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Title: Modelagem e simulação de equipamentos flash reativos para a produção de biodiesel
Other Titles: Modeling and simulation of reactive flash for biodiesel production
Authors: Cruz, Matheus Henrique Antonio Aboukalam da
Keywords: Biodiesel;Transesterification;Simulação;Modelagem;Reactive Distillation;Destilação Reativa;Transesterificação;Simulation.;Modeling;Flash
Issue Date: 4-Sep-2020
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: CRUZ, Matheus Henrique Antonio Aboukalam da. Modelagem e Simulação de equipamentos flash reativos para a produção de biodiesel. 2020. 53f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) - Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
Portuguese Abstract: Em busca de alternativas mais sustentáveis para a substituição gradual de combustíveis fósseis na matriz energética mundial, o biodiesel é visto atualmente como uma promissora opção. O biodiesel é considerado um combustível renovável, podendo ser gerado a partir de fontes vegetais (oleaginosas) ou gordura animal, possui baixa emissão de poluentes a partir de sua combustão e sua performance enquanto combustível é comparável à do diesel comum. Além disso, a sua produção impacta positivamente a economia local. A reação de produção deste combustível se chama transesterificação e o interesse das pesquisas neste ramo está em propor processos e condições operatórias que favoreçam a conversão de seus reagentes e reduzam os custos de separação do produto principal. Estudos recentes destacam a eficiência do processo de destilação reativa, que combina processos de separação baseados nas diferenças de volatilidade das substâncias e a reação química. Ela permite que os produtos sejam simultaneamente formados e separados dos demais reagentes e/ou subprodutos, garantindo uma melhor eficiência energética global, principalmente pelo deslocamento do equilíbrio da reação no sentido dos produtos. Um dos representantes desta categoria de operações unitárias é o flash reativo, que é um sistema regulado pelo equilíbrio termodinâmico entre suas fases e a cinética química de sua reação em fase líquida. O presente trabalho trata da modelagem e simulação de tal sistema bem como da análise dos efeitos de quatro parâmetros operatórios sobre o mesmo: a taxa de calor fornecido, a pressão, a proporção de reagentes alimentados e a distribuição de correntes para dois equipamentos flash em série. Os dados experimentais, termodinâmicos e cinéticos foram obtidos da literatura e do simulador ProSim®. O sistema de equações algébrico-diferenciais que representam o processo foi resolvido utilizando-se o método preditor-corretor de Gear através da linguagem Fortran. Os resultados obtidos legitimaram o modelo desenvolvido após sua comparação com dados disponíveis na literatura. Além disso, mostraram que a conversão é diretamente proporcional à pressão e à porcentagem de álcool nos reagentes, enquanto que possui duas regiões ótimas para a taxa de calor fornecido. Por fim, a configuração de dois equipamentos flash em série se mostrou mais eficaz com bypass da corrente de alimentação.
Abstract: In search for more sustainable alternatives to gradually replace fossil fuel in the world’s energetic mix, biodiesel is currently seen as a great option. Biodiesel is considered a renewable source as it can be produced from vegetable (oleaginous) or animal sources it emits less pollutants from its combustion and its performance as a fuel is comparable with common diesel’s. Moreover, its production has positive impacts on the local economy. The reaction responsible for its production is called transesterification and researches on the field aim on proposing processes and operating conditions that allow a better yield as well as a reduction of the costs on the separation of the main product. Recent studies emphasize the efficiency of reactive distillation processes, which combines separative processes based on the volatility difference of its constituents and the chemical reaction. It allows the products to be simultaneously formed and separated from the reactants and/or subproducts, guaranteeing a better global energetic efficiency especially due to the displacement of the reaction’s equilibrium. An example of this kind of unit operations is the reactive flash, which is a system regulated by the thermodynamic equilibrium between its phases and the chemical kinetics of the reaction in liquid phase. The present work investigates addresses the modelling and simulation of the reactive flash as well as the analysis of the effects from the variation of heat rate supplied, pressure, proportion between reactants fed and current distribution between two flash in series. Experimental, thermodynamic and kinetic data were obtained from the literature and from ProSim® simulator. The differential-algebraic system of equations that represent the process was solved with the predictor-corrector Gear’s method through Fortran language. The results obtained have legitimized the developed model once they were compared with those available on the literature. In addition, they have shown that conversion is directly proportional to pressure and alcohol percentage in reactants, while it has two optimal zones for heat rate supplied. Lastly, the two flash in series configuration have shown better efficiency with a bypass on the feed stream.
URI: http://monografias.ufrn.br/handle/123456789/10754
Other Identifiers: 2015026393
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