Otimização do processo de destilação por mudança de pressão com corrente intermediária para separação da mistura azeotrópica Éter Diisopropílico/Álcool Isopropílico
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v11i7.28138Palavras-chave:
Consumo energético; Recozimento simulado; Custo anual total.Resumo
No que tangencia os processos industriais, a necessidade pela redução da alta demanda energética associada ao processo de destilação se torna progressivamente imprescindível. Além disso, é crescente a necessidade de trabalhar com plantas cada vez mais compactas, objetivando a diminuição dos custos de instalações. O éter diisopropílico (DIPE) é um subproduto gerado na produção de álcool isopropílico (IPA), ambos os componentes possuem alto valor agregado, principalmente na indústria de solventes, ou seja, a separação desse binário é economicamente atrativa. Essa separação necessita de um método não-convencional, pois apresenta formação de um ponto azeotrópico, sendo este com mínimo ponto de ebulição. O presente trabalho teve como objetivo otimizar o processo de separação desse binário homogêneo através da destilação pressure-swing com conexão intermediária (PSDIC). Para atingir o objetivo, o processo PSDIC foi simulado utilizando o software Aspen Plus® e a otimização foi realizada utilizando o método do Algoritmo de Recozimento Simulado (SAA), implementado em uma toolbox no Matlab®. Nove variáveis, divididas entre operacionais e de projeto, foram otimizadas simultaneamente, de modo a se obter um cenário otimizado para o processo PSDIC em termos do Custo Anual Total (TAC). A configuração com a melhor TAC apresentou uma economia de 4,47% ao ano e uma redução na carga térmica da coluna de alta pressão em 2,47%, em relação à configuração base. A inserção da corrente de conexão intermediária contribuiu para a redução da TAC para o processo avaliado.
Referências
Battisti, R., Claumann, C. A., Marangoni, C., & Machado, R. A. (2019). Optimization of pressure-swing distillation for anhydrous ethanol purification by the simulated annealing algorithm. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 36, 453-469.
Ben-Ameur, W. (2004). Computing the initial temperature of simulated annealing. Computational optimization and applications, 29(3), 369-385.
Biddulph, M.W. (2002). Distillation In Practice - From Design To Trouble-Shooting. International Conference On Distillation And Absorption, Baden-Baden, Germany.
Cerny, V. (1985) A thermodynamical approach to the traveling salesman problem: An efficient simulated algorithm. Journal of Optimization Theory and Applications, 45, 41–51.
Frank, T. C. (1997). Break azeotropes with pressure-sensitive distillation. Chemical engineering progress, 93(4), 52-63.
Kirkpatrick, S., Gelatt, C.D., Vecchi, M.P. (1983) Optimization by simulated annealing. Science, 220, 671–680.
Knapp, J. P. (1991). Exploiting Pressure Effects In The Distillation Of Homogeneous Azeotropic Mixtures. 285 F. Tese (Doutorado Em Filosofia), University Of Massachusetts, Ann Arbor.
Lewis, W. K. (1928) Dehydration Alcohol And The Like. 1,676,700, 10/Julho.
Lladosa, E., Montón, J. B., Burguet, M., & Muñoz, R. (2007). Effect of pressure and the capability of 2-methoxyethanol as a solvent in the behaviour of a diisopropyl ether–isopropyl alcohol azeotropic mixture. Fluid phase equilibria, 262(1-2), 271-279.
Logsdon, J. E.; Loke, R. A. (2000). Isopropyl Alcohol. Kirk−Othmer Encyclopedia Of Chemical Technology; Wiley: New York.
Luo, H., Liang, K., Li, W., Li, Y., Xia, M., & Xu, C. (2014). Comparison of pressure-swing distillation and extractive distillation methods for isopropyl alcohol/diisopropyl ether separation. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53(39), 15167-15182.
Luyben, W. L. (2013). Distillation Design and Control Using Aspen Simulation. Wiley.
Luyben, W. L. (2021). Importance of pressure-selection in pressure-swing distillation. Computers & Chemical Engineering, 149, 107279.
Muñoz, R., Montón, J. B., Burguet, M. C., & De la Torre, J. (2006). Separation of isobutyl alcohol and isobutyl acetate by extractive distillation and pressure-swing distillation: Simulation and optimization. Separation and purification technology, 50(2), 175-183.
Roscoe, H. E., & Dittmar, W. (1860). XV.—On the absorption of hydrochloric acid and ammonia in water. Quarterly Journal of the Chemical Society of London, 12(1), 128-151.
Sholl, D. S., & Lively, R. P. (2016). Seven chemical separations to change the world. Nature, 532(7600), 435-437.
Tututi-Avila, S., Medina-Herrera, N., Hahn, J., & Jiménez-Gutiérrez, A. (2017). Design of an energy-efficient side-stream extractive distillation system. Computers & Chemical Engineering, 102, 17-25.
Wang, C., Jia, M., Bai, Z., Shi, M., Chen, X., Fan, J., & Dai, F. (2020). The separation of isopropyl alcohol from diisopropyl ether system using glycols: phase equilibrium and rigorous correlation. The Journal of Chemical Thermodynamics, 150, 106230.
Wang, S. J., Wong, D. S., & Yu, S. W. (2008). Effect of entrainer loss on plant-wide design and control of an isopropanol dehydration process. Industrial & engineering chemistry research, 47(17), 6672-6684.
Wang, Y., Ma, K., Yu, M., Dai, Y., Yuan, R., Zhu, Z., & Gao, J. (2018). An improvement scheme for pressure-swing distillation with and without heat integration through an intermediate connection to achieve energy savings. Computers & Chemical Engineering, 119, 439-449.
Wasylkiewicz, S. K., Kobylka, L. C., & Castillo, F. J. (2003). Pressure sensitivity analysis of azeotropes. Industrial & engineering chemistry research, 42(1), 207-213.
Zhao, Y., Ma, K., Bai, W., Du, D., Zhu, Z., Wang, Y., & Gao, J. (2018). Energy-saving thermally coupled ternary extractive distillation process by combining with mixed entrainer for separating ternary mixture containing bioethanol. Energy, 148, 296-308.
Zhu, X., Zhao, X., Zhang, Z., Ma, Z., Gao, J. (2021) Optimal Design And Control Of And Energy-Efficient Triple-Side-Stream Quaternary Extractive Distillation Process. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification.
Zhu, Z., Xu, D., Jia, H., Zhao, Y., & Wang, Y. (2017). Heat integration and control of a triple-column pressure-swing distillation process. Industrial & Engineering Chemistry Research, 56(8), 2150-2167.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2022 Lucas Medeiros da Silva; Marcos Cesar Martins Júnior; Wagner Brandão Ramos
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.