Phase equilibria modeling of biorefinery-related systems : a systematic review

Abstract

Resumo: A busca por ideias sustentáveis ganhou destaque nas últimas décadas em todos os níveis da sociedade, uma vez que se tornou imperativo o desenvolvimento econômico, social e ambiental de forma integrada. Nesse contexto, as biorrefinarias apresentam-se atualmente como a tecnologia que melhor cobre todos esses parâmetros, pois agregam os benefícios do reaproveitamento de resíduos, da cogeração de energia e da substituição de combustíveis fósseis. Assim, o estudo das várias matrizes biológicas aplicáveis e a exploração das capacidades técnicas destes processos tornam-se altamente atrativos. A modelagem termodinâmica atua neste cenário como uma poderosa ferramenta para prever o comportamento desses sistemas ainda não totalmente compreendidos, bem como para otimizar os parâmetros de projeto de usinas de biorrefino, sendo, portanto, essencial para o desenvolvimento desta tecnologia. Desse modo, este trabalho teve como objetivo sistematizar, a partir da metodologia PRISMA para revisões sistemáticas, as informações publicadas entre 2 0 10 e 2020 sobre modelagem de equilíbrios de fases em sistemas relacionados a biorrefinaria, a fim de organizar o que já se sabe sobre o assunto. Como resultado, 236 artigos foram categorizados em termos de ano, país, tipo de equilíbrio de fase e modelo termodinâmico empregado. Além disso, as previsões do comportamento de fase de diferentes modelos nas mesmas condições de processo foram comparadas qualitativamente, estabelecendo a equação PC-SAFT como o modelo termodinâmico que melhor representa a grande diversidade de sistemas de interesse para biorrefinarias em uma ampla gama de condições. Palavras-chave: Revisão sistemática. Equilíbrio de fases. Termodinâmica. Biorrefinarias.

Abstract: The search for sustainable ideas has gained prominence in recent decades at all levels of society since it has become imperative an economic, social, and environmental development in an integrated manner. In this context, biorefineries currently present themselves as the technology that best covers all of these parameters, as they add the benefits of waste reuse, energy cogeneration, and fossil fuel substitution. Thus, the study of the various applicable biological matrices and the exploration of the technical capabilities of these processes become highly attractive. Thermodynamic modeling acts in this scenario as a powerful tool for predicting the behavior of these systems not yet fully understood, as well as to optimize the design parameters of biorefining plants, being, therefore, essential for the development of this technology. Thereby, this work aimed to systematize, using the PRISMA statement for systematic reviews, the information published between 2 0 10 and 2020 on phase equilibria modeling in systems related to biorefineries in order to organize what is already known about the subject. As a result, 236 papers were categorized in terms of the year, country, type of phase equilibria, and thermodynamic model used. In addition, the phase behavior predictions of different models under the same process conditions were qualitatively compared, establishing PC-SAFT as the thermodynamic model that best represents the great diversity of systems of interest for biorefineries in a wide range of conditions. Keywords: Systematic review. Phase equilibria. Thermodynamics. Biorefineries.