Sistema equipado com tubo vortex para remoção de vapores de hidrocarbonetos a partir de misturas com ar

Abstract

Resumo: A emissão de vapores de hidrocarbonetos na atmosfera representa uma das fontes importantes de poluição que seguem sem ser controladas. Somado aos problemas ambientais, o impacto econômico gerado por estas emissões é um tema inevitável. Segundo a agência ambiental dos EUA uma perda anual de aproximadamente R$ 482 milhões é causada pela vaporização de vários hidrocarbonetos e a emissão para atmosfera durante abastecimento dos automóveis de pequeno porte. Além dos fatores ambiental e econômico existe ainda o mais importante problema que é a saúde humana. A contínua exposição a vapores de hidrocarbonetos pode causar diversos danos à saúde. Por exemplo, uma exposição de longo prazo ao benzeno, um dos hidrocarbonetos presentes na gasolina, pode causar alterações na medula óssea, no sangue, nos cromossomos, no sistema imunológico, no sistema nervoso central além de vários tipos de câncer. Visando contribuir para solucionar esse tipo de problema, uma configuração física de um novo dispositivo equipado com Tubo Vortex para remoção por liquefação e / ou solidificação de vapores de hidrocarbonetos de misturas gasosas com ar é apresentado neste trabalho. Um modelo matemático para avaliar a capacidade de remoção de hidrocarbonetos também foi desenvolvido e solucionado numericamente quando considerar a dependência real da pressão de vapor do octano e do benzeno. Com a implementação de um trocador de calor recuperador que realiza o pré-resfriamento da mistura antes de entrar em interação térmica com o fluido frio fornecido pelo Tubo Vortex o potencial de remoção de hidrocarbonetos (octano e benzeno) foi avaliado em 6,2 - 8,0 g de hidrocarboneto/kg de ar comprimido quando os níveis de pressão na entrada do Tubo Vortex são mantidos na faixa de 3 - 7 bar. Pela tarifa convencional da Copel - Subgrupo 3 de R$ 0,64543/kWh, o custo estimado para o consumo de energia do novo equipamento com Tubo Vortex apresentado no trabalho varia entre R$ 2,73 e R$ 3,75/kg de hidrocarboneto removido para os níveis especificados da pressão.

Abstract: The emission of hydrocarbon vapors into the atmosphere is one of the major sources of air pollution that follows without being controlled. In addition to environmental problems, the economic impact generated by these emissions is an inevitable theme! According to the US Environmental Protection Agency there is an annual loss of approximately R$ 482 million caused by vaporization of various hydrocarbons and the emission of these to the atmosphere during refueling of small cars. In addition to the environmental and economic factors, there is also the most important of all the problems that is the human health. The continuous exposure to hydrocarbon vapors can cause various health hazards. For example, a long-term exposure to benzene, one of the hydrocarbons present in gasoline, may cause changes in bone marrow, blood, the chromosomes in the immune system, and the central nervous system in addition to various types of cancer. Aiming to contribute to solve this problem, a physical configuration of a new device equipped with Vortex Tube for removal by liquefaction and / or solidification of hydrocarbon vapors from gas mixtures with air is presented in this paper. A mathematical model for evaluating the capability of this new device for hydrocarbon removal has also been developed and solved numerically when considering the actual dependence of the vapor pressure of octane and benzene. By employing a recovery heat exchanger to perform the pre-cooling of the air - hydrocarbons vapors mixture before it enters into thermal interaction with the cold gas provided by the Vortex Tube, the potential for hydrocarbon (octane and benzene) removal of the new device was numerically evaluated between 6.2 - 8.0 g of hydrocarbons vapors/ kg of compressed air, when the pressure level at the Vortex Tube inlet was maintained in the range 3-7 bar. Taking the conventional charge of the Copel - Subgroup 3 of R$ 0.64543/ kWh, the estimated operating cost for the new equipment with Vortex Tube presented in this work ranges, for specified pressure levels at the entrance of the Vortex Tube, from R$ 2.73 to R$ 3.75/ kg of hydrocarbons vapors removed.