Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Rubens Maciel Filho

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O bioetanol é um dos biocombustíveis automotivos de fonte renovável mais utilizados, com grande potencial para a substituição dos combustíveis fósseis como a gasolina ou também utilização como seu aditivo. Para se obter o bioetanol anidro em pureza de acordo com os parâmetros legais de...

Resumo: O bioetanol é um dos biocombustíveis automotivos de fonte renovável mais utilizados, com grande potencial para a substituição dos combustíveis fósseis como a gasolina ou também utilização como seu aditivo. Para se obter o bioetanol anidro em pureza de acordo com os parâmetros legais de aplicação como aditivo à gasolina é preciso aplicar processos mais complexos de separação. Isso é necessário, pois a mistura de bioetanol e água forma azeótropo, o que implica na dificuldade de separá-los por meio da destilação convencional. Além disso, os processos convencionais para separação do bioetanol hidratado também devem ser aprimorados para serem operados com alto desempenho. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar os processos de destilação convencional e duplo efeito para produção de bioetanol hidratado de primeira e de segunda gerações e os processos de destilação extrativa e adsorção por peneira molecular para produção de bioetanol anidro. Os processos foram avaliados por meio de simulações pelos modelos de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio no simulador Aspen Plus®. As análises focaram na demanda energética dos processos, dimensionamento de equipamentos e, no caso do bioetanol hidratado, também foi avaliada a produção do subproduto vinhaça. Observou-se que o processo de destilação duplo efeito proporciona economia de energia em comparação com a destilação convencional para produção de bioetanol hidratado. Em contrapartida, a destilação duplo efeito demandou colunas com maior diâmetro, o que pode resultar em um custo com equipamentos mais alto. Já no caso da produção de bioetanol anidro, a utilização do solvente eutético profundo ChCl:Ureia (1:2) na destilação extrativa mostrou economia de energia em comparação ao solvente convencional etilenoglicol. Além disso, a operação com ChCl:Ureia (1:2) demandou menor quantidade de solvente no processo do que a operação com etilenoglicol. Comparando-se a destilação extrativa com a adsorção em peneira molecular, percebeu-se que a peneira molecular fornece baixa recuperação do etanol, porém este processo tem a vantagem de não requerer a adição de um solvente, o que pode ser um fator positivo para produção de etanol em aplicações que necessitam de elevado teor de pureza. Com relação aos modelos utilizados, observou-se que as análises conduzidas pelo modelo de estágios de não equilíbrio necessitaram de colunas com mais estágios de destilação do que as colunas avaliadas pelo modelo de estágios de equilíbrio e apresentaram maior consumo energético, o que já era esperado, pois o modelo de não equilíbrio pode fornecer uma predição mais realista das condições do processo

Abstract: Bioethanol is one of the most used renewable automotive biofuels from renewable source, with great potential for replacing fossil fuels such as gasoline or also to be used as its additive. To obtain anhydrous bioethanol in purity according to the legal parameters of application as a...

Abstract: Bioethanol is one of the most used renewable automotive biofuels from renewable source, with great potential for replacing fossil fuels such as gasoline or also to be used as its additive. To obtain anhydrous bioethanol in purity according to the legal parameters of application as a gasoline additive, it is necessary to apply more complex separation processes. This is necessary, as the mixture of bioethanol and water forms an azeotrope, which implies the difficulty of separating them through conventional distillation. In addition, conventional processes for separating hydrated bioethanol must also be improved to operate with high performance. Thus, the aim of this study was to evaluate the conventional and double effect distillation processes to produce hydrated bioethanol of the first and second generations and the extractive distillation and adsorption processes by molecular sieve to produce anhydrous bioethanol. The processes were evaluated through simulations using the equilibrium and rate-based models in the Aspen Plus® simulator. The analyzes focused on the energy demand of the processes, equipment sizing and, in the case of hydrated bioethanol, the production of the vinasse by-product was also evaluated. It was observed that the double effect distillation process provides energy savings compared to conventional distillation to produce hydrated bioethanol. In contrast, double effect distillation required columns with a larger diameter, which may result in a higher capital cost. In the case of anhydrous bioethanol production, the use of the deep eutectic solvent ChCl:Urea (1:2) in extractive distillation showed energy savings compared to the conventional ethylene glycol solvent. In addition, the operation with ChCl:Urea (1:2) required lower solvent content in the process than the operation with ethylene glycol. Comparing the extractive distillation with the molecular sieve adsorption, it was noticed that the molecular sieve adsorption provides low recovery of ethanol, however this process has the advantage of not requiring the addition of a solvent, which can be a positive factor for production of ethanol in applications that require high purity content. Regarding the models used in the simulations, it was observed that the analyzes conducted by the rate-based model required columns with more distillation stages than the columns evaluated by the equilibrium stage model and presented higher energy demand, which was already expected, since the rate-based model is able to provide a more realistic prediction of the process conditions

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