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Type: TESE
Title: Modelagem e simulação do processo de absorção reativa de CO2 em modulos de membrana
Title Alternative: Modeling and simulation of the reactive absorption process in membrane modules
Author: Souza, Anderson Gomes
Advisor: Ravagnani, Teresa Massako Kakuta, 1957-
Abstract: Resumo: A redução dos níveis de dióxido de carbono (CO2) é de suma importância, tanto para o combate à poluição atmosférica proveniente de atividades industriais, como no tratamento de correntes gasosas em processos químicos. O método clássico para captura de CO2 engloba sua absorção reativa em solução de aminas, conduzida em colunas de borbulhamento, spray ou recheio. Porém, desvantagens como a formação de espuma e dispersão de fase constituem problemas operacionais significativos desses processos. Alternativamente, módulos de membrana de fibras ocas seriam equipamentos mais adequados para esse fim, apresentando como vantagens uma grande área interfacial e flexibilidade operacional. Nesse sentido, o presente estudo buscou realizar a simulação do processo de absorção de CO2 em módulos de membrana, utilizando soluções aquosas de2-amino-2-metil-1-propanol (AMP), dietanolamina (DEA) e metildietanolamina (MDEA). A modelagem matemática do sistema utilizou expressões da taxa de reação e equações de balanço de massa diferenciais. A resolução numérico-computacional do modelo foi conduzida mediante aplicação dos métodos de colocação ortogonal e de Michelsen, tendo sido implementada em linguagem Fortran. O processo foi estudado em diversas condições operacionais para a análise de sensibilidade paramétrica e os resultados indicam, com base nas características dos diferentes sistemas, as melhores condições gerais de operação. Dentre as aminas consideradas como solventes reativos, as maiores taxas de absorção de CO2 foram previstas com o uso de AMP. Entretanto, sua concentração radial, à saída do módulo de membrana, apresentou forte incidência do fenômeno de depleção da solução absorvedora. Os principais parâmetros que incrementaram a taxa de absorção e, conseqüentemente, a eficiência do módulo de membrana, foram a velocidade de escoamento do líquido absorvente, as concentrações iniciais de CO2 e de amina, o raio interno e o comprimento das fibras.

Abstract: The decrease in the carbon dioxide (CO2) levels is extremely important to avoid atmospheric pollution, from industrial activities, and to the gaseous treatment in several chemical processes. The classical process to the CO2 sequestration involves its reactive absorption into amine solutions, which are carried on bubble, spray or fixed bed columns. However, some disadvantages, such as foam formation and phase dispersion, are serious operational problems to be avoided. Alternatively, membrane modules are supposed to be mode adequate equipments to that aim, which some advantages are great interfacial area and operational flexibility. Under this context, the present study intended to provide the simulation of the CO2 absorption process in hollow fiber membrane module, by using a-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), diethanolamine (DEA) and methyldiethanoamine (MDEA) aqueous solutions. The mathematical modeling is based on the inherent rate expressions of the reactive system, besides the differential mass balance equations. The numerical and computational solution was developed by applying the orthogonal collocation and Michelsen methods, which were compiled in Fortran language. The idealized process was studied based on a given standard operational condition, besides a parametric sensibility analysis. The main results, to each sorption system, show the best general conditions to the process operation. Under the standard operation, among the alkanolamines considered as reactive solvents, the best CO2 absorption rate were calculated by using the AMP solution. Nevertheless, its radial concentration tends to suffer the incidence of depletion phenomena in their aqueous solution. The best performance credited to the AMP solution were also confirmed, where the main parameters that increased the absorption rate were the absorbent liquid flow velocity, the initial CO2 and amine concentration, the fibers inner radius and length.
Subject: Dioxido de carbono
Absorção química
Separação de membrana
Simulação (Computadores)
Modelos matemáticos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2007
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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