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Master's Dissertation
DOI
Document
Author
Full name
Elí Wilfredo Zavaleta Aguilar
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2010
Supervisor
Committee
Simões-Moreira, José Roberto (President)
Santos, Carlos Antonio Cabral dos
Silvares, Otavio de Mattos
Title in Portuguese
Modelagem térmica da coluna de destilação de um ciclo de refrigeração por absorção de amônia/água.
Keywords in Portuguese
Amônia
Destilação
Refrigeração
Transferência de calor
Abstract in Portuguese
O objetivo deste trabalho é apresentar a análise de uma coluna de destilação de pratos perfurados com vertedor segmentado em condições de regime permanente para um ciclo de refrigeração por absorção com capacidade de 5 toneladas de refrigeração que trabalha com amônia/água. Para garantir que o ciclo de refrigeração trabalhe em condições de projeto, a coluna de destilação deve proporcionar vapor com elevado grau de pureza de amônia. Os balanços de massa e de energia da coluna foram realizados com o método de Ponchon-Savarit o qual considera escoamentos do líquido e do vapor na saída de cada prato em equilíbrio termodinâmico. Para estas condições foi calculado como 4 o número de pratos ideais e a alimentação à coluna seria acima do segundo prato. A análise de sensibilidade do fator de refluxo indica que é um parâmetro importante na análise econômica do projeto, já que dele depende o alto custo inicial de construção da coluna, ou as maiores despesas de gasto em combustível no funcionamento do ciclo. As considerações hidráulicas, as quedas pressão e as razões de fluxos mássicos deram como resultado a geometria interna da coluna, a qual resultou satisfatória para os parâmetros de projeto recomendados, embora tenham sido usadas correlações da área de petróleo, petroquímica e de destilação de bebidas alcoólicas. A distância entre pratos é uma medida da compactabilidade da coluna e ficou muito dependente, assim como outras medidas do prato, da altura do vertedor a qual foi encontrada como ótima para valores entre 4 mm e 8 mm. A geometria do prato resulta ser sensível à carga de vapor e, em menor grau, à carga do líquido, mostrando-se insensível ao diâmetro do furo. A eficiência da coluna leva em conta fenômenos de transporte no prato que o afasta da condição de idealidade. Calculou-se uma eficiência da coluna de 50 %. Este valor baixo se deve principalmente ao baixo valor da inclinação da curva de equilíbrio amônia/água no início da seção de esgotamento e à baixa razão da vazão molar do vapor dividido pela vazão molar do líquido, nessa seção.
Title in English
Thermal modeling of distillation column of a ammonia/water refrigeration cycle.
Keywords in English
Ammonia
Distillation
Heat transfer
Refrigeration
Abstract in English
The objective of this work is to present the analysis of a segmented weir sieve tray distillation column in steady-state conditions for a 5 Tons of Refrigeration ammonia/water absorption refrigeration cycle. For a proper and correct cycle operation, the distillation column should provide ammonia at high degree of purity. Column, mass and energy balances were made using the Ponchon-Savarit method, which considers that the liquid and the vapor leaves the tray at thermodynamic equilibrium. For these conditions it was calculated as being 4 the ideal number of trays and the feeding to the column would be above the second tray. A sensibility analysis of the reflux factor indicates that it is an important project from an economical study, as from that parameter depends the initial cost of the column manufacture, or the expenses whit fuel for the cycle operation. Hydraulic considerations, pressure loss and of mass flow ratios provides the internal geometry of the column, which resulted satisfactory for the project parameters recommended, although, correlations used are more applied in petroleum, petrochemical and alcoholic industries. Tray spacing, which is a measure of the compactness of the column, and other geometric tray values, depend on the weir height. It was found optimal values between 4 mm and 8 mm. The tray geometry is also sensitive, to the vapor load and to the liquid load, at smaller degree, and it is insensible with the hole diameter. The column efficiency depends on the transport phenomena on the tray. This value fixes the tray number at the actual condition. It was calculated an efficiency of the column of 50 %. This low value depends mainly on the low value of the slope of the ammonia/water equilibrium curve below the stripping section and the low value of the molar flow vapor-liquid ratio at this section.
 
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Publishing Date
2010-11-24
 
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