Separação de misturas binarias por pervaporação e osmose inversa

Abstract

A Deus, autor do milagre da vida e de todas as coisas visíveis e invisíveis. A Jesus Cristo, princípio e fim de todas as coisas.Aos meus entes queridos, em especial aos meus pais, Francisco e Regina, pelos preciosos ensinamentos ao longo dos anos.À minha esposa Claudia e meus filhos, Beatriz e Bruno, verdadeiros milagres de Deus, pela paciência, afeto e amor verdadeiro. À Prof a . Dr a . Maria Regina Wolf Maciel, minha orientadora, pela sua orientação, incentivo, paciência e motivação. Pela colaboração principalmente nos momentos mais difíceis, onde seu incentivo e apoio foram fundamentais. Aos meus colegas de laboratório Cristiano, Mario e Wilson, pelo apoio e colaboração, fundamentais quando a distância é um obstáculo a mais a ser transposto. Aos amigos Claudiomiro Renato, Roseli e Valéria que me ajudaram muito à distância. À Faculdade de Engenharia Química da UNICAMP e a todos os professores, que contribuíram para o meu desenvolvimento profissional. vii RESUMONeste trabalho de tese, foram realizadas a modelagem e a simulação dos processos de separação pervaporação e osmose inversa aplicados a sistemas binários. A premissa empregada foi o desenvolvimento de metodologias de predição das variáveis de processo da pervaporação e osmose inversa independentes de dados experimentais destes processos; os dados necessários para a predição destas variáveis foram propriedades fundamentais dos componentes puros da alimentação. A partir de uma revisão bibliográfica dos modelos existentes para o processo de pervaporação, foi definida uma metodologia de predição das variáveis de processo baseado no modelo solução-difusão. A etapa inicial da metodologia foi o desenvolvimento de um programa de cálculo das composições de sorção na membrana, baseado no modelo UNIQUAC e no método de contribuição de grupos UNIFAC, adaptados ao uso de polímeros. O programa foi validado pela aplicação a sistemas ideais e não-ideais sob o ponto de vista termodinâmico. Os resultados empregando o modelo UNIQUAC apresentaram boa concordância com os dados experimentais; no caso dos resultados obtidos via UNIFAC para solventes orgânicos obteve-se um bom ajuste dos dados experimentais, mas, no caso da água, os resultados obtidos pelo modelo não foram adequados. Na segunda etapa da metodologia, foram realizados o estudo da predição do coeficiente de difusão na membrana, a partir do modelo do volume livre, seguindo a abordagem de Fick e Maxwell-Stefan; a determinação dos parâmetros necessários ao respectivo modelo; a aplicação a casos estudos e uma análise paramétrica. Os resultados obtidos concordaram bem com os dados experimentais. Com isto, a partir dos valores de sorção e coeficientes de difusão, foi elaborado um programa para a predição do processo de pervaporação; o programa foi aplicado a casos estudos citados na literatura. Foi também estudada a aplicação da pervaporação ao sistema fenol-água, considerando uma membrana de poli (dimetil siloxano) como agente de separação.Os resultados concordaram bem com os dados experimentais disponíveis e mostraram q...