Aplicação de modelos analíticos na descrição de processos de adsorção em leito fixo

Abstract

RESUMO A análise de um processo de adsorção em leito fixo demanda uma investigação detalhada sobre os parâmetros operacionais do sistema, o que pode ser demasiadamente complexo em testes experimentais. O uso de modelos analíticos é uma alternativa para avaliação da viabilidade de um projeto, pois são modelos simples e precisos na descrição de curvas de ruptura e obtenção de parâmetros de processo. Neste estudo foi avaliado a performance de modelos matemáticos na representação da dinâmica de remoção de corante em leito fixo. O desempenho dos modelos foi analisado a partir de dados experimentais de curva de ruptura obtidos na literatura, onde foi investigada a remoção de azul de metileno em leito fixo contendo carvão de babaçu. A análise dos parâmetros operacionais do leito fixo foi realizada através do software WepPlotDigitizer® . O método de otimização Levenberg-Marquardt foi empregado para o estudo de regressão não linear dos modelos analíticos. O modelo de Yan foi o que melhor representou o comportamento dinâmico das curvas de ruptura. A análise dos parâmetros de desempenho da coluna mostrou uma baixa capacidade de adsorção e reduzida eficiência de utilização do leito. Os parâmetros propostos neste trabalho mostraram elevada influência da ZTM no processo e baixo rendimento dos ciclos operacionais no sistema. Além disso, o modelo de Yan mostrou que a dispersão axial e o coeficiente de transferência de massa no filme externo não sofreram mudanças significativas entre os ensaios. O uso de modelos analíticos é uma alternativa promissora para a compreensão dos fenômenos que envolvem a adsorção em coluna de leito fixo, possibilitando a avaliação de novas abordagens para descrição da dinâmica do processo, indo além das aplicações originais dos modelos.___ABSTRACT The analysis of a fixed bed adsorption process can be too complex in experimental tests due to requiring a detailed investigation of the system operating parameters. An alternative to assess the feasibility of a project is the application of analytical models, as they are simple and accurate methods for describing the breakthrough curves and obtaining process parameters. This study evaluated the performance of mathematical models at representing the dye removal dynamics in a fixed bed column. The performance of the models was analyzed based on experimental data obtained from the breakthrough curve in the literature, which investigated the removal of methylene blue in a column containing Babassu charcoal. The analysis of the operational parameters of the fixed bed was performed using the WepPlotDigitizer® software. The Levenberg-Marquardt optimization method was used to study the nonlinear regression of the analytical models. Yan's model was the one that best represented the dynamic behavior of the breakthrough curves. The analysis of the column performance parameters showed a low adsorption capacity and a reduced fixed-bed utilization efficiency. The parameters proposed in this work showed an elevated influence of MTZ in the process and a low yield of operating cycles in the system. Furthermore, Yan's model demonstrated that the axial dispersion and the mass transfer coefficient in the external film did not change significantly across the tests. The use of analytical models is a promising alternative for understanding the phenomena involving column adsorption, allowing the evaluation of new approaches to describing the process dynamics and going beyond the original applications of the models. Keywords: