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Type: TESE
Title: Desenvolvimento de uma instalação de separação de gases por adsorção e modelagem do processo
Author: Neves, Celia de Figueiredo Cordeiro
Advisor: Jordão, Elizabete, 1956-
Abstract: Resumo: Os processos de separação são normalmente responsáveis pelos maiores custos de produção nas indústrias químicas, petroquímicas e correlatas. A aplicação comercial de processos adsortivos de separação de gases conhecidos como PSA ("Pressure Swing Adsorption"), têm tido uma aceitação crescente na indústria, pois eles são mais eficientes e econômicos do que os processos de separação convencionais, para pequenas e médias capacidades de produção. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma instalação de separação de gases por PSA para a produção de ar enriquecido na faixa de 25 a 50 % de oxigênio, para aplicação em processos de combustão e oxidação, e construir um modelo que permita descrever o comportamento do processo, levando em consideração três parâmetros de avaliação: a pureza e recuperação do produto e a produtividade do adsorvente. Para alcançar os objetivos propostos foi projetada e construída uma instalação laboratorial de PSA utilizando um adsorvente à base de zeólita 5A. O sistema de automação e controle da instalação consiste de um controlador lógico programável conectado a um microcomputador via sistema supervisório, e a diversas válvulas solenóides e instrumentos de medição de vazão, pressão, concentração e temperatura. O projeto e a construção da instalação exigiram um grande esforço de pesquisa e estudo, e conduziram à fonnação de uma equipe multidisciplinar com especialistas em áreas como processos, materiais, automação e controle, que muito contribuiu para a consolidação da pesquisa. Através da utilização de um planejamento fatorial de experimentos foi possível obter modelos empíricos satisfatórios para a pureza, recuperação e produtividade em função das condições operacionais, com erros médios variando entre 1 % e 4 %. Os resultados dos experimentos e as simulações realizadas mostraram que a instalação desenvolvida é capaz de produzir ar enriquecido a 43 % O2, com uma recuperação de 50 % e produtividade de 0,06 moI O_g.ciclo. A otimização do processo foi facilitada pela utilização de outro parâmetro de avaliação do processo, denominado capacidade separativa, que utiliza conceitos básicos da teoria de cascatas aplicada a separações isotópicas

Abstract: Separation processes account for the major production costs in chemical, petrochemical and related industries. Commercial pressure swing adsorption processes (the so-called PSA processes) have been intensively applied in industry since they need lower energy and are less costly than conventional separation processes for low to medium production rates. This work aims to develop a gas separation unit by the PSA process to produce oxygen enriched air between 25 % and 50 % to be used in combustion and oxidation processes. Another objective is to build a model of the process by which its performance can be evaluated through three parameters: product purity, product recovery and adsorbent productivity. To reach these objectives a PSA unit of laboratory scale was designed and built, that uses a bed filled with a type 5A-zeolite adsorbent. Instruments for measuring flow rate, pressure, concentration and temperatures and solenoid valves were linked to a programmable logic controller. A computer was used for data acquisition and to control the experimental set-up. Great effort of research and study placed for design and construction of the installation required a multidisciplinary team of specialists in many fields like processes, materials, automation and control, which was very helpful to consolidate the present research. Using a factorial design of experiments it was possible to develop appropriate empirical models for evaluating purity, recovery and productivity against operational conditions, with mean errors varying between I and 4%. The experimental results and executed simulations of the process showed that the PSA unit works properly for production of oxygen enriched air at a purity of 43 %, recovery around 50 % and productivity of 0,06 mol Ozlkg.cic1o. The process was optimized by another parameter, called separative capacity, which uses basic concepts of cascade theory applied to isotope separations
Subject: Adsorção
Processos químicos
Gases - Absorção e adsorção
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2000
Appears in Collections:FEQ - Tese e Dissertação

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