to the traditional alcohol gel.

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Barnabé, Daniela [UNESP]. "Produção de vinho de uvas dos cultivares Niágara Rosada e Bordô: análises físico-químicas, sensorial e recuperação de etanol a partir do bagaço." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2006. http://hdl.handle.net/11449/101708.

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Abstract:

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-08-11Bitstream added on 2014-06-13T19:20:45Z : No. of bitstreams: 1 barnabe_d_dr_botfca.pdf: 421954 bytes, checksum: 00837329442dbd515e4e1dfbd8b39eb7 (MD5)
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
Universidade Estadual Paulista (UNESP)
A atividade vitivinícola brasileira tem como característica a pequena propriedade, o uso de mão de obra familiar e a produção de vinho de mesa comum. No entanto, poucos são os estudos realizados com vinho de mesa comum, apesar dos produtos originários de uvas americanas ou híbridas representarem mais de 80% do vinho produzido no país. Este trabalho foi realizado em conjunto com pequenos produtores de vinho do município de Lençóis Paulista/SP, que produzem vinhos de cultivares americanos (Niágara principalmente). A produção de vinho de mesa comum utilizando uvas Niágara Rosada e Bordô, a caracterização físico-química e sensorial da bebida, e a recuperação de etanol a partir do bagaço das uvas foram os objetivos deste trabalho. A vinificação foi conduzida com maceração das cascas, sendo que cada cultivar foi processado individualmente. Os tratamentos foram constituídos por cortes (misturas), em proporções variadas, de vinhos dos dois cultivares de uva. O bagaço obtido foi destilado em alambique simples, e em seguida redestilado para recuperação do etanol. A análise sensorial foi composta por teste de aceitação, utilizando-se escala hedônica, e análise descritiva quantitativa dos vinhos. A utilização do vinho de uva Bordô para cortes com vinho de Niágara Rosada permitiu a obtenção de uma bebida com características físico-químicas mais equilibradas em relação à acidez, teores de extrato seco e extrato seco reduzido, relação álcool/extrato seco reduzido, conteúdo de polifenóis e coloração. No teste de aceitação não houve diferença estatística significativa (p£0,05) na aceitação global, sabor e aroma dos diferentes tratamentos, embora a aceitação em IX relação à aparência tenha sido maior nos tratamentos com maior intensidade de coloração...
The Brazilian winegrowing activity is characterized by small properties, family labor, and table wine production. However, there are few studies on table wine, despite more than 80% of the country s wine production originates from American or hybrid grapes. This study was accomplished with small wine producers from Lençóis Paulista/SP who produce wine from American grapes (mainly Niagara). Table wine production from Niagara Rosada and Bordô grapes, their physicochemical and sensorial characterization, and the ethanol recovery from pomace were the aims of this study. Wine production was conducted with skin maceration with each variety being individually processed. The treatments were the varied proportional assemblage of both wines. Pomace was distilled in a simple copper still, and after redistilled for ethanol recovery. Sensorial analysis was performed by the acceptance test, using the XI hedonic scale, and quantitative descriptive wine analysis. The use of Bordô wine for assemblage with Niagara Rosada wine resulted in a beverage with more balanced physicochemical characteristics concerning acidity, dry extract content, and reduced dry extract, alcohol/reduced dry extract relation, polyphenol content, and coloration. There was no significant statistical difference (p£0,05) in the acceptance test as for global acceptance, flavor, and aroma of different treatments, although the appearance acceptance was higher for more intense coloration treatments. In quantitative descriptive analysis, 13 descriptive terms were chosen to describe similarities and differences between samples: red and golden-yellow coloration, transparency, grape, alcohol, artificial grape and acid aromas, acid taste, dry, grape juice and alcohol flavor, astringency, and body. The used descriptors were adequate for sample discrimination, except the alcohol aroma... (Complete abstract, click electronic access below)

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Barnabé, Daniela 1976. "Produção de vinho de uvas dos cultivares Niágara Rosada e Bordô : análises físico-químicas, sensorial e recuperação de etanol a partir do bagaço /." Botucatu, [s.n.], 2006. http://hdl.handle.net/11449/101708.

