Estudo da absorção de CO2 em colunas de recheio usando AVEVA Process Simulation

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Machado, Vinicius Seferian Scheffer [UNIFESP]
• Orientador(a): Codolo, Milene Costa [UNIFESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• dARK ID: ark:/48912/001300001s9w2
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de São Paulo
• Palavras-chave em Português: Absorção química; Captura de CO2; Coluna de recheio; Simulação em estado estacionário; Planejamento de experimentos
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11600/72510

O processo de revolução industrial e o advento de fontes de energia derivadas da queima de combustíveis fósseis levaram a um aumento considerável na emissão e concentração de dióxido de carbono na atmosfera do planeta. Neste contexto, o processo de absorção química é o método mais amplamente aplicado para remoção de CO2. O objetivo deste estudo é realizar uma simulação exploratória em estado estacionário no software AVEVA Process Simulation de um processo de absorção de CO2 em uma coluna recheada, usando NaOH como absorvente, e estudar estatisticamente a influência de algumas variáveis na eficiência do processo. Simulações preliminares determinaram que cinco estágios são o valor ótimo de unidades de transferência para uma coluna com 100% de eficiência de contato entre as fases. A eficiência diminui com o aumento da vazão de gás e aumenta com o aumento da vazão de líquido, variando entre 65,88% e 4,76%, para o Raschig Rings 10 tem a maior faixa de eficiência e entre 49,22% e 2,95% para o Pall Rings 90, com a estabilização deste parâmetro após a vazão de gás de 60 m³/h, enquanto o coeficiente de transferência de massa volumétrica está intrinsecamente ligado à área interfacial de cada recheio estudado, bem como suas características morfológicas que influenciam diretamente no cálculo dos parâmetros relacionados à transferência de massa. Alterações nas dimensões da coluna impactam positivamente na eficiência de remoção devido a alterações na velocidade da fase gasosa e, consequentemente, o tempo de residência do gás na coluna. A partir do planejamento de experimentos de cinco fatores realizado, foi possível concluir que todos os efeitos relacionados à concentração de CO2 não são estatisticamente significativos. Para ambos os recheios, os efeitos dos parâmetros confirmaram os comportamentos observados nas simulações e os efeitos de interação binária adicionados à análise estatística para aprofundar os resultados da simulação, bem como melhorar o ajuste do modelo linear aos dados. Para os dois recheios estudados, a vazão de líquido teve um efeito positivo de 13,46% e 9,94%, a vazão de gás teve um efeito negativo de 24,35% e 18,14%, a altura da coluna teve um efeito de 15,41% e 12,35% e o diâmetro da coluna foi de 10,27% e 8,34%. Em resumo, as contribuições e inovações deste trabalho se dão por meio da análise da análise das principais variáveis que influenciam um processo de captura de CO2 numa extensa faixa realística e factível, com a validação dos dados provenientes das simulações por meio de metodologias de planejamento de experimentos.