Avaliação e aplicação de modelos termodinâmicos no equilíbrio de fases em uma ampla faixa de pressão em sistemas envolvendo água, álcool e hidrocarbonetos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Silveira, Christian Luiz da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000014k3n
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/20360
Resumo: The role of thermodynamics models in describing several industrial processes for chemical engineers is essential. Many of those processes involve, mainly, phase equilibrium. This is the case of separation processes equipment, such as distillers, dryers, and decanters. In this manner, this work presents a review over several thermodynamics excess Gibbs energy models, or simply activity coefficients models. In addition, the use of these models was investigated when they were coupled to equations of state by using mixing rules. The models were addressed in different ways in order to perform phase equilibrium calculations, be them vapor-liquid or liquid-liquid. Concerning to the VLE data prediction for the binary systems studied in this work, the UNIQUAC and NRTL (either using literature parameters or optimized parameters) models presented the best results among the correlative models, and among the predictive models the UNIFAC (with estimated parameters) and the COSMO-SAC models yielded the most accurate results. When the predictions of infinite-dilution activity coefficients of the same systems were analyzed, the F-SAC has proved to be the most successful model. The phase-envelope prediction of several ternary liquid mixtures was best performed by the UNIFAC-LLE model, however, for several systems the COSMO-SAC and F-SAC models also presented reliable results. When the mixing rules were applied, the UNIFAC model offered, again, great results, and the UNIFAC+VDW1+PRSV combination the most accurate among the 45 combinations that were tested. The COSMO-SAC model has revealed significant unconformity in the VLE predictions when associated to an EOS by the HVOS mixing rule. It was also observed that the mixing rules results tend to deteriorate as the chain-length of the alkane present on the mixture becomes larger.
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In addition, the use of these models was investigated when they were coupled to equations of state by using mixing rules. The models were addressed in different ways in order to perform phase equilibrium calculations, be them vapor-liquid or liquid-liquid. Concerning to the VLE data prediction for the binary systems studied in this work, the UNIQUAC and NRTL (either using literature parameters or optimized parameters) models presented the best results among the correlative models, and among the predictive models the UNIFAC (with estimated parameters) and the COSMO-SAC models yielded the most accurate results. When the predictions of infinite-dilution activity coefficients of the same systems were analyzed, the F-SAC has proved to be the most successful model. The phase-envelope prediction of several ternary liquid mixtures was best performed by the UNIFAC-LLE model, however, for several systems the COSMO-SAC and F-SAC models also presented reliable results. When the mixing rules were applied, the UNIFAC model offered, again, great results, and the UNIFAC+VDW1+PRSV combination the most accurate among the 45 combinations that were tested. The COSMO-SAC model has revealed significant unconformity in the VLE predictions when associated to an EOS by the HVOS mixing rule. It was also observed that the mixing rules results tend to deteriorate as the chain-length of the alkane present on the mixture becomes larger.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESModelos termodinâmicos são essenciais para a descrição precisa de inúmeros processos industriais do escopo do engenheiro químico. Grande parte desses processos envolve, principalmente, equilíbrio de fases, como em equipamentos para processos de separação (destiladores, secadores, decantadores). Neste sentido, este trabalho apresenta uma revisão sobre diversos modelos termodinâmicos de energia de Gibbs em excesso, ou modelos de coeficiente de atividade. Também, investigou-se o uso destes através da união de modelos de coeficiente de atividade com equações cúbicas de estado através de regras de mistura. Os modelos foram abordados de maneiras diversas para a realização de cálculos de equilíbrio de fases, sejam elas líquido-vapor ou líquido-líquido. No que diz respeito à predição de dados de ELV do sistemas binários estudados neste trabalho, os modelos UNIQUAC e NRTL (tanto com parâmetros de literatura quanto com parâmetros otimizados) apresentaram os melhores resultados entre os modelos correlativos, já entre os modelos preditivos, o modelo UNIFAC (com parâmetros estimados) e o modelo COSMO-SAC apresentaram os resultados mais precisos. Ao se investigar a acurácia dos modelos na predição de coeficientes de atividade em diluição infinita dos mesmos sistemas, o modelo F-SAC se mostrou mais preciso. A predição do envelope de fases em diversos sistemas ternários de fase líquida foi mais precisa utilizando o modelo UNIFAC-LLE, porém, para diversos sistemas estudados, os modelos COSMO-SAC e F-SAC também apresentaram bons resultados. Quando regras de mistura foram utilizadas, o modelo UNIFAC tornou a oferecer excelentes resultados, sendo a combinação UNIFAC+VDW1+PRSV a mais precisa das 45 combinações testadas. O modelo COSMO-SAC revelou discrepâncias significativas na predição de ELV quando associado a EOS através da regra de mistura HVOS. Observou-se, também, uma tendência à deterioração das regras de mistura com o aumento do comprimento da cadeia carbônica do alcano presente na mistura.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaSalau, Nina Paula Gonçalveshttp://lattes.cnpq.br/4234840503539989Castilhos, Fernanda dehttp://lattes.cnpq.br/4590978604104577Luiz Dotto, Guilhermehttp://lattes.cnpq.br/5412544199323879Soares, Rafael de Pelegrinihttp://lattes.cnpq.br/0116792663386170Costa, Cauê Torres de Oliveira Guedeshttp://lattes.cnpq.br/4053839379793929Silveira, Christian Luiz da2021-03-02T10:36:24Z2021-03-02T10:36:24Z2018-11-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/20360ark:/26339/0013000014k3nporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-03-03T06:02:42Zoai:repositorio.ufsm.br:1/20360Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2021-03-03T06:02:42Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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