Dissertação
Aplicação de técnicas para estimação de parâmetros e discriminação de modelos em processos de adsorção
Registro en:
GONÇALVES, Cliff Iuri de Souza. Aplicação de técnicas para estimação de parâmetros e discriminação de modelos em processos de adsorção. 2017. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2017.
Autor
Gonçalves, Cliff Iuri de Souza
Institución
Resumen
Adsorption is a surface phenomenon that depends on the interfacial tension between the fluid and
the pores of the adsorbent. The determination of the adsorption isotherms is a fundamental step in
understanding the behavior of the process as well as designing new optimized and improved
operating conditions. This work presents a literature review on the estimation of parameters in
adsorption processes, showing that many authors perform linearization of functions that should
be treated as non-linear, as well as the use of variables that are inference and are treated as exit
variables, inducing serious problems to discriminate models. In addition, the use of the
equilibrium constant 'K' to determine the thermodynamic parameters as enthalpy and entropy of
the system is quite recurrent in the literature. The most consistent approach is to describe this
temperature effect in a single model. Therefore, the objective is to make use of parameters
estimation procedures and experiment planning techniques to discriminate models in adsorption
processes. Thus, experiments were conducted in stirred tank to determine the isotherms of acetic
acid in activated carbon at different temperatures. Concentrations of 8, 15 and 22 g / L were used,
with temperatures of 35, 45 and 55 °C, with all points in triplicate. The HPLC analytical
methodology was used to determine acetic acid concentrations. Langmuir (L), Langmuir
Freundlich (LF), Freundlich (F) and Langmuir Tóth (LT) were selected among the vast number
of models, because they had smaller amounts of parameters and behavior of the isotherms closer
to the experimental data. It was also performed the estimation of parameters and discrimination
of the isotherms models at each individual temperature and taking into account the effect of the
temperature in the isotherm model. The results showed that it is possible to discriminate models
using few experiments, with materials of low laboratorial cost to obtain a single adsorption
isotherm model, whether with temperature dependence or not. This work showed the importance
of the proper use of parameter estimation tools and model discrimination in the adsorption
scenario, as well as the selection of models that represent the experimental data in the best
possible way. We also compared the magnitude of the systematic errors that are found in the
estimation process when using the linearization of the models or the use of correct evaluation
techniques of input and output data. The importance of this work is given in the creation of a
rationale that can be applied in other more costly processes and in industrial scale, reducing their
operational costs. Adsorção é um fenômeno de superfície que depende da tensão interfacial entre o fluido e os
poros do adsorvente. A determinação das isotermas de adsorção é um passo fundamental para
compreender o comportamento do processo, bem como projetar novas condições operacionais
otimizadas e melhoradas. Este trabalho realiza um levantamento sobre a abordagem da literatura
sobre a estimação de parâmetros em processos de adsorção, mostrando que muitos autores
realizam linearização de funções que devem ser tratadas como não-lineares, bem como a
utilização de variáveis que são de inferência e que são tratados como variáveis de saída,
induzindo a sérios problemas para discriminar modelos. Além disso, a utilização da constante de
equilíbrio ‘K’ para determinação dos parâmetros termodinâmicos como entalpia e entropia do
sistema é bastante recorrente na literatura. A abordagem mais coerente é a de descrever esse
efeito da temperatura em um único modelo. Diante disso, o objetivo é fazer uso de procedimentos
de estimação de parâmetros e técnicas de planejamento de experimentos para discriminação de
modelos em processos de adsorção. Para isso, foram realizados experimentos em tanque agitado
para a determinação das isotermas do ácido acético em carvão ativado em diferentes
temperaturas. Foram utilizadas as concentrações de 8, 15 e 22 g/L, com as temperaturas de 35, 45
e 55°C, com todos os pontos em triplicata. A metodologia analítica do HPLC foi empregada para
determinar as concentrações de ácido acético. Dentre a vasta quantidade de modelos existentes,
foram selecionados os de Langmuir (L), Langmuir Freundlich (LF), Freundlich (F) e Langmuir
Toth (LT) por possuírem menores quantidades de parâmetros e comportamento das isotermas
mais próximos aos dados experimentais. Foi realizada também a estimação de parâmetros e
discriminação de modelos das isotermas em cada temperatura individual e levando em conta
efeito da temperatura no modelo de isoterma. Os resultados obtidos mostraram que é possível
realizar a discriminação de modelos utilizando poucos experimentos, com materiais de baixo
custo laboratorial para obter um único modelo de isoterma de adsorção, quer seja com
dependência da temperatura ou não. Esse trabalho mostrou a importância do uso adequado das
ferramentas de estimação de parâmetros e discriminação de modelos no cenário de adsorção, bem
como a seleção de modelos que representem os dados experimentais da melhor maneira possível.
Também foi comparada a magnitude dos erros sistemáticos que são encontrados no processo de
estimação quando se utiliza a linearização dos modelos ou a utilização de técnicas corretas de
avaliação de dados de entrada e saída. A importância deste trabalho se dá na criação de uma
fundamentação que poderá ser aplicada em outros processos mais custosos e em escala industrial,
reduzindo os seus custos operacionais. São Cristóvão