Efeito do teor de solvente sobre a separação e o consumo de energia no processo de destilação extrativa. - FIGUEIRÊDO, Marcella Feitosa de. (2013)
A questão sobre um bem projetado sistema de destilação extrativa tem sido objeto de diversos trabalhos; todos envolvendo analise de sensibilidade usando um simulador de processos, o que, normalmente, envolve repetidas simulações, o que levam a um grande numero de resultados. Contudo as conclusões são limitadas, pois as principais variáveis de decisão, razão de refluxo, vazão de solvente e tamanho da região extrativa, não são analisadas simultaneamente. O presente trabalho propõe uma nova abordagem de avaliação sobre a separação e o consumo energético de colunas de destilação extrativa, utilizando como principal parâmetro o teor de solvente ao longo da coluna, mais especificamente, no estagio de alimentação de solvente. Ao contrario da abordagem clássica, esta nova abordagem permite avaliar simultaneamente o efeito das principais variáveis de decisão. Alem disso, foi possível calcular a vazão minima de solvente e o consumo minimo de energia, esclarecendo assim as divergências encontradas na literatura quanto a existência ou não da proporcionalidade entre o consumo minimo de energia e minimo de vazão de solvente. O estudo foi realizado para duas colunas de tamanhos diferentes. O efeito do teor de EG sobre o Fator de Separação (SF) da mistura em estudo também foi considerado. Diante dos resultados obtidos, observou-se que a operação com maior teor de solvente na seção extrativa apresenta desempenho consideravelmente melhor, isto posto, o consumo de energia do refervedor da coluna extrativa e fortemente dependente do teor de solvente ao longo da coluna e que o consumo minimo de energia desse refervedor não ocorre para a vazão minima de solvente, e sim para a menor razão de refluxo. Os resultados também indicam que o aumento do teor de solvente faz com que o consumo de energia se torne independente do numero de estágios da coluna. A grande maioria dos artigos considera no estudo apenas a separação e o consumo de energia da coluna extrativa. A partir do uso da nova abordagem, observa-se que o problema de convergência desaparece (desde que as restrições sejam atendidas), por este motivo que se decidiu por estender o uso de tal procedimento para o sistema completo de destilação extrativa (envolvendo as duas colunas de destilação - extrativa e recuperação). De acordo com os resultados obtidos, o consumo global minimo de energia não ocorre para a vazão minima de solvente, e sim para a menor razão de refluxo da coluna extrativa; o que implica em maior teor de EG ao longo da coluna. Esse comportamento independe da otimização da coluna de recuperação e resulta em uma perda de solvente desprezível. Entretanto, dependendo do teor de EG ao longo da coluna extrativa, o consumo de energia da coluna de recuperação pode representar um percentual considerável do consumo de energia global. Devido a sua importância industrial, foi escolhida como um estudo de caso a desidratação de misturas aquosas de etanol utilizando etileno glicol (EG) como solvente, no entanto, esta abordagem proposta tem exito para qualquer separação de uma mistura azeotrópica que utiliza um solvente com alto ponto de ebulição, em relação aos componentes da mistura.