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Resumo: A atividade vitivinícola brasileira tem como característica a pequena propriedade, o uso de mão de obra familiar e a produção de vinho de mesa comum. No entanto, poucos são os estudos realizados com vinho de mesa comum, apesar dos produtos originários de uvas americanas ou híbridas representarem mais de 80% do vinho produzido no país. Este trabalho foi realizado em conjunto com pequenos produtores de vinho do município de Lençóis Paulista/SP, que produzem vinhos de cultivares americanos (Niágara principalmente). A produção de vinho de mesa comum utilizando uvas Niágara Rosada e Bordô, a caracterização físico-química e sensorial da bebida, e a recuperação de etanol a partir do bagaço das uvas foram os objetivos deste trabalho. A vinificação foi conduzida com maceração das cascas, sendo que cada cultivar foi processado individualmente. Os tratamentos foram constituídos por cortes (misturas), em proporções variadas, de vinhos dos dois cultivares de uva. O bagaço obtido foi destilado em alambique simples, e em seguida redestilado para recuperação do etanol. A análise sensorial foi composta por teste de aceitação, utilizando-se escala hedônica, e análise descritiva quantitativa dos vinhos. A utilização do vinho de uva Bordô para cortes com vinho de Niágara Rosada permitiu a obtenção de uma bebida com características físico-químicas mais equilibradas em relação à acidez, teores de extrato seco e extrato seco reduzido, relação álcool/extrato seco reduzido, conteúdo de polifenóis e coloração. No teste de aceitação não houve diferença estatística significativa (p£0,05) na aceitação global, sabor e aroma dos diferentes tratamentos, embora a aceitação em IX relação à aparência tenha sido maior nos tratamentos com maior intensidade de coloração... (Resumo completo, clicar acesso eletrônio abaixo)
Abstract: The Brazilian winegrowing activity is characterized by small properties, family labor, and table wine production. However, there are few studies on table wine, despite more than 80% of the countrys wine production originates from American or hybrid grapes. This study was accomplished with small wine producers from Lençóis Paulista/SP who produce wine from American grapes (mainly Niagara). Table wine production from Niagara Rosada and Bordô grapes, their physicochemical and sensorial characterization, and the ethanol recovery from pomace were the aims of this study. Wine production was conducted with skin maceration with each variety being individually processed. The treatments were the varied proportional assemblage of both wines. Pomace was distilled in a simple copper still, and after redistilled for ethanol recovery. Sensorial analysis was performed by the acceptance test, using the XI hedonic scale, and quantitative descriptive wine analysis. The use of Bordô wine for assemblage with Niagara Rosada wine resulted in a beverage with more balanced physicochemical characteristics concerning acidity, dry extract content, and reduced dry extract, alcohol/reduced dry extract relation, polyphenol content, and coloration. There was no significant statistical difference (p£0,05) in the acceptance test as for global acceptance, flavor, and aroma of different treatments, although the appearance acceptance was higher for more intense coloration treatments. In quantitative descriptive analysis, 13 descriptive terms were chosen to describe similarities and differences between samples: red and golden-yellow coloration, transparency, grape, alcohol, artificial grape and acid aromas, acid taste, dry, grape juice and alcohol flavor, astringency, and body. The used descriptors were adequate for sample discrimination, except the alcohol aroma... (Complete abstract, click electronic access below)
Orientador: Waldemar Gastoni Venturini Filho
Coorientador: Helena Maria André Bolini
Banca: José Santo Goldoni
Banca: Regina Marta Evangelista
Banca: Antonio Joaquim de Oliveira
Banca: Marta Helena Fillet Spoto
Doutor

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Dias, Marina Oliveira de Souza. "Simulação do processo de produção de etanol a partir do açucar e do bagaço, visando a integração do processo e a maximização da produção de energia e excedentes do bagaço." [s.n.], 2008. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/266223.

