Unidade PSA para produção de O2 : estudo computacional = Oxygen production by PSA : a computational evaluation

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Souza, Bernardo Dias Fróes Píramo de, 1996-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Gases
Adsorção
Simulação computacional
Adsorption
Computer simulation
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/4623
Resumo: Orientador: Antonio Carlos Luz Lisbôa
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spelling Unidade PSA para produção de O2 : estudo computacional = Oxygen production by PSA : a computational evaluationOxygen production by PSA : a computational evaluationGasesAdsorçãoSimulação computacionalAdsorptionGasesComputer simulationOrientador: Antonio Carlos Luz LisbôaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: O processo de adsorção por oscilação de pressão, em inglês pressure swing adsorption – PSA, é um processo cíclico de adsorção que pode ser empregado na obtenção de corrente enriquecida em gás oxigênio, O2, com o uso de certas zeólitas. A pressão da corrente de alimentação e o tempo de ciclo exercem grande influência tanto na pureza quanto na quantidade do produto desejado. Portanto, sabendo-se da importância e da elevada demanda por O2 em distintos segmentos, como a siderurgia, a área hospitalar e a área de tratamento de efluentes, o aprofundamento no estudo de técnicas alternativas à destilação criogênica, principal forma de produção de gases, deve ser estimulado, tanto experimental quanto computacionalmente. Este trabalho teve, assim, o objetivo de estudar computacionalmente, com o auxílio do software Aspen Adsorption, o processo PSA para obtenção de corrente enriquecida em O2, com pureza entre 90 e 93 % V/V, considerando-se corrente de alimentação com composição similar ao ar atmosférico (79 % de N2, 20 % de O2 e 1 % de Ar, em base volumétrica). Avaliou-se as pressões de 4,5, 6,5 e 8,5 bar e os tempos de ciclo de 60, 120 e 240 segundos, este último restrito ao cenário de maior pressão, em uma planilha com dois leitos de adsorção, empacotados com zeólita 5A, sendo um deles representado pelo recurso de repetição de leitos, ofertado pelo software. Com a redução progressiva da pressão da corrente de alimentação, observou-se uma queda na quantidade de O2 armazenada após os leitos de adsorção, o que já era esperado. Apenas nos cenários de 8,5 e 6,5 bar, 60 segundos, e 4,5 bar, 120 e 60 segundos, a pureza desejada não foi alcançada. Para o cenário de 8,5 bar, o tempo de ciclo de 120 segundos foi o mais adequado; o tempo de ciclo de 240 segundos, em comparação, fez com que as respostas da unidade ficassem lentas (maior intervalo de tempo é requerido para alcançar determinado valor), mas os valores obtidos para pureza e quantidade armazenada de O2 foram análogos; o cenário de 60 segundos não conseguiu alcançar a pressão desejada de 8,5 bar, nem o valor estipulado para a pureza. Enfatiza-se que, em todos os cenários, não houve mudança na configuração das válvulas. Por fim, as principais contribuições deste trabalho são: verificar a relação entre a pressão da corrente de alimentação e o tempo de ciclo com a pureza e a quantidade produzida de O2 e, assim, identificar qual cenário, entre os simulados, é o mais vantajoso, além de poder auxiliar novos trabalhos em relação ao uso do software Aspen Adsorption para o processo PSAAbstract: Pressure Swing Adsorption (PSA) process is a cyclic adsorption process that can be used to obtain oxygen-enriched stream, O2, with the use of certain zeolites. Feed stream pressure and cycle time exert great influence on both purity and quantity of the desired product. Therefore, due to the importance and high demand for O2 in different segments, such as steelmaking, healthcare and water and wastewater treatment, the study of alternative techniques to cryogenic distillation, the main form of gas production, should be stimulated, both experimentally and computationally. Thereby the objective of this work is to study computationally, with Aspen Adsorption, the PSA process for oxygen-enriched stream production, with purity between 90 and 93 % V/V, considering feed stream with composition analogous to atmospheric air (79% N2, 20 % O2 and 1 % Ar, volumetric basis). The pressures of 4.5, 6.5 and 8.5 bar and cycle times of 60, 120 and 240 seconds were evaluated, the latter restricted to the scenario of higher pressure, in a spreadsheet with two adsorption beds, packaged with 5A zeolite, one of which was represented by the bed repetition resource, offered by the software. With the progressive reduction of feed stream pressure, a decrease in the amount of O2 stored after the adsorption beds was observed, which was already expected. Only in the scenarios of 8.5 and 6.5 bar, 60 seconds, and 4.5 bar, 120 and 60 seconds, the desired purity was not achieved. For the 8.5 bar scenario, the cycle time of 120 seconds was the most appropriate; the cycle time of 240 seconds, in comparison, caused the responses of the unit to slow down (longer time interval is required to reach a certain value), but the values obtained for purity and stored amount of O2 were analogous; the 60-second scenario failed to reach the desired pressure of 8.5 bar, nor the stipulated value for purity. It is emphasized that, in all scenarios, there was no change in valve configuration. Finally, the main contributions of this work are to verify the relationship between feed stream pressure and cycle time with the purity and the quantity produced of O2 and, thus, to identify which scenario, among the simulated, is the most advantageous one, besides contributing to new projects in relation to Aspen Adsorption use for PSA process simulationMestradoEngenharia QuímicaMestre em Engenharia QuímicaCNPQ130491/2020-9[s.n.]Lisbôa, Antônio Carlos Luz, 1954-Maciel, Maria Regina WolfSilva, Fabrício Machado daUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSouza, Bernardo Dias Fróes Píramo de, 1996-20222022-04-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (129 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/4623SOUZA, Bernardo Dias Fróes Píramo de. Unidade PSA para produção de O2: estudo computacional = Oxygen production by PSA : a computational evaluation. 2022. 1 recurso online (129 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/4623. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1243956Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-06-21T16:29:15Zoai::1243956Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-06-21T16:29:15Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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