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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Avaliação hidrodinâmica e transferência de massa em uma coluna de absorção recheada para o sistema acetona-água
metadata.dc.creator: Lima, João Carlos Ferreira
metadata.dc.contributor.advisor1: Góis, Luiz Mário Nelson de
metadata.dc.contributor.advisor2: Mattedi, Silvana
metadata.dc.contributor.referee1: Marques, José Jailton
metadata.dc.contributor.referee2: Gois, Luiz Mário Nelson de
metadata.dc.contributor.referee3: Santos, Luiz Carlos Lobato dos
metadata.dc.contributor.referee4: Mattedi, Silvana
metadata.dc.description.resumo: O presente estudo relaciona dados hidrodinâmicos e análise do comportamento de transferência de massa em uma coluna de absorção gasosa com recheio do tipo anéis de Raschig de vidro. A hidrodinâmica de coluna recheada é entendida como todo comportamento do escoamento das fases no seu interior, tendo as diversas variedades de vazões das fases, velocidade de agitação e até mesmo da geometria do sistema. Dessa forma, o intuito foi estudar a aplicação de coluna de absorção para o tratamento de gases, como compostos orgânicos voláteis, descrevendo as perdas de carga e definições de parâmetros para esta aplicação. No conjunto experimental inicial, as análises foram feitas por um sistema líquido-gás (água-ar), utilizando a correlações com base na literatura para o teste em leito seco, e para o leito molhado a exemplo do método de Prahl (1970), onde foram testados 5 valores de vazão de água na faixa entre 0,72 L/min a 1,41 L/min, enquanto que as vazões de ar, desta etapa, teve como base as mesmas que tinham sido utilizadas nos testes com leito seco, totalizando 45 experimentos. Finalizado o procedimento hidrodinâmico, foi iniciado o processo de transferência de massa, sendo possível encontrar regiões experimentais, a partir da metodologia de superfície de resposta (MSR), utilizado para avaliar os fatores que influenciam na variável resposta da concentração de acetona em água. Para esse segundo grupo experimental, relacionado com transferência de massa, utilizou-se um planejamento estatístico fracionado com mais três repetições no ponto central (PC), totalizando 19 experimentos, contando como parâmetro a vazão da fase leve (Qd), a vazão da fase pesada (Qc), temperatura (T) e tempo (t), consideradas variáveis independentes. Com a hidrodinâmica realizada, foram determinadas as condições operacionais ótimas para o sistema, como vazões de entrada da fase líquida e gasosa, e perdas de carga. Três regiões de operação foram encontradas, bem como o ponto crítico de operação, onde ocorre a estabilização da diferença de pressão na coluna. Obtido também o ponto de inundação e o ponto de carga situados entre 3,0 e 4,0 L/min das vazões molares de ar. Por fim, um modelo empírico foi desenvolvido com o intuito de correlacionar a queda de pressão da coluna com os parâmetros operacionais. Com esse modelo, percebeu-se uma diminuição média dos erros de 15%, quando feito comparação de resultados pelo método de Prahl (1970) utilizado. Após o procedimento de transferência de massa, e a realização do planejamento experimental, a MSR trouxe informações fundamentais que ajudaram no entendimento do processo de absorção, como exemplo do perfil significativo da interação das variáveis Qd e Qc, apresentando um salto maior, em comparação às outras combinações.Com a MSR estudada foi desenvolvida duas outras equações empíricas, agora objetivada para encontrar valores de concentração de acetona em água e taxa de remoção de acetona. Dessa forma, compilar as informações obtidas pelo estudo hidrodinâmico juntamente com os dados obtidos na transferência de massa, serviu como base de dados comportamental para a coluna, sendo possível assim o desenvolvimento de duas novas equações empíricas, bem como comprovar a eficácia dos métodos de análises expostos na literatura com base na comparação de resultados. Esse estudo trouxe uma oportunidade de continuidade ao projeto de tratamento de gases, como previsto no projeto geral da pesquisa.
Abstract: The present study relates hydrodynamic data and analysis of the mass transfer behavior in a gas absorption column with glass Raschig ring type packing. The hydrodynamics of a packed column is understood as all the behavior of the flow of phases inside it, with the various varieties of phase flow rates, stirring speeds and even the geometry of the system. Thus, the intention was to study the application of absorption column for the treatment of gases, such as volatile organic compounds, describing the pressure drop and parameter definitions for this application. In the initial experimental set, the analyses were made by a liquid-gas system (water-air), using the correlations based on the literature for the dry bed test, and for the wet bed, following the Prahl's (1970) method, where 5 values of water flow rate were tested in the range from 0.72 L/min to 1.41 L/min, while the air flow rates, in this step, were based on the same ones that had been used in the dry bed tests, totaling 45 experiments. Once the hydrodynamic procedure was finished, the mass transfer process was started, and it was possible to find experimental regions, from the response surface methodology (RSM), used to evaluate the factors that influence the response variable of acetone concentration in water. For this second experimental group, related to mass transfer, a fractional statistical planning was used with three more repetitions in the central point (CP), totaling 19 experiments, counting as parameters the light phase flow rate (Qd), the heavy phase flow rate (Qc), temperature (T) and time (t), considered as independent variables. With the hydrodynamics performed, the optimal operational conditions for the system were determined, such as liquid and gas phase inlet flow rates, and head losses. Three operating regions were found, as well as the critical operating point, where the pressure difference in the column stabilizes. Also obtained were the flood point and the loading point situated between 3.0 and 4.0 L/min of the molar air flow rates. Finally, an empirical model was developed in order to correlate the column pressure drop with the operational parameters. With this model, it was noticed an average decrease of errors of 15%, when comparing results by the method of Prahl (1970) used. After the mass transfer procedure, and carrying out the experimental planning, MSR brought fundamental information that helped in the understanding of the absorption process, as an example of the significant profile of the interaction of the variables Qd and Qc, presenting a greater leap, in comparison to the other combinations.With the studied MSR two other empirical equations were developed, now aimed at finding values of acetone concentration in water and acetone removal rate.Thus, compiling the information obtained by the hydrodynamic study along with the data obtained in the mass transfer, served as a behavioral database for the column, thus making it possible to develop two new empirical equations, as well as to prove the effectiveness of the analysis methods exposed in the literature based on the comparison of results. This study brought an opportunity for continuity to the gas treatment project, as planned in the research general project.
Keywords: Inundação
Carga
Coluna recheada
Absorção
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
metadata.dc.publisher.initials: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Quimica (PPEQ) 
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39067
Issue Date: 15-Dec-2020
Appears in Collections:Dissertação (PPEQ)

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