Simulação da recuperação de químicos de condensados de licor fino

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo da recuperação de ácido acético e furfural de correntes diluídas de condensados da unidade de evaporação da Caima. Numa primeira fase foram pesquisados vários processos de separação, como a destilação, pervaporação e extração líquido-líquido, focando as respetivas potencialidades e desvantagens, de modo a averiguar o processo que melhor satisfaz o objetivo proposto. De entre os analisados, a extração líquido-líquido mostrou ser a melhor opção. Seguidamente foi necessário selecionar o solvente com as melhores características para separar esta mistura. Efetuou-se uma pesquisa exaustiva de entre 40 solventes, focando-se o coeficiente de distribuição, seletividade e a temperatura de ebulição. De todos, o MTBE foi o solvente que exibiu as propriedades mais promissoras. Posteriormente, simulou-se o processo de separação, recorrendo ao simulador ASPEN Plus. No entanto, antes de iniciar a simulação, foram ajustados os parâmetros binários do modelo UNIQUAC entre todos os componentes, com base em dados experimentais disponíveis na literatura e outros medidos neste trabalho, de modo a obter resultados fiáveis. Posto isto, efetuaram-se várias simulações e otimizações onde se determinou os parâmetros do extrator e das colunas de destilação envolvidas no processo, a fim de maximizar a recuperação dos produtos. De seguida, efetuou-se a integração energética do processo, através da análise Pinch, onde se concluiu ser necessário 3 permutadores de calor e uma utilidade fria para atingir os objetivos propostos e, desta forma, diminuir a dependência energética do processo em mais de 30 MJ/h. Por fim, efetuou-se a análise económica preliminar que mostrou que esta unidade de separação é economicamente viável para uma corrente de alimentação cujas frações mássicas em ácido acético e furfural sejam superiores a 1,5 % e 0,5 %, respetivamente.

The present work aims to study the acetic acid and furfural recovery from dilute streams of Caima’s evaporation unit. This work started with the analysis of different separation possibilities, among distillations, pervaporation and liquid-liquid extraction, with the objective to find the best process for this mixture, comparing its strengths and weakness. This study allowed to conclude that liquid-liquid extraction was the best option. Then, it was needed to find the best solvent for this separation. A preliminary selection was carry out considering distribution coefficient and selectivity of 40 solvents. Then, the selection took in account other properties like boiling point and relative volatilities. With this study, MTBE showed to be the most promissory solvent. Subsequently, this recovery process was simulated and optimized on ASPEN Plus. In order to obtain reliable results, UNIQUAC binary parameters of solvents were adjusted based on experimental data available in scientific articles or measured in this work. Afterwards, several simulations and optimizations took place in order to determine the parameters of extractor and distillation columns to maximize the recovery of acetic acid and furfural. Then, energy integration was perform through Pinch Analysis, setting the number of heat exchangers equal to three and using just one cold utility. Finally, a preliminary economic analysis revel that economic feasible is achieve for a feed whose acetic acid and furfural mass fraction exceed 1.5 % and 0.5 %, respectively.