Estudo energético da configuração em série de colunas de destilação por filme descendente

Abstract

Processos de destilação são largamente empregados na indústria de petróleo e petroquímica. Unidades intensificadas energeticamente tem sido propostas, visando a minimização dos requerimentos energéticos que intrinsicamente são altos neste tipo de processo. Colunas de múltiplo efeito, cuja separação é realizada em uma série de unidades, são um exemplo da possibilidade de otimizar a energia necessária para a separação. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência energética de uma configuração em série de destilação por filme descendente com aquecimento por termossifão na separação de uma mistura etanol-água. Experimentos foram realizados com três unidades em série, obtendo-se fração mássica de etanol na terceira coluna igual a 82,7%. Este resultado demonstra a possibilidade da utilização de uma série de colunas de filme descendente para incrementar a fração do componente mais volátil. Em paralelo, um modelo matemático para simulação desta unidade foi proposto, a partir do qual foram calculados os requerimentos energéticos da configuração proposta. Este modelo foi desenvolvido utilizando o software Wolfram Mathematica®. O modelo e as simulações correspondentes permitiram avaliar os perfis de temperatura ao longo do comprimento da unidade, cujos valores não podem ser determinados experimentalmente. Em relação a análise energética, observou-se que unidade de filme descendente é mais vantajosa do ponto de vista energético, representando economia de cerca de 29,5% quando comparada com a separação em uma unidade convencional.

Abstract : Distillation processes are widely used in petroleum and petrochemical industry. Energetically intensified units have been proposed aiming at minimizing the energy requirements that are intrinsically high in this type of process. Multi-effect columns, whose separation is performed by a series unit, are an example of the possibility of optimizing energy needed for the separation. For this sense, this work had as objective to evaluate the energy efficiency of a series configuration of falling film distillation columns with thermosyphon heating in the separation of an ethanol-water mixture. Experiments were performed with a three units series, obtaining a mass fraction of ethanol in the third column equal to 82,7 %. The result demonstrated the possibility of using a series of falling film distillation columns to increase the concentration of more volatile component. In addition, a mathematical model of this unit was proposed and simulated, where the energy requirements of the proposed configuration were calculated. This model was developed using Wolfram Mathematica® software. The model and its simulations allowed to evaluate the temperature profiles along the unit length, whose values cannot be determined experimentally. With regard to energy analysis, it has been observed that falling film distillation unit was more energy-efficient conventional unit, representing savings of about 29,5 % as compared to separation in a conventional unit.