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Avaliação da desidratação de etanol com deep eutectic solvent (DES) via destilação extrativa

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Mezencio, Pedro Henrique Marques, 1995-
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:
Solventes eutéticos profundos
Destilação extrativa
Etanol
Simulação de processos
Deep eutectic solvent
Extrative distillation
Ethanol
Process simulation
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/21989
Resumo: Orientador: Patricia Fazzio Martins Martinez
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spelling Avaliação da desidratação de etanol com deep eutectic solvent (DES) via destilação extrativaEvaluation of the ethanol dehydration with deep eutectic solvent (DES) by extractive distillationSolventes eutéticos profundosDestilação extrativaEtanolSimulação de processosDeep eutectic solventExtrative distillationEthanolProcess simulationOrientador: Patricia Fazzio Martins MartinezDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: O Brasil se destaca mundialmente por ser o segundo maior produtor de etanol. De acordo com o teor de água, o etanol é classificado em hidratado ou anidro, sendo o último amplamente empregado como aditivo para gasolina. Industrialmente, uma das formas de obtenção de etanol anidro se dá via destilação extrativa utilizando o etilenoglicol como solvente extrator. Por ser um solvente orgânico, a utilização deste componente apresenta uma série de desvantagens do ponto de vista econômico e ambiental, visto a toxicidade humana. Então, o presente trabalho consiste em avaliar a viabilidade da utilização de uma classe de solventes neotéricos, os Deep Eutetic Solvents (DESs), na produção de etanol anidro via destilação extrativa. Os DESs são formados pela combinação de dois compostos, sendo em sua maioria abundantes na natureza, um doador (HBD) e um aceptor (HBA) de ligação de hidrogênio, que quando combinados em uma específica fração molar, formam uma mistura que possui características físicas propícias para serem considerados ambientalmente sustentáveis: baixa pressão de vapor, alta biodegradabilidade e de baixo custo de produção. Dessa forma, os DESs podem ser uma alternativa promissora para substituição de solventes orgânicos voláteis em diferentes tecnologias. Em vista do potencial de aplicação dos DESs, este trabalho avaliou a aplicabilidade do cloreto de colina: glicerol (razão molar 1:2), referido como ChCl:G (1:2) como solvente na desidratação do etanol por destilação extrativa, em comparação com etilenoglicol, usualmente empregado pela indústria e com o glicerol, que é o componente principal do DES estudado. Para isto, o software Aspen Plus V14 foi utilizado na regressão dos dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV) para o sistema etanol:água:(ChCl:G) disponíveis na literatura. A simulação teve como objetivo a produção do etanol anidro com as condições de razão mássica do produto contendo 99,7% de etanol e com uma recuperação de 99% em relação a alimentação. Esses objetivos foram obtidos com uma razão de solvente sob alimentação (S/F), de 0,72 e razão de refluxo de 1 para a coluna de destilação. Finalmente, a análise técnico-econômica do processo revelou que o DES tem um custo operacional e de implementação 16% maior em comparação ao solvente etilenoglicol para atingir a especificação mássica do produto de 99,7%, com uma recuperação de etanol de 99%. Em comparação com o glicerol, o DES apresenta um custo ainda maior, sendo 29% superior no Custo Total Anual (TAC), embora também alcance os mesmos valores de pureza e recuperação do etilenoglicolAbstract: Brazil stands out globally as the second-largest producer of ethanol. Depending on the water content, ethanol is classified as either hydrous or anhydrous, with the latter widely used as a gasoline additive. Industrially, one of the methods for obtaining anhydrous ethanol is through extractive distillation using ethylene glycol as the extracting solvent. As an organic solvent, the use of ethylene glycol presents several economic and environmental disadvantages due to its human toxicity. Therefore, this study aims to evaluate the feasibility of using a class of neoteric solvents, known as Deep Eutectic Solvents (DESs), in the production of anhydrous ethanol via extractive distillation. DESs are formed by combining two compounds, which are mostly abundant in nature, a hydrogen bond donor (HBD) and a hydrogen bond acceptor (HBA). When combined in a specific molar ratio, they form a mixture with physical characteristics that are environmentally sustainable: low vapor pressure, high biodegradability, and low production cost. Thus, DESs can be a promising alternative to replace volatile organic solvents in various technologies. Given the potential application of DESs, this study evaluated the applicability of choline chloride: glycerol (molar ratio 1:2), referred to as ChCl(1:2), as a solvent in the dehydration of ethanol by extractive distillation, compared to ethylene glycol, which is commonly used in the industry, and glycerol, which is the main component of the studied DES. For this purpose, Aspen Plus V14 software was used to regress the vapor-liquid equilibrium (VLE) data for the ethanol:water:(ChCl) system available in the literature. The simulation aimed to produce anhydrous ethanol with the product mass fraction containing 99.7% ethanol and a recovery of 99% relative to the feed. These objectives were achieved with a solvent-to-feed ratio (S/F) of 0.72 and a reflux ratio of 1 for the distillation column. Finally, the technical-economic analysis of the process revealed that the DES has 16% higher operational and implementation costs compared to ethylene glycol to achieve the product mass specification of 99.7%, with an ethanol recovery of 99%. Compared to glycerol, the DES has an even higher cost, being 29% greater in Total Annual Cost (TAC), although it also achieves the same purity and recovery values as ethylene glycolAbertoMestradoEngenharia QuímicaMestre em Engenharia QuímicaCNPQ139179/2019-4[s.n.]Martinez, Patrícia Fazzio Martins, 1978-Komesu, AndreaSilva, Luciana Yumi AkisawaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia de CampinasPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMezencio, Pedro Henrique Marques, 1995-20242024-05-20T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (68 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/21989MEZENCIO, Pedro Henrique Marques. Avaliação da desidratação de etanol com deep eutectic solvent (DES) via destilação extrativa. 2024. 1 recurso online (68 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/21989. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1403500https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1403500Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1403500Requisitos 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/openAccess2025-08-06T16:50:22Zoai::1403500Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-08-06T16:50:22Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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