Estudo computacional de recuperação de acetona no processo de produção de fibras de acetato de celulose
Data
2024-07-30
Autores
Ruas, Camila Vieira 
Orientadores
Falleiro, Rafael Mauricio Matricarde
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
Em determinadas indústrias têxteis a acetona é utilizada como solvente na produção de fibras de acetato de celulose, como não é agregada ao produto, é necessária sua recuperação no final do processo, principalmente por fatores econômicos e ambientais. Com o aumento do apelo por operações mais sustentáveis e utilização responsável de recursos naturais, a busca por processos com desempenho mais eficiente, com menores consumos energéticos e de matéria prima, têm se tornado metas globais em diversos países, principalmente no setor industrial. O presente trabalho realizou um estudo do processo de destilação com modulação de pressão da acetona/água, de uma planta de produção de fibras de acetato de celulose e realizou uma análise de sensibilidade dos principais parâmetros de processos (vazão de vapor, razão de refluxo e pressão das colunas), com objetivo de avaliar o melhor condições operacionais relativo a consumos energéticos e especificações de processo. Como alternativa, é apresentado um estudo de substituição da destilação com modulação de pressão por Extração Líquido-Líquido, utilizando o solvente 3-metil-hexano. Usando o conjunto de parâmetros NRTL-RK no ambiente computacional ASPEN Plus®, o modelo proposto representou satisfatoriamente a operação do sistema, sendo a recuperação de 98,9% de acetona. A análise de sensibilidade do sistema de destilação com modulação de pressão permitiu definir o melhor ponto de operação do processo, definindo conjuntamente pressão, razão de refluxo e vazão de vapor, considerando reduzir o consumo de energia, atingindo uma pureza 97,0% e vazão 3964 kg/h. O sistema de destilação com modulação de pressão conseguiu operar com uma redução de consumo de vapor de 15,6%, quando operado a 4,4 bar na coluna de maior pressão, 1,03 bar na coluna de menor pressão, ajustando as razões de refluxo em 1,75 na coluna de maior pressão e 1,8 na coluna de menor pressão. A simulação do sistema de recuperação de acetona por Extração Líquido-Líquido reportou as correntes de extrato e refinados dentro das especificações da planta (pureza acima de 97% no destilado e acetona menor que 70 ppm na água que retorna ao processo), com recuperação de acetona com pureza acima de 99,4%, utilizando como dados as vazões e concentrações praticadas na destilação com modulação de Pressão. O sistema de Extração Líquido-Líquido é uma alternativa ao sistema de modulação de pressão para separação de água e acetona, porém ainda precisa ser otimizado para obter melhores consumos energéticos.
In certain textile industries, acetone is used as a solvent in the production of cellulose acetate fibers. As it is not added to the product, it is necessary to recover it at the end of the process, due to economic and environmental factors. With the increasing call for more sustainable operations and responsible use of natural resources, the search for processes with more efficient performance, with lower energy and raw material consumption, have become global goals in several countries, in the industrial sector. The present work carried out a study of the distillation process with pressure modulation of acetone/water, of a cellulose acetate fiber production plant and carried out a sensitivity analysis of the main process parameters (steam flow rate, reflux rate and column pressure), with the aim of evaluating the best working point regarding energy consumption and process specifications. As an alternative, a study is presented to replace distillation with pressure modulation by Liquid - Liquid Extraction, using the solvent 3-methylhexane. Using the NRTL-RK parameter set in the ASPEN Plus® computational environment, the proposed model satisfactorily represented the system operation, with 98.9% acetone recovery. The sensitivity analysis of the distillation system with pressure modulation allowed defining the best operating point of the process, jointly defining pressure, reflux rate and steam flow, considering reducing energy consumption, reaching a purity of 97.0% and flow 3964 kg/h. The pressure modulation distillation system was able to operate with a reduction in steam consumption of 15.6%, when operated at 4.4 bar in the highest-pressure column, 1.03 bar in the lowest pressure column, by adjusting the distillation rates. refluxes of 1.75 in the highest-pressure column and 1.8 in the lowest pressure column. The simulation of the acetone recovery system by Liquid Extraction - Liquid reported the extract and refined streams within the plant's specifications (purity above 97% in the distillate and acetone less than 70 ppm in the water returning to the process), with recovery of acetone with purity above 99.4%, using as data the flow rates and concentrations practiced in distillation with pressure modulation. The Liquid-Liquid Extraction system is an alternative to the pressure modulation system for separating water and acetone, but it still needs to be optimized to obtain better energy consumption.
In certain textile industries, acetone is used as a solvent in the production of cellulose acetate fibers. As it is not added to the product, it is necessary to recover it at the end of the process, due to economic and environmental factors. With the increasing call for more sustainable operations and responsible use of natural resources, the search for processes with more efficient performance, with lower energy and raw material consumption, have become global goals in several countries, in the industrial sector. The present work carried out a study of the distillation process with pressure modulation of acetone/water, of a cellulose acetate fiber production plant and carried out a sensitivity analysis of the main process parameters (steam flow rate, reflux rate and column pressure), with the aim of evaluating the best working point regarding energy consumption and process specifications. As an alternative, a study is presented to replace distillation with pressure modulation by Liquid - Liquid Extraction, using the solvent 3-methylhexane. Using the NRTL-RK parameter set in the ASPEN Plus® computational environment, the proposed model satisfactorily represented the system operation, with 98.9% acetone recovery. The sensitivity analysis of the distillation system with pressure modulation allowed defining the best operating point of the process, jointly defining pressure, reflux rate and steam flow, considering reducing energy consumption, reaching a purity of 97.0% and flow 3964 kg/h. The pressure modulation distillation system was able to operate with a reduction in steam consumption of 15.6%, when operated at 4.4 bar in the highest-pressure column, 1.03 bar in the lowest pressure column, by adjusting the distillation rates. refluxes of 1.75 in the highest-pressure column and 1.8 in the lowest pressure column. The simulation of the acetone recovery system by Liquid Extraction - Liquid reported the extract and refined streams within the plant's specifications (purity above 97% in the distillate and acetone less than 70 ppm in the water returning to the process), with recovery of acetone with purity above 99.4%, using as data the flow rates and concentrations practiced in distillation with pressure modulation. The Liquid-Liquid Extraction system is an alternative to the pressure modulation system for separating water and acetone, but it still needs to be optimized to obtain better energy consumption.