Avaliação de condições limites de operação e criterios de otimização para colunas de destilação multicomponente

Orientador: Maria Regina Wolf MacielDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: A destilação é um processo de separação difusional através do qual misturas podem ser separadas em componentes puros, usando como agente de separação o calor e/ou a massa. De acordo com a natureza da alimentação e com as especificações de produto desejadas, este processo pode ser simples, ou complexo, como os que geralmente se encontra na indústria. O projeto para a coluna de destilação tem sido estudado há muito tempo e, hoje, com a ajuda dos computadores e dos simuladores comerciais, modelos mais rigorosos estão sendo aplicados para simular em condições mais reais o comportamento destas colunas. Estes cálculos, no entanto, são complexos e, geralmente, cálculos "shortcut" são realizados primeiramente, para gerar estimativas iniciais aos métodos rigorosos. No entanto, cálculos "shortcut" como as equações de Fenske e Underwood, para o número de estágios mínimo e a razão de refluxo mínima teóricos, que estão disponíveis na maioria dos programas de simulação, não são aplicáveis a misturas complexas, fazendo, então, com que os cálculos rigorosos sejam mais complicados tanto do ponto de vista de convergência, quanto do ponto de vista de possibilidades fisicas do processo. O presente trabalho consiste na avaliação das propriedades limites operacionais usando o simulador comercial, HYSIM. Para o número de estágios mínimo, um número de estágios fixo é usado no inicio, para a primeira simulação, depois, o número de estágios é reduzido gradualmente até o ponto onde não se consiga mais convergência. Então, o menor número de estágios com os quais é possível que a coluna convirja, seria o número de estágios mínimo prático. O ponto de alimentação é o ótimo em cada caso. Para calcular a razão de refluxo mínima prática, é preciso o procedimento oposto. O número de estágios é incrementado até que a energia no refervedor permaneça constante, a um valor mínimo, com o aumento do número de estágios. Esta configuração, do número de estágios e da localização ótima de alimentação, para a razão de refluxo mínimo prático seria já o projeto ótimo em termos de consumo de energia. Embora este procedimento pareça simples, é trabalhoso e demorado. A sua vantagem é que trabalha para qualquer mistura que o simulador suporte, simples ou complexa e os resultados são confiáveis. Finalmente, também como parte do trabalho com o simulador HYSIM, demonstra-se que é possível simular configurações de colunas complexas como o caso da coluna PetlyukResumo: A destilação é um processo de separação difusional através do qual misturas podem ser separadas em componentes puros, usando como agente de separação o calor e/ou a massa. De acordo com a natureza da alimentação e com as especificações de produto desejadas, este processo pode ser simples, ou complexo, como os que geralmente se encontra na indústria. O projeto para a coluna de destilação tem sido estudado há muito tempo e, hoje, com a ajuda dos computadores e dos simuladores comerciais, modelos mais rigorosos estão sendo aplicados para simular em condições mais reais o comportamento destas colunas. Estes cálculos, no entanto, são complexos e, geralmente, cálculos "shortcut" são realizados primeiramente, para gerar estimativas iniciais aos métodos rigorosos. No entanto, cálculos "shortcut" como as equações de Fenske e Underwood, para o número de estágios mínimo e a razão de refluxo mínima teóricos, que estão disponíveis na maioria dos programas de simulação, não são aplicáveis a misturas complexas, fazendo, então, com que os cálculos rigorosos sejam mais complicados tanto do ponto de vista de convergência, quanto do ponto de vista de possibilidades fisicas do processo. O presente trabalho consiste na avaliação das propriedades limites operacionais usando o simulador comercial, HYSIM. Para o número de estágios mínimo, um número de estágios fixo é usado no inicio, para a primeira simulação, depois, o número de estágios é reduzido gradualmente até o ponto onde não se consiga mais convergência. Então, o menor número de estágios com os quais é possível que a coluna convirja, seria o número de estágios mínimo prático. O ponto de alimentação é o ótimo em cada caso. Para calcular a razão de refluxo mínima prática, é preciso o procedimento oposto. O número de estágios é incrementado até que a energia no refervedor permaneça constante, a um valor mínimo, com o aumento do número de estágios. Esta configuração, do número de estágios e da localização ótima de alimentação, para a razão de refluxo mínimo prático seria já o projeto ótimo em termos de consumo de energia. Embora este procedimento pareça simples, é trabalhoso e demorado. A sua vantagem é que trabalha para qualquer mistura que o simulador suporte, simples ou complexa e os resultados são confiáveis. Finalmente, também como parte do trabalho com o simulador HYSIM, demonstra-se que é possível simular configurações de colunas complexas como o caso da coluna PetlyukMestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic