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Modelagem termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor de sistemas etanol + água + etilenoglicol para obtenção de etanol anidro

This work is based on the study and thermodynamic modeling of the liquid-vapor equilibrium, formed by the ternary mixture of ethanol + water + ethyleneglycol, aiming to obtain ethanol in its anhydrous form. This mixture's study becomes important because the difficulties encountered in dehydrati...

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Autor principal: Airolde, João Pedro Rodrigues
Formato: Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2022
Assuntos:
Termodinâmica
Equilíbrio químico
Gibbs, Energia livre de
Thermodynamics
Chemical equilibrium
Gibbs' free energia
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28854
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spelling riut-1-288542022-06-21T06:06:28Z Modelagem termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor de sistemas etanol + água + etilenoglicol para obtenção de etanol anidro Thermodynamic modeling of liquid-vapor equilibrium of ethanol + water + ethyleneglycol systems to obtain anhydrous ethanol Airolde, João Pedro Rodrigues Zuber, Andre Zuber, Andre Nicolin, Douglas Junior Di Domenico, Michele Termodinâmica Equilíbrio químico Gibbs, Energia livre de Thermodynamics Chemical equilibrium Gibbs' free energia CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA This work is based on the study and thermodynamic modeling of the liquid-vapor equilibrium, formed by the ternary mixture of ethanol + water + ethyleneglycol, aiming to obtain ethanol in its anhydrous form. This mixture's study becomes important because the difficulties encountered in dehydrating ethanol due to the formation of an azeotrope between ethanol and water in compositions close to 95% by mass. In addition to its hydrated form, ethanol has a wide application of its anhydrous form, which must have a high degree of purity, being it 99% by mass. Some alternative processes to simple continuous distillation are applied to make it possible to acquire such purity, and among the most used processes are extractive and azeotropic distillation. Both have the addition of a third component to act as a solvent modifying the characteristics of the mixture and breaking the azeotropy, making it possible to obtain the anhydrous ethanol. In this work, the modeling of this system was performed from experimental data of binary and ternary pairs, in EXCEL® software with the aid of the thermodynamic supplement XSEOS© and computational tool Solver, present in the software, through the gamma-phi approach considering the vapor phase as ideal and, for the liquid phase, applying excess Gibbs energy models in the calculation of the activity coefficient, such as NRTL, Wilson, and UNIQUAC, allowing to obtain the binary interaction parameters for the species under study, to subsequently predicting the conditions of liquid – vapor equilibrium and study the influences of ethyleneglycol as a solvent. The realization of the modeling showed the solvents’ ability to separate the ethanol + water mixture, breaking the azeotrope to compositions greater than 0,1 molar. Este trabalho fundamenta-se na realização do estudo e modelagem termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor, formado pela mistura ternária etanol + água + etilenoglicol, visando a obtenção do etanol na sua forma anidra. O estudo desta mistura torna-se importante por consequência das dificuldades encontradas para efetuar a desidratação do etanol, devido a formação de um azeótropo entre o etanol e água em composições próximas à 95% em massa. Além da sua forma hidratada, o etanol possui ampla aplicação da sua forma anidra, a qual deve apresentar elevado grau de pureza, sendo este de 99% em massa. Alguns processos alternativos a destilação contínua simples são aplicados para possibilitar adquirir tal pureza, e, entre os processos mais utilizados, estão a destilação extrativa e azeotrópica. Ambas apresentam a adição de um terceiro componente para atuar como solvente modificando as características da mistura e quebrando a azeotropia, possibilitando obter o etanol anidro. Neste trabalho, a modelagem deste sistema foi realizada a partir de dados experimentais os pares binários e ternários, no software EXCEL® com auxílio do suplemento termodinâmico XSEOS© e ferramenta computacional Solver, presentes no software, por meio da abordagem gamma-phi considerando a fase vapor como ideal e a para a fase líquida aplicando modelos de energia de Gibbs em excesso no cálculo do coeficiente de atividade, como o NRTL, Wilson e UNIQUAC, permitindo obter os parâmetros de interação binário para as espécies em estudo, para posteriormente efetuar a predição das condições de equilíbrio líquido-vapor e estudo da influência do etilenoglicol como solvente. A realização da modelagem permitiu evidenciar a capacidade do solvente de separar a mistura etanol + água, quebrando o azeótropo para composições superiores a 0,1 molar. 2022-06-20T18:08:15Z 2022-06-20T18:08:15Z 2021-12-08 bachelorThesis AIROLDE, João Pedro Rodrigues. Modelagem termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor de sistemas etanol + água + etilenoglicol para obtenção de etanol anidro. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2021. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28854 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Francisco Beltrao Brasil Engenharia Química UTFPR
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Airolde, João Pedro Rodrigues
Modelagem termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor de sistemas etanol + água + etilenoglicol para obtenção de etanol anidro
description This work is based on the study and thermodynamic modeling of the liquid-vapor equilibrium, formed by the ternary mixture of ethanol + water + ethyleneglycol, aiming to obtain ethanol in its anhydrous form. This mixture's study becomes important because the difficulties encountered in dehydrating ethanol due to the formation of an azeotrope between ethanol and water in compositions close to 95% by mass. In addition to its hydrated form, ethanol has a wide application of its anhydrous form, which must have a high degree of purity, being it 99% by mass. Some alternative processes to simple continuous distillation are applied to make it possible to acquire such purity, and among the most used processes are extractive and azeotropic distillation. Both have the addition of a third component to act as a solvent modifying the characteristics of the mixture and breaking the azeotropy, making it possible to obtain the anhydrous ethanol. In this work, the modeling of this system was performed from experimental data of binary and ternary pairs, in EXCEL® software with the aid of the thermodynamic supplement XSEOS© and computational tool Solver, present in the software, through the gamma-phi approach considering the vapor phase as ideal and, for the liquid phase, applying excess Gibbs energy models in the calculation of the activity coefficient, such as NRTL, Wilson, and UNIQUAC, allowing to obtain the binary interaction parameters for the species under study, to subsequently predicting the conditions of liquid – vapor equilibrium and study the influences of ethyleneglycol as a solvent. The realization of the modeling showed the solvents’ ability to separate the ethanol + water mixture, breaking the azeotrope to compositions greater than 0,1 molar.
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