A destilação molecular foi a metodologia escolhida para concentração de compostos insaturados do óleo de girassol. Inicialmente, foram apresentadas as propriedades físico- químicas do óleo em estudo, apresentando valores de viscosidade, índice de iodo e índice de acidez em concordância com a literatura.
A metodologia de planejamento de experimentos, tendo como variáveis de estudo a temperatura do evaporador e temperatura do condensador foi realizada com sucesso. Foi possível observar que para temperaturas do evaporador nos níveis superiores, foram obtidas os menores percentuais de resíduo. Essa variável mostrou-se como a mais significativa sobre a resposta do percentual de resíduo obtido. A temperatura do condensador, no entanto, mostrou uma pequena influência sobre a resposta observada.
Foi possível perceber, diante dos gráficos de “split ratio”, que para a menor vazão de alimentação (1 mL/min) e maior temperatura do evaporador (110 °C), obteve-se o maior percentual de destilado, comprovando que para tempos de residência curtos, o material fica exposto ao aquecimento por um período maior de tempo.
Através do estudo da influência da temperatura do evaporador sobre a concentração de compostos insaturados, obteve-se que a temperatura de 90 °C mostrou-se como a melhor condição estudada, concentrando 82,21% de componentes insaturados na corrente de resíduo. As curvas de eliminação dos ésteres metílicos do ácido oleico e linoleico foram apresentadas, mostrando as temperatura características nas quais é possível volatilizar e condensar grande parte de cada componente.
A simulação permitiu avaliar o comportamento do óleo durante a destilação molecular. Através dos perfis de concentração obtidos, verificou-se que na menor vazão de alimentação analisada (1 mL/min) obteve-se a maior eliminação dos componentes presentes no óleo. Obtiveram-se ainda os perfis de temperatura, velocidade e espessura do filme líquido. Observou-se que em 0,15 m de comprimento, o filme líquido atingiu a temperatura do evaporador (105 °C), permanecendo até o final do percurso (0,30 m). O perfil de velocidade do filme líquido mostrou um considerável aumento no início do percurso, mas ao atingir 0,075 m de comprimento, decresce devido ao atrito do óleo com as paredes do evaporador. A espessura do filme líquido diminui de forma acentuada no início do percurso, em virtude da evaporação dos compostos mais voláteis.
Os objetivos propostos neste trabalho foram atingidos, uma vez que foi possível caracterizar, experimentalmente, o óleo e as correntes produzidas pelo processo, bem como
concentrar os compostos insaturados em uma das correntes. Além disso, foi possível simular o comportamento do óleo no processo de destilação molecular.
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APÊNDICE
TABELA AI: DADOS DE ENTRADA PARA O DESTILADOR MOLECULAR ESTUDADO.
DADOS DE ENTRADA
Parâmetro Valor Unidade
Área da superfície de evaporação 0,083 m2
Comprimento do evaporador 0,30 m
Distância entre as superfícies de evaporação e condensação 0,022 m
Pressão de vácuo 30 Pa
Pressão residual 101325 Pa
Raio interno do evaporador 0,042 m
Raio interno do condensador 0,02 m
Temperatura da parede do evaporador 378,15 K
Temperatura de entrada 333,15 K
Taxa de alimentação típica 0,00244 kg/s
Constante dos gases (Rg) 8314,46 J/kmol K
F 0,3226 -
Ka 1,28387 -
N 5 -
Β 0,03 M
ФM 293,34 -
Massa especifica da mistura (rmis) 883,7 kg/m3
Aceleração gravitacional (g) 9,812 m2/s
Divisão do comprimento 100 -
Divisão do raio 20 -
Condutividade térmica da mistura a destilar 0,095 W/m K
Calor específico da mistura a destilar 2152,45 J/Kg K
Difusividade térmica de mistura a destilar 5,02E-08 m2/s
ANEXO
Equações de cálculo de propriedades físico-químicas, termodinâmicas e de transporte do óleo vegetal.
Temperatura normal de ebulição pelo método Nannoolal.
= , ∑= + , + , (AI) , = ∑ ∑ > = (AII) Onde:
é a temperatura normal no ponto de bolha (K); é o número de átomos exceto hidrogênio;
é o número de ocorrências do grupo i; N é o número de grupos;
= ΣΔTb = contribuição de grupo (PERRY, 1963)
Densidade do líquido pelo método Rackett.
