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https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47545| Título: | Estudo e otimização do processo de cristalização fracionada a partir do sistema NaCl-CaCl2-H2O |
| Autor(es): | Menezes, Márcia Fernanda Teixeira de |
| Orientador: | Moriyama, André Luís Lopes |
| Palavras-chave: | Águas subterrâneas;Cristalização fracionária;Equilíbrio sólido-líquido do sistema NaCl-CaCl2-H2O |
| Data do documento: | 19-Fev-2022 |
| Editor: | Universidade Federal do Rio Grande do Norte |
| Referência: | MENEZES, Márcia Fernanda Teixeira de. Estudo e otimização do processo de cristalização fracionada a partir do sistema NaCl-CaCl2-H2O. 2022. 73f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022. |
| Resumo: | O semiárido brasileiro, em determinados períodos, sofre com a escassez de água. Além das chuvas insuficientes, outro fator que contribui com esse cenário é a presença de solos cristalinos de rasa profundidade, que prejudicam o armazenamento de água nos aquíferos subterrâneos. Todavia, mesmo se armazenada em elevadas quantidades nos aquíferos, devido à alta quantidade de sais, a água se torna imprópria para consumo humano. De acordo com a Portaria 2.914/2011 do Ministério da Saúde, a longo prazo, águas com elevada quantidade de íons em solução poderão acarretar em complicações de saúde aos indivíduos que a consumirem. Tendo em vista a resolução desse problema, recomenda-se o uso de técnicas de dessalinização. O presente estudo foi realizado com base em dados físico-químicos da água de poços da comunidade de Boa-Fé em Mossoró/RN, a partir de dados coletados por Antas (2017), e foi proposta uma estratégia de recuperação dos sais e de obtenção de uma água apropriada para consumo. Realizou-se, então, um estudo de cristalização fracionária com base em diagramas de equilíbrio sólido-líquido, aplicado ao sistema NaCl-CaCl2-H2O em distintas temperaturas de operação (50 °C e 75 °C). A primeira etapa do projeto se baseou no estudo do sistema a 75 °C, a partir do qual foi possível definir rotas de cristalização. Nessa condição, a rota que mostrou melhor desempenho na remoção dos sais foi a que apresentou extração de 83,85% de NaCl e 72,16% de CaCl2.2H2O. Mesmo os percentuais sendo elevados, eles não se mostraram suficientes para levar o sistema ao valor estabelecido para o padrão de potabilidade. Foi necessário, portanto, iniciar a segunda etapa do estudo, em que foram definidas estratégias de otimização que levassem a uma maior recuperação desses sais: o resfriamento do processo para a temperatura de 50 °C; a diluição da corrente de saída para o sistema a 75 °C; e a diluição da corrente de saída para o sistema resfriado de 75 °C a 50 °C. Com as otimizações, algumas estratégias se mostraram suficientes para a obtenção de uma água dentro dos padrões de potabilidade, resultando em porcentagens de extração de até 97,09% de NaCl e 94,82% de CaCl2.2H2O. Em um terceiro momento, foi efetuada a simulação do processo de cristalização fracionária no programa SPECS v5.63©, com a finalidade comparar as metodologias e de validar a estratégia estabelecida através dos diagramas de equilíbrio. Contudo, o modelo termodinâmico extended UNIQUAC e a equação de estado SRK, utilizados pelo programa, não são os indicados para descrever um sistema eletrolítico. Por essa razão, o estudo comparativo realizado revelou uma diferença significativa entre os métodos, de aproximadamente 11,15%. Verificou-se, portanto, que o estudo se mostrou eficaz na proposição de estratégias de recuperação dos sais e de obtenção de uma água dentro dos padrões de potabilidade. |
| Abstract: | The Brazilian semi-arid region, in certain periods, suffers from water scarcity. In addition to insufficient rainfall, another factor that contributes to this scenario is the presence of shallow crystalline soils, which impair water storage in underground aquifers. However, even if stored in high amounts in aquifers, due to the high amount of salts, the water becomes unfit for human consumption. According to Ordinance 2,914/2011 of the Ministry of Health, in the long term, water with a high amount of ions in solution may lead to health complications for individuals who consume it. To solve this problem, the use of desalination techniques is recommended. The present study was carried out based on physical-chemical data from well water in the community of Boa-Fé in Mossoró/RN, based on data collected by Antas (2017), and a strategy for recovering salts and obtaining drinking water. A fractional crystallization study was then carried out based on solid-liquid equilibrium diagrams, applied to the NaCl-CaCl2-H2O system at different operating temperatures (50 °C and 75 °C). The first stage of the project was based on the study of the system at 75 °C, from which it was possible to define crystallization routes. In this condition, the route that showed the best performance in the removal of salts was the one that presented extraction of 83.85% of NaCl and 72.16% of CaCl2.2H2O. Even though the percentages were high, they were not enough to bring the system to the value established for the potability standard. It was, therefore, necessary to start the second stage of the study, in which optimization strategies were defined that would lead to a greater recovery of these salts: cooling the process to a temperature of 50 °C; dilution of the output current to the system at 75 °C, and the dilution of the output current for the system cooled from 75 °C to 50 °C. With the optimizations, some strategies proved to be sufficient to obtain water within potability standards, resulting in extraction percentages of up to 97.09% of NaCl and 94.82% of CaCl2.2H2O. In a third moment, the simulation of the fractional crystallization process was carried out in the SPECS v5.63© program, to compare the methodologies and validate the strategy established through the equilibrium diagrams. However, the thermodynamic model extended UNIQUAC and the equation of state SRK, used by the program, are not suitable to describe an electrolytic system. For this reason, the comparative study carried out revealed a significant difference between the methods, of approximately 11.15%. In conclusion, it was found that the study proved to be effective in proposing strategies for recovering salts and obtaining water within potability standards. |
| URI: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47545 |
| Aparece nas coleções: | PPGEQ - Mestrado em Engenharia Química |
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