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Abstract:

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Carlos Eduardo Vaz Rossell
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Made available in DSpace on 2018-08-11T20:59:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_MarinaOliveiradeSouza_M.pdf: 13614518 bytes, checksum: 8a7fafce0407822a32d8f9833a1d2d86 (MD5) Previous issue date: 2008
Resumo: O objetivo desta dissertação é apresentar a descrição e a simulação de processos de produção de etanol a partir do caldo e do bagaço da cana-de-açúcar, visando o levantamento do consumo de energia destes processos. Foram consideradas melhor ias no processo convencional de produção de etanol a partir do caldo, tais como a realização de eficientes tratamento e esterilização do caldo, a condução da fermentação a temperaturas mais baixas (28°C) do que as utilizadas atuamente, o estudo de configuração de destilação duplo efeito e a otimização de processos de desidratação para produção de etanol anidro. O processo de produção de etanol a partir do bagaço da cana-de-açúcar é baseado em um processo de hidrólise do tipo Organosolv com ácido diluído em três etapas: pré-hidrólise da hemicelulose, deslignificação Organosolv e hidrólise da celulose. Considerando-se a utilização de 70 % do bagaço gerado nas moendas como matéria prima do processo de hidrólise estudado, seria possível aumentar a produção de etanol em cerca de 17 %, considerando somente a fermentação das hexoses obtidas a partir da celulose do bagaço. A realização do processo de hidrólise leva a um aumento do consumo de energia do processo, que pode ser compensado pela otimização do processo convencional de produção .de etanol a partir do caldo da cana-de-açúcar, do aproveitamento da palha e de subprodutos do processo de hidrólise como a lignina, e da integração térmica do processo integrado, que utiliza caldo e bagaço como matéria prima para produção de etanol. O equacionamento do consumo energético da produção integrada de etanol a partir da cana-de-açúcar e do bagaço de cana-de-açúcar constitui um obstáculo à viabilização técnica e econômica do processo de hidrólise. Este trabalho visa apresentar então colaborações no sentido de superar este obstáculo, considerando-se a produção de etanol a partir do bagaço de cana-de-açúcar por meio de um processo de hidrólise do tipo Organosolv com ácido diluído
Abstract: The main objective of this dissertation is to present the description and simulation of bioethanol production processes from sugarcane juice and bagasse, considering the evaluation of energy consumption. Some improvements were considered for the conventional bioethanol production process from sugarcane juice, such as efficient juice treatment, sterilization and concentration, lower fermentation temperatures (28°C) than the ones used nowadays in the industry, study of a double effect distillation sys tem and optimization of dehydration processes for anhydrous bioethanol production. The process considered for bioethanol production from sugarcane bagasse is based on an Organosolv process with dilute acid hydrolysis, carried on three non-simultaneous steps: prehydrolysis of hemicellulose, Organosolv delignification and cellulose hydrolysis. The use of 70 % of sugarcane bagasse generated on the mills as raw material for the hydrolysis process allows an increase in bioethanol production of 17 %, considering exclusively the fermentation of the hexose obtained from the cellulose fraction of sugarcane bagasse. An increase on energy consumption is observed when bagasse is used as raw material in the hydrolysis process, but it may become feasible considering the optimization of conventional bioetlJ.anol production process, the use of sugarcane trash and lignin as fuel in boilers and the thermal integration of the integrated process, which uses sugarcane juice and bagasse as raw materiaIs for bioethanol production. Evaluation of the energy consumption of the integrated production of ethanol from sugarcane and sugarcane bagasse constitutes an obstacle for the technical and economical feasibility of the hydrolysis processo This work aims to present contributions to help surpass this obstacle, considering the production of ethanol from sugarcane bagasse using an Organosolv process with dilute acid hydrolysis
Mestrado
Desenvolvimento de Processos Químicos
Mestre em Engenharia Química

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Costa, Filho Marcus Vinícius Americano da. "Modelagem, controle e otimização de processos da indústria do etanol." reponame:Repositório Institucional da UFSC, 2013. https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/107246.

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Abstract:

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013
Made available in DSpace on 2013-12-05T23:36:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318136.pdf: 4176032 bytes, checksum: 89e3c306717cf1fb8136ea72f3b2d41f (MD5) Previous issue date: 2013
Resumo: A indústria do etanol exerce um papel importante no cenário econômico do Brasil, em virtude da sua representatividade nos setores de biocombustíveis e energia. Desse modo, o etanol brasileiro é reconhecidamente uma alternativa concreta para a substituição dos combustíveis fósseis. Todavia, apesar dos avanços obtidos em termos de manipulações biogenéticas e químicas para um melhor aproveitamento da cana, são imprescindíveis as aplicações modernas de tecnologia nas engenharias envolvidas no processo. Nesse contexto, este trabalho propõe soluções na área de Engenharia de Controle e Automação que otimizam a produção de etanol. Ainda, visando à viabilidade ambiental das propostas, a aplicação da energia solar e o uso da água se enquadram na parte inovadora do estudo. Em particular, as duas principais etapas de fabricação da usina sucroalcooleira são abordadas em uma linguagem de cunho teórico com experimentos industriais. Na unidade de fermentação, um modelo completo é desenvolvido para analisar o comportamento das principais variáveis do processo. A estratégia proposta consiste em um sistema multivariável de duas camadas que utiliza o controle preditivo não linear para maximizar a concentração final de etanol no reator. No entanto, o projeto geral possui uma planta solar que auxilia o resfriamento dos processos fermentativos. A destilaria foi modelada em escala industrial utilizando o software Hysys, em que é possível estudar a produção dos álcoois de 2a, hidratado e anidro de acordo com os sistemas de controle aplicados. Nessa unidade, uma estratégia que possui PIDs (Controlador Proporcional- Integrativo-Derivativo), MPCs (Model Predictive Control) e uma camada de controle supervisório é proposta para avaliar os ganhos obtidos em termos de fabricação do álcool de 2a e do hidratado, formação da vinhaça e consumo energético das colunas. Finalmente, o trabalho é concluído apontando as principais contribuições e perspectivas dos pontos de vista de pesquisa e aplicação tecnológica.

Abstract: The ethanol industry has an important role in the economic scenario in Brazil by virtue of its representation in the areas of biofuels and energy. Thus, Brazilian ethanol is recognized as a concrete alternative for replacing of fossil fuels. However, despite the progress achieved in terms of chemical and biogenetic manipulations to make better use of the sugarcane, it is essential the use of modern technologies in the different types of ingineering involved in the process. In this context, this work proposes solutions in the area of Control and Automation Engineering to optimize ethanol production. Also, aiming to the environmental viability of the proposals, the application of solar energy and the minimization of the consumption of water appear at the innovative part of the study. In particular, the two main steps of the manufacturing sugarcane plant are addressed at a theoretical language with industrial experiments. In the fermentation unit, a complete model is developed to analyze the behavior of the main process variables. The strategy proposed consists in a multivariable system of two layers which uses the nonlinear predictive control to maximize the final concentration of ethanol in the reactor. However, the overall project has a solar plant that assists the cooling of fermentation processes. The distillery was modeled on an industrial scale using the software Hysys, in which it is possible to study the production of the 2nd, hydrated and anhydrous ethanols according to the control systems applied. In this unit, a strategy that has PIDs (Proportional-Integrative-Derivative Controller), MPCs (Model Predictive Control), and supervisory control layer is proposed to evaluate the gains obtained in terms of fabrication of 2nd and hydrated ethanols, generation of stillage, and energy consumption of the columns. Finally, the work is concluded by pointing the main contributions and future prospects of the views of research and technological application.

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Dissertations / Theses on the topic 'Etanol: Destilação'

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