ρi = RTPCMi
CZRA (AIII)
γ = + − T ⁄ (AIV)
ρm = ∑ wiρi (AV)
Onde:
Pc é a pressão crítica de cada pseudo-componente (bar); Mi é a massa molar de cada psedo-componente (g/mol); wi é a fração mássica de cada pseudo-componente; R é constante do gas ideal a cm³ bar/mol K;
Tc é a temperatura crítica de cada pseudo-componente (K); ZRA é o fator de compressibilidade crítico.
Temperatura crítica pelo método Joback.
TCi = T i[ , + , ∑ ∆T− ∑ ∆T ]
−
(AVI) Onde :
Tbi é a temperatura normal no ponto de bolha (K) ; ΣΔT é dada pela contribuição de grupo (PERRY, 1963).
Pressão crítica pelo método Joback.
PCi = , + , ∙ nA− ∑ ∆P
−
(AVII) Onde :
nA é o número de átomos na molécula;
ΣΔP é dada pela contribuição de grupo (PERRY, 1963).
Fator acêntrico pelo método descrito por Chen (POLING, PRAUSNITZ E O’ωONNELL, β004). = − � , + (AVIII) Onde: =− , � + , � , − , � , − , � (AIX) =− , � + , � , − , � , − , � (AX) � = − (AXI)
Pressão de vapor dos pseudo-componentes pelo Método Riedel.
Em que : D = K − , (AXIII) C = − D (AXIV) B = − D (AXV) A = D (AXVI) = , K ψ + ln PC , K ψ − lnT (AXVII) ψ = − + T + lnT − T (AXVIII) T =TT C (AXIX) P =PP C (AXIX) Onde: Pr é a pressão reduzida; Tr é a temperatura reduzida;
Tbr é a temperatura normal de ebulição reduzida;
, αc, A, B, C, D são as constantes da equação de Riedel;
K é uma constante.
Entalpia de vaporização dos pseudo-componentes pelo método Riedel (POLING, PRAUSNITZ E O’ωONNELL, β004).
ΔHV= ΔHV (TTC− T C− T )
,
(AXXI)
Onde :
ΔHVb = entalpia de vaporização à temperatura normal de ebulição (J/mol);
ΔHV = entalpia de vaporização (J/mol).
Condutividade térmica dos pseudo-componentes pelo método Baroncini (POLING, PRAUSNITZ E O’ωONNELL, β004). λ = A T M− T C− − T , T / (AXXII) λm = ∑ wiλi (AXXIII) Onde : λ é a condutividade térmica (W/m K);
λm = condutividade térmica da mistura (W/m K);
wi é a fração mássica de cada pseudo-componente; M é a massa molar (g/mol);
A, α, e ϒ são obtidos conforme Perry, (196γ).
Difusividade dos pseudo-componentes pelo método Wilke-Chang (POLING, PRAUSNITZ E O’ωONNELL, β004).
DAm = , ∙ − ϕM / T
ηmVA,
(AXXIV)
Onde:
DAm é o coeficiente de difusão efetiva do pseudo-componente q na mistura (cm²/s);
ϕ é o fator de associação da mistura, com um valor de 1,0 para misturas de
hidrocarbonetos;
T e a temperatura da mistura (K);
ηm é a viscosidade dinâmica da mistura (cP);
Viscosidade pela equação de Andrade (PERRY,1963). � = � ( + ) (AXXV) Onde : η é a viscosidade (cP); A, B são constates; T é a temperatura (K).
Capacidade calorífica pelo método Ruzicka-Domalski.
CP= R A + B ( T ) + D ( T ) (AXXVI) A = ∑ niai N i= (AXXVII) B = ∑ nibi N i= (AXXVIII) D = ∑ nidi N i= (AXXIX) CPm= ∑ wiCPi (AXXX) Onde:
CP é a capacidade calorífica (J/ mol K);
CPm é a capacidade calorífica da mistura (J/ mol K);
A, B D = somatório das contribuições dos grupos; T é a temperatura (K);
ni é o número de ocorrências do grupo i;