Desenvolvimento de um sistema intensificado de separação e reação química com aplicação de conceitos de integração interna de calor Development of an intesified separation and chemical reaction system with application of internal heat integration concepts

Orientador: José Roberto Nunhez Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Na atualidade, os processos químicos estão sendo reinventados para aprimorar as técnicas de processamento, aumentar a eficiência e miniaturização das operações unitárias, esta corrente revolucionaria de processos é conhecida como Processos Intensificados (PI). Na Intensificação de Processos os equipamentos tradicionais são reformulados na performance tornando-o flexível considerando a união de operações em um equipamento, na diminuição do tamanho e custo em relação com os processos convencionais. Estas tecnologias resultam de grande potencial para processos de separação e de reações químicas. Nos últimos anos, conceitos de integração interna de calor estão sendo aplicados a operações de separação como proposta de processo intensificado com o intuito de resolver necessidades de consumo energético e necessidades do equilibro. Em consequência, este projeto contempla o estudo do sistema de destilação reativa, tendo como foco a avaliação e inclusão de conceitos de intensificação, visando a diminuição do consumo energético do sistema por meio do aproveitamento do calor gerado através de arranjos internos no sistema. Por tanto, foram desenvolvidas diferentes estudos termoquímicos e configurações de colunas reativas com incorporação de arranjos internos que permitam entender a possibilidade de transferência de calor em sistemas reativos endotérmicos e exotérmicos usando o simulador Aspen Plus V9® na síntese de TAME e Biodiesel. O trabalho apresenta uma inovação no desenvolvimento de uma nova configuração de coluna de destilação reativa modificada com integração interna de calor rM-HIDiC suportada em conceitos do sistema de destilação reativa com integração interna de calor r-HIDiC. O desenvolvimento do sistema intensificado foi atingido usando técnicas de simulação computacional e projeto hidráulico do processo. A disponibilidade de energia no processo foi calculada mantendo o grau de pureza de 98% para o TAME e 95 % para o Biodiesel, atingindo uma redução no consumo energético do 28% e 18% respectivamente da rM-HIDiC em relação com a destilação reativa ¿ RD Abstract: Nowadays, chemical processes are being reinvented to improve processing techniques, increase efficiency and miniaturization of unit operations, this revolutionary process stream is known as Intensified Processes (PI). In Process Intensification, the traditional equipment is reformulated in the performance making it flexible and considering the union of operations in an equipment, in the reduction of size and cost in relation to the conventional processes. These technologies result in great potential for separation processes and chemical reactions. In recent years, concepts of internal heat integration are being applied to separation operations as an intensified process proposal in order to solve energy consumption and balance needs. Consequently, this project contemplates the study of the reactive distillation system, focusing on the evaluation and inclusion of intensification concepts, aiming at reducing the energy consumption of the system by using the heat generated through internal arrangements in the system. Therefore, different thermochemical studies and configurations of reactive columns were developed with the incorporation of internal arrangements to understand the possibility of heat transfer in reactive endothermic and exothermic systems using Aspen Plus V9® simulator in the TAME and Biodiesel synthesis. The work presents an innovation in the development of a new configuration of reactive distillation column modified with internal integration of heat rM-HIDiC supported in concepts of the reactive distillation system with internal heat integration r-HIDiC. The development of the intensified system was achieved using computational simulation techniques and hydraulic process design. The energy availability in the process was calculated maintaining 98% pure for TAME and 95% for Biodiesel, 28% and 18% of reduction in energy consumption for rM-HIDiC relative to reactive distillation - RD Doutorado Engenharia Química Doutor em Engenharia Química