dc.creator | Brondani, Michel | |
dc.date.accessioned | 2021-08-18T00:50:14Z | |
dc.date.available | 2021-08-18T00:50:14Z | |
dc.date.issued | 2019-12-16 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/21983 | |
dc.description.abstract | Distillation columns are classified as tray column, packing or mixed (hybrid)
depending of tower internal type placed inside. Tray internals are classified in with or
without downcomer and the simplest models of trays without downcomer are called
dual-flow. Dual-flow trays have advantages such as low cost, constructive simplicity
and self-cleaning capacity. However, have disadvantages as restricted operating
ranges for project and lower efficiency caused by flow instability due formation of
exclusive regions of liquid and vapor passage through the tray openings causing
phases segregation. Once distillation columns are important equipment to obtain raw
materials and products with high purity, improvement of such equipment becomes
necessary. This study evaluated the influence of hole diameter (d) and the free area
ratio (φ) of dual-flow tray on dry tray pressure drop (ΔPd) fluid dynamic parameter
through comparison of experimental, computational and predicted results by
correlations of literature. In sequence, was carried a study that proposed a new dualflow
tray geometry based on fractal concept and evaluated through multiphase flow
experiments. Fluid dynamic parameters evaluated were ΔPd, wet tray pressure drop
(ΔPw), foam height (H), clear liquid height (hCL), froth porosity (ε) and regime
formation on the tray. The last study evaluated the manufacture of tray and hybrid
distillation columns with dual-flow internals using the Life Cycle Assessment (LCA)
methodology in order to identify the column with the lowest impact about the
environment. Results showed that φ has a more pronounced effect than d on ΔPd
and a φ of 20% was indicated. Subsequent analysis showed that dual-flow tray with
φ of 20% and with 5 and 7 mm alternating diameters distributed in fractal shape
improved the tray operability, stabilizing the ΔPw and maintaining similar values of H,
hCL, ε and, regime formation on the tray to those obtained for the better conventional
dual-flow tray. The last evaluation performed showed that the hybrid distillation
column manufacturing reduced the environmental impacts by 15% compared to the
tray column manufacturing. This reduction is equivalent to the emission reduction of
180.7 kg CO2eq due to the replacement of stainless steel tray by Raschig packing of
polypropylene, in column rectification section. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Destilação | por |
dc.subject | Pratos dual-flow | por |
dc.subject | Geometria fractal | por |
dc.subject | Parâmetros fluidodinâmicos | por |
dc.subject | ACV (Avaliação do Ciclo de Vida) | por |
dc.subject | Distillation | eng |
dc.subject | Dual-flow trays | eng |
dc.subject | Fractal geometry | eng |
dc.subject | Fluid dynamics parameters | eng |
dc.subject | LCA (Life Cycle Assessment) | eng |
dc.title | Desenvolvimento de prato perfurado sem downcomer com geometria fractal: avaliação fluidodinâmica e ambiental | por |
dc.title.alternative | Development of perforated tray without downcomer with fractal geometry: fluid dynamic and environmental assessment | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | Colunas de destilação são classificadas como colunas de pratos, recheio ou mista
(híbrida) conforme o tipo de internos de torre colocados em seu interior. Os internos
do tipo prato são classificados em com e sem vertedouro (downcomer) e os modelos
mais simples de pratos sem downcomer são denominados dual-flow. Pratos dualflow
possuem vantagens como baixo custo, simplicidade construtiva e capacidade
autolimpante. No entanto, possuem desvantagens como restrição a faixas
operacionais de projeto e menor eficiência causada pela instabilidade de fluxo
devido a formação de regiões de passagem exclusiva de líquido e vapor através das
aberturas do prato segregando as fases. Uma vez que colunas de destilação são
equipamentos importantes para obtenção de matéria-prima e produtos com elevado
grau de pureza, a melhoria desses equipamentos se torna necessário. Este estudo
avaliou a influência do diâmetro do furo (d) e da fração de área livre do prato dualflow
(φ) sobre o parâmetro fluidodinâmico queda de pressão em prato seco (ΔPd)
através de comparação de resultados experimentais, computacionais e preditos por
correlações da literatura. Na sequência, foi realizado um estudo que propôs uma
nova geometria de prato dual-flow baseada no conceito fractal através de
experimentos em escoamento multifásico. Os parâmetros fluidodinâmicos avaliados
foram ΔPd, queda de pressão em prato molhado (ΔPw), altura de espuma (H), altura
de líquido claro (hCL), porosidade da espuma (ε) e regime formado sobre o prato. Por
fim, foi avaliado a manufatura de colunas de destilação de pratos e híbrida com
internos do tipo dual-flow através da aplicação da metodologia de Avaliação do Ciclo
de Vida (ACV) para identificar a coluna com menores impactos ao meio ambiente.
Os resultados mostraram que a φ tem efeito mais pronunciado que o d sobre a ΔPd
e uma φ de 20% foi indicada. A avaliação seguinte mostrou que o prato dual-flow
com φ de 20% e com diâmetros alternados de 5 e 7 mm distribuídos de forma fractal
melhorou a operacionalidade do prato, estabilizando a ΔPw e mantendo valores
similares de H, hCL e, regime formado sobre o prato aos obtidos para o melhor prato
dual-flow convencional. A última avaliação mostrou que a manufatura de uma coluna
de destilação híbrida reduziu os impactos ao meio ambiente em 15% quando
comparada com a manufatura de uma coluna de pratos. Essa redução equivale a
redução de emissões de 180,7 kg CO2eq devido a substituição dos pratos
confeccionados em aço inxodável por recheios do tipo anel de Raschig
confeccionados em polipropileno, na seção de retificação da coluna. | por |
dc.contributor.advisor1 | Hoffmann, Ronaldo | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4625067103734943 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Mayer, Flávio Dias | |
dc.contributor.advisor-co2 | Rasteiro, Maria da Graça Bontempo Vaz | |
dc.contributor.referee1 | Dotto, Guilherme Luiz | |
dc.contributor.referee2 | Castilhos, Fernanda de | |
dc.contributor.referee3 | Possani, Germano | |
dc.contributor.referee4 | Steffani , Evandro | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/1034346245467920 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Química | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |