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Type: Tese
Title: Avaliação de modelos preditivos para a estimativa de propriedades físicas de ésteres de ácidos graxos
Title in English: Evaluation of predictive models for the estimation of physical properties of fatty acid esters
Authors: Evangelista, Nathan Sombra
Advisor: Sant'Ana, Hosiberto Batista de
Co-advisor: Carmo, Frederico Ribeiro do
Keywords: Engenharia química;Biodiesel;Ácidos graxos;Group contribution;Property estimation;Fatty acid alkyl esters
Issue Date: 2018
Citation: EVANGELISTA, N. S. Avaliação de modelos preditivos para a estimativa de propriedades físicas de ésteres de ácidos graxos. 2018. 116 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Brazilian Portuguese: O conhecimento de propriedades físico-químicas de ésteres alquílicos de ácidos graxos é crucial para o projeto e otimização de processos envolvendo biodiesel. Dentre tais, são de grande relevância a temperatura normal de ebulição, temperatura e pressão críticas, fator acêntrico, pressão de vapor e entalpia de vaporização. Embora já existam dados confiáveis destas propriedades para alguns ésteres, suas determinações experimentais são dispendiosas e requerem muito esforço, dada a dificuldade de obter os compostos na forma pura e de levá-los a condições severas de temperatura. Desta forma, torna-se necessária a aplicação de modelos termodinâmicos. Neste trabalho, avaliou-se meticulosamente diversos métodos preditivos capazes de estimar as propriedades anteriores para ésteres metílicos e etílicos de ácidos graxos. Todos os métodos estudados são baseados no conceito de Contribuição de Grupos ou no Princípio dos Estados Correspondentes. A acurácia dos modelos foi analisada confrontando-se os valores calculados com dados experimentais obtidos da literatura. Especificamente para a temperatura normal de ebulição, a temperatura crítica, a pressão crítica e o fator acêntrico, foi analisada a plausibilidade de combinação dos valores estimados e experimentais considerando o comportamento físico esperado para pares de ésteres correspondentes e para ésteres pertencentes às mesmas séries homólogas. Os resultados para pressão de vapor indicam que os modelos podem gerar resultados fora dos limites aceitáveis para os cálculos de engenharia. Desta forma, foram propostas correlações de Antoine e de Wagner para diferentes ésteres. As constantes de Wagner foram obtidas por uma metodologia especial, que permite as suas extrapolações para além dos intervalos de temperaturas utilizados na regressão. Uma análise comparativa dos parâmetros aqui propostos frente àqueles reportados por outros autores encoraja o uso dos novos valores em aplicações futuras. Para todas as propriedades, espera-se que os resultados deste trabalho sirvam como um guia para selecionar modelos termodinâmicos em simulações de processo envolvendo biodiesel.
Abstract: To design and optimize processes involving biodiesel, knowledge of a variety of physicochemical properties of fatty acid alkyl esters is crucial. Among these properties, the following ones are of great importance: normal boiling temperature, critical temperature, critical pressure, acentric factor, vapor pressure, and enthalpy of vaporization. Although reliable data are already available for some esters, experimental determination of these properties for all the existing biodiesel components is an expensive and hard task. The reasons include the difficulty in obtaining the esters in pure forms and in carrying out the experiments, because these substances degrade at severe temperatures. Hence, the application of thermodynamic models becomes essential. In this work, predictive models capable of estimating the previous properties for fatty acid methyl esters and fatty acid ethyl esters have been meticulously compared. All the models studied are based on the Group Contribution concept or on the Corresponding States Principle. The accuracy of each model was tested by comparing its output values to experimental data obtained in a literature survey. Specifically for normal boiling temperature, critical temperature, critical pressure, and acentric factor, the estimation models were also tested in terms of the plausibility of combining experimental and calculated values without violating the expected physical behavior for corresponding pairs of esters and for esters belonging to the same homologous series. The results for vapor pressures indicate that the models may generate estimates outside the desirable accuracy for engineering calculations. For this reason, component-specific parameters for Antoine and Wagner vapor pressure correlations have been proposed. The Wagner constants were generated by using a special methodology, which allows their extrapolations beyond the limits used in the data correlation. A comparative analysis of the results produced by the proposed parameters and by others available in the literature encourages the use of this work’s values in future applications. For all properties, it is expected that the reported results become a guidance for selecting thermodynamic models in process simulation involving biodiesel.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30024
Appears in Collections:DEQ - Teses defendidas na UFC

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