Elaboração de curvas residuais com o auxílio de diferenças finitas. Um estudo comparativo

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Josemar Pereira da Silva
• Orientador(a): Éder Domingos de Oliveira
• Banca de defesa: Vanessa de Freitas Cunha Lins, Marcelo Cardoso, José Vicente Hallak Dangelo, Reinaldo Giudici
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Termodinâmica; Curvas residuais; Equilíbrio de fases
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/36378

Nesta tese é descrita uma nova metodologia de elaboração dos mapas de curvas residuais a partir do método de diferenças finitas utilizando o método de Euler explícito. Para elaborar mapas de curvas residuais a resolução de um sistema de equações diferenciais acopladas em conjunto com as equações de equilíbrio de fases se faz necessário. Os métodos geralmente empregados para a resolução dessas equações diferenciais frequentemente envolvem métodos numéricos conhecidos como métodos implícitos. Este tipo solução exige um tempo computacional adicional e costumam ser de implementação mais complexa. Os métodos explícitos surgem como uma alternativa para a resolução de equações diferenciais visto que sua implementação é usualmente mais simples. Diante desta característica, um método explícito com base em fórmulas ou técnicas de diferenças finitas, o Método de Euler, surge como uma alternativa a ser aplicada para resolver o sistema de equações diferenciais para a elaboração dos mapas de curvas residuais. O sistema de equações diferenciais a serem resolvidas pelo Método de Euler é formado pela equação obtida do balanço de massa em processo de destilação simples e a equação do bolha T que foi transformada em uma equação diferencial através do conceito do falso transiente ou também denominado de pseudo-transiente. O uso desta metodologia constitui uma alternativa inédita para este propósito. Este método foi aplicado para o sistema ideal n-pentano/n-hexano/n-heptano e para os sistemas não ideais acetona/clorofórmio/metanol, 2-propanol/água/propileno glicol, acetato de etila/n-hexano/acetona, etanol/metil ciclohexano/3 metil pentano, água/1-propanol/glicerol. O desvio da fase líquida foi determinado pelos modelos NRTL, UNIQUAC e UNIFAC e o desvio da fase vapor foi determinado pelo de coeficiente de fugacidade fundamentado na Equação do Virial. Os resultados obtidos por essa metodologia se apresentaram coerentes quando comparados com os mapas de curvas residuais catalogados e também se mostraram consistentes para a elaboração de mapas de curvas residuais de sistemas não catalogados. Os resultados em termos de dados termodinâmicos, como a composição dos azeótropos, detectados pelos mapas de curvas residuais pela metodologia proposta neste trabalho, foram comparados com os dados experimentais e os resultados encontrados a partir do método proposto mostraram-se equivalentes ou próximos aos obtidos a partir de métodos conhecidos. Para o sistema acetona/clorofórmio/metanol o desvio relativo da composição molar dos azeótropos os binários acetona/clorofórmio foi de 0,001/0,004, acetona/metanol 0,003/0,001 e acetona e clorofórmio/metanol 0,004/0,074, e para o azeótropo ternário do desvio relativo foi de 0,030/0,008/0,034. Para o sistema acetato de etila/n-hexano/acetona o desvio relativo da composição do azeótropo do binário n-hexano/acetona 0,003/0,012 e do binário n-hexano/acetato de etila 0,002/0,003. Para o sistema etanol/metil ciclohexano/3 metil pentano o desvio relativo na composição do azeótropo do binário etanol/3 metil pentano 0,033/0,014 e do binário etanol/metil ciclohexano 0,000/0,000. Para o sistema água/1-propanol/glicerol o desvio relativo na composição do azeótropo do binário água/1-propanol 0,017/0,023. Para o sistema etanol/água/glicerol o desvio relativo da composição de alimentação foi 0,000 para o etanol e 0,000 para água. A implementação do Método de Euler para elaborar os mapas de curvas resíduas foi realizada em MATLAB e o nome do código é curvas_residuais. Palavras-chave: Termodinâmica. Equilíbrio de fases. Curvas Residuais.