Relatório - ASP M3

Universidade do Vale do Itajaí
Escola do Mar, Ciência e Tecnologia
Curso de Engenharia Química
GUSTAVO SOMAVILA BELLINAZO
JULIA LOPES LEDRA
PRISCILA LUANA BERTOLDO SERPA
Relatório de Análise e Simulação de Processos
ANÁLISE DA COMPETIÇÃO ENTRE COMPOSTOS BTX MULTICOMPONENTES PARA O SÍTIO ATIVO DE ADSORÇÃO EM UMA COLUNA DE LEITO FIXO
			
 
ITAJAÍ,
JULHO DE 2019
GUSTAVO SOMAVILA BELLINAZO
JULIA LOPES LEDRA
PRISCILA LUANA BERTOLDO SERPA
Relatório de Análise e Simulação de Processos
ANÁLISE DA COMPETIÇÃO ENTRE COMPOSTOS BTX MULTICOMPONENTES PARA O SÍTIO ATIVO DE ADSORÇÃO EM UMA COLUNA DE LEITO FIXO
Relatório apresentado com requisito parcial para a obtenção da nota da M3 da disciplina de Análise e Simulação de Processos do curso de Engenharia Química, da escola do mar, ciência e tecnologia
Professor: Marcel Rossetti da Silva
ITAJAÍ,
JULHO DE 2019
RESUMO
Neste trabalho foi realizado a modelagem da adsorção em leito fixo e a implementação da simulação numérica no programa Matlab®. Os parâmetros cinéticos foram obtidos de um artigo, do qual se tratava da adsorção de compostos orgânicos (benzeno, tolueno e xileno - BTX) em uma coluna de leito fixo, com o carvão ativado, obtido da casca de coco, como adsorvente. As isotermas de Langmuir e Freundlich foram utilizadas para conhecer o comportamento do equilíbrio termodinâmico, sendo que apresentou os melhores resultados foi o de isoterma de... A implementação dos modelos matemáticos no programa Matlab® foi essencial devido a sua facilidade de manipulação de dados, podendo verificar qual seria o comportamento mudando um determinado parâmetro. ...	Comment by felipe siotti: Colocar qual foi a melhor isoterma	Comment by felipe siotti: Descrever os resultados obtidos no Matlab
Palavras-chave: Adsorção; Leito fixo; Simulação numérica; Matlab®; BTX; Carvão ativado; Isoterma de Langmuir; Isoterma de Freundlich
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	5
2.	OBJETIVOS	5
2.1	Objetivos específicos	5
3.	REVISÃO BIBLIOGRÁFICA	5
3.1	Compostos BTX	5
3.2	Princípios de adsorção	6
3.3	Adsorção em coluna de leito fixo	6
3.4	Modelos de isoterma de adsorção	6
3.5	Método de diferenças finitas	6
4.	MODELAGEM DO ARTIGO	6
4.1	Procedimento do artigo	7
4.1.1	Isoterma de adsorção	7
4.1.2	Cinética de adsorção em Coluna de Leito fixo	7
4.2	Discretização e modelamento	7
4.2.1	Modelagem para o leito fixo	7
4.2.2	Condições de contorno	7
4.3	Hipóteses e parâmetros	7
4.4	Script Matlab®	7
5.	RESULTADOS E DISCUSSÃO	7
5.1	Resultado do artigo	8
5.2	Modelamento matemático	8
6.	CONCLUSÃO	8
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	8
ANEXO A – Script Matlab	8
INTRODUÇÃO
Muitos compostos orgânicos são liberados no meio ambiente contaminando o ecossistema. Dentre eles destacam-se os hidrocarbonetos: benzeno, tolueno e xileno (BTX), que são oriundos de vazamentos em tanques de estocagem[1]. Esses compostos são considerados perigosos por serem depressores do sistema nervoso central. E por serem compostos solúveis em água, em casos de um vazamento, acarretará na contaminação de lençóis freáticos[2].
A descontaminação de rios, lagos e oceanos, ocasionados pelo derramamento de compostos orgânicos, dar-se-á através de barreiras de contenção, sorventes, dispersantes, absorvente e floculantes, levando-se em conta o ecossistema impactado e exposto[3].
A adsorção por fibras naturais (casca de arroz, de coco, de nozes) foram as primeiras a serem utilizadas para descontaminação de hidrocarbonetos por possuírem um alto teor de carbono que podem ser ativados. A casca de coco é um excelente adsorvente devido à presença de grupos funcionais básicos que elevam a afinidade com íons metálicos[4].
Este trabalho teve como objetivo modelar a adsorção de benzeno, tolueno e xileno, por meio do método de diferenças finitas. As isotermas de Langmuir e Freundlich também foram objetivos de estudos, assim como a implementação das modelagens no programa Matlab®. O estudo abrangeu a modelagem em um leito fixo contendo carvão ativado termicamente, obtido a partir da casca de coco, como adsorvente.	Comment by felipe siotti: Foi utilizado essas?
OBJETIVOS
Modelar a adsorção de benzeno, tolueno e xileno a partir do carvão ativado em coluna de leito fixo.
Objetivos específicos
Aplicar o método de diferenças finitas para as equações do artigo;
Aplicar a equação de Langmuir
Aplicar a equação de Freundlich;
Apontar as hipóteses pertinentes a discretização;
Implementar o modelamento matemático utilizando o programa Matlab®;
Comparar os resultados do artigo com os obtidos no Matlab®.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo é apontado o levantamento bibliográfico dos trabalhos da literatura tratando dos compostos BTX e dos princípios de adsorção. Assim como a adsorção em coluna de leito fixo e sua modelagem matemática.
Compostos BTX
A análise de hidrocarbonetos é fundamentada pela toxicidade dos compostos orgânicos benzeno, tolueno e xileno (Quadro 2.1).
Quadro 2.1 – Propriedades físico-químicas dos compostos BTX
	Composto
	N° carbono
	Massa molar (g/mol)
	Ponto de ebulição (°C)
	Solubilidade em água (mg/L)
	Pressão de vapor (atm)
	Massa específica (g/cm³)
	Benzeno
	6
	78,11
	80,10
	1780
	0,0930
	0,874
	Tolueno
	7
	92,10
	110,80
	515
	0,0290
	0,880
	o-Xileno
	8
	106,17
	144,40
	175
	0,0008
	0,870
Fonte: Adaptado de Merck Index (1989)[5].
Esses hidrocarbonetos são de alto risco ao meio ambiente e ao ser humano pertinente às suas propriedades neurotóxicas, carcinogênicas e teratogênicas, sendo catalogados como poluentes de prioridade química por serem tóxicos[6].
Princípios de adsorção
Para tratamento de água, a adsorção, é o processo mais eficiente. O processo se dá pela transferência de massa, a qual certos sólidos se concentram na superfície de determinados compostos existentes nos fluidos, separando-os dos componentes. Quanto maior for a superfície externa maior será a adsorção, por isso, usam-se adsorventes sólidos com partículas porosas e elevada área superficial[7]. A iteração entre o adsorvato (BTX) e o adsorvente (carvão ativado) é em relação à polaridade da superfície do sólido e da adsortividade. 
Adsorção em coluna de leito fixo
O desempenho da coluna de leito fixo dar-se-á pela análise das curvas de concentração por tempo - quando alcançará o ponto de saturação. Essa curva é obtida através da taxa de transferência de massa, onde o adsorvato passa pela coluna empacotada com adsorvente, monitorando a concentração de saída[8]. 
Modelos de isoterma de adsorção
As diversas formas de isotermas demostram sobre o processo de adsorção. Dentre as mais utilizadas, encontram-se as de Langmuir e de Freundlich, que por possuírem apenas dois parâmetros se tornam de maior facilidade.
Isoterma de Langmuir
A isoterma de Langmuir é uma das equações mais utilizadas para estudo da adsorção. E ela aponta as seguintes suposições:
Existe um número definido de sítios;
Os sítios têm energia equivalente e as moléculas adsorvidas não interagem umas com as outras;
A adsorção ocorre em uma monocamada;
Cada sítio pode comportar apenas uma molécula adsorvida.
A isoterma de Langmuir está representada na equação 1[9]:
 									 (Eq. 1)
Em que:
q: quantidade do soluto adsorvido por grama de adsorvente no equilíbrio (mg/g);
qmax: capacidade máxima de adsorção (mg/g);
KL: constante de interação adsorvato/adsorvente (L/mg);
Ce: concentração do adsorvato no equilíbrio (mg/L).
O sistema atinge o equilíbrio quando a solução entra em contato com o adsorvente, esse momento é a igualdade da velocidade em que as moléculas ou íons são adsorvidos na superfície do adsorvente. Levando a que a velocidade de adsorção é proporcional à concentração do adsorvato no líquido[10].
Isoterma de Freundlich
A isoterma de Freundlich relaciona a quantidade de material adsorvido e a concentração