Energy and Economic Optimization of Conventional and Thermally Coupled Configurations of Extraction Distillation.

A destilação extrativa é um dos mais importantes procedimentos utilizados para a separação de misturas azeotrópicas na indústria química, porém é um método relativamente caro, tendo em vista sua alta demanda energética. As limitações dessa operação vêm estimulando durante décadas, estudos acerca de alternativas que os minimizem. A intensificação de processos por meio do acoplamento térmico entre colunas de destilação é uma opção que vem recebendo cada vez mais atenção, haja vista os bons resultados que trabalhos publicados nessa área têm apresentado. Porém, recentemente alguns estudiosos tiveram conclusões que vão de encontro à toda eficiência creditada ao acoplamento térmico, o que torna necessário ainda mais estudos a cerca dessa tecnologia. Devido a essas divergências, surgem também dúvidas a respeito do método mais adequado para a implementação de um sistema de destilação termicamente acoplado, uma vez que se observa o emprego de diversos métodos na tentativa de alcançar um design para essas configurações que nem sempre repercutem na melhor alternativa. Neste trabalho foi descrito um procedimento para a obtenção do ótimo design de sequências de destilação convencional (CS) e termicamente acoplada (TCS), além da obtenção do ótimo operacional, baseado no método de otimização desenvolvido por Figueiredo et al. (2015). A metodologia foi aplicada à simulação de dois sistemas, acetonametanol-água (M1) e acetona-metanol-DMSO (M2), e seus resultados foram comparados em termos de consumo anual total (TAC) e consumo específico de energia (SEC) com a literatura. A aplicação do procedimento de otimização alcançou reduções de até 30% e 15% do TAC das configurações CS e TCS, respectivamente, quando comparadas com a literatura, comprovando sua eficiência. Ademais, o uso de diferentes solventes nos permitiu chegar à conclusão de que nem sempre o acoplamento térmico é a melhor opção.Extractive distillation is one of the most important procedures for the separation of azeotropic mixtures in the chemical industry, but it is a relatively expensive method, given its high energy demand. The limitations of this operation has been stimulating for decades, studies on alternatives to minimize them. The intensification process through thermal coupling between distillation columns is an option that has been receiving increasing attention, considering the good results that papers published in this area have shown. But recently some researchers presented findings that go against all efficiency credited to the thermal coupling, which makes it even more necessary studies about this technology. Due to such differences, questions arise regarding the most appropriate method for implementing a distillation system thermally coupled, as observed employing various methods in the attempt at achieving a design for those configurations that impact is not always the best alternative. This paper described a procedure for obtaining the optimal design of conventional distillation sequences (CS) and thermally coupled (TCS), in addition to obtaining the optimum operating based on the optimization method developed by Figueiredo et al. (2015). The methodology was applied to the simulation of two systems, acetone-methanol-water (M1) and acetone-methanol-DMSO (M2), and their results were compared in terms of TAC and SEC with literature. The application of the optimization procedure resulted in reductions of 30% and 15% of the TAC of the CS and TCS configurations, respectively, when compared with the literature, proving its efficiency. Futhermore, the use of different solvents has allowed us to reach the conclusion that not always the thermal coupling is the best option.Cape