Modelagem e simulação do processo de separação de oleo de soja-hexano por evaporação

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Dailton de Freitas Rezende Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica Resumo: Até as duas primeiras décadas do século XX, a extração industrial de oleaginosas se fazia, exclusivamente pelo uso de prensas. As prensas, embora extraíssem um óleo de muito boa qualidade, deixavam resíduos no material sólido (torta) superiores, por exemplo a 5% para grãos como o de soja. Tais resíduos além de implicarem em perda de óleo, afetavam a qualidade da torta, que é também um dos produtos efluentes do extrator. A extração por solvente, por outro lado, é capaz de retirar o óleo, deixando resíduos inferiores a 1%. Após a extração, os sólidos são encaminhados ao dessolventizador e a micela (mistura óleo-solvente) ao sistema de destilação, composto por dois evaporadores em série e uma coluna de dessorção (stripping). A unidade de evaporação é uma das que mais demandam energia em uma planta de processamento. Assim, a modelagem matemática dinâmica deste processo com vistas à otimização do consumo energético e à avaliação do desempenho de políticas de controle torna-se um requisito decisivo para operação economicamente viável. O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um modelo dinâmico efetuando análises de sensibilidade paramétrica para um evaporador típico da indústria de extração de óleos vegetais, visando a otimização deste processo, ou seja, a recuperação máxima de solvente e o consumo mínimo de energia. A fim de analisar as condições de operação do sistema, propôs-se um modelo matemático do sistema de evaporação com base no de TONELLI et al. (1990), consistindo em balanços mássicos global e de óleo e de balanço energético em torno do sistema de evaporação. O programa simulador foi construído em linguagem FORTRAN. Este programa, a partir de informações tais como temperatura, pressão e concentração de alimentação, assim como de quais são os componentes envolvidos, calcula propriedades termodinâmicas tais como temperaturas de ebulição, capacidades térmicas e entalpias de misturas. Desse modo, um mínimo de informações são requeridas, permitindo simulações rápidas do processo de evaporação. O programa computacional elaborado permitiu simulações rápidas e com baixos erros numéricos para o processo de evaporação do solvente em uma unidade de dessolventização do óleo após extração convencional. Este programa permitiu ainda avaliações de efeitos para os fatores influentes na evaporação. Considerando-se a intensidade das perturbações realizadas e o nível central dos fatores, o fator fração mássica de óleo na entrada foi o que apresentou o maior efeito. Já a velocidade de escoamento do vapor de água de aquecimento foi o fator com o menor efeito no teor de óleo da micela efluente Abstract: Until the two first decades of century XX, the industrial extraction of oleaginosas were carried out exclusively by mechanical process. This process allow to extracted oil of very good quality, but it leads the left residues in the solid material (pie) to be very high, for example 5% for grains as of soy. Such residues besides implying in loss of oil, affected the quality of the pie, that is also one of the effluent products of the extractor. The extraction for solvent, on the other hand, is capable to remove the oil, leaving residues to be smaller (1%). After the extraction, the solids are directed to the dessolventizador and miscella (oil-solvent mixture) to the distillation system. Witch is composed by two evaporators in series and a stripping column. The unit of evaporation is one that demands for high energy consumption in a processing plant. Thus, the dynamic mathematical modeling of this process with sights to the reduction of the energy consumption and to the evaluation of the performance of control politics becomes a decisive requirement for economically viable operation. The general objective of this work is to develop a dynamic model of the process witch allow for parametric sensitivity analyze for a typical evaporator for the vegetal oil industry extraction. The aim is to have a tool for either process optimization or maximum recovery of solvent. The deterministic mathematical model is developed through mass and energy balance equation together with heat and mass transfer parameter correlations. The simulator was build up in FORTRAN. The software uses operational information as feed temperature, concentration and pressure witch allows for the calculation of the thermodynamic properties such as thermal temperatures of boiling, capacities and enthalpies of mixtures. In this way, a minimum of information is required, allowing fast simulations of the evaporation process. Through experimental design procedure applied to the deterministic model was possible to identify the main operational variables effects as well as the impact of the extraction array variables has on the process behaviors. The mass oil fraction in the feed was found to have the largest effect. The speed of the water vapor draining for the heating zone was the factor with the loweit effect in the oil miscella effluent Mestrado Desenvolvimento de Processos Químicos Mestre em Engenharia Química