Aula 10 Simulacao de Processos Analise Termodinamica e Simuladores Comerciais

Elementos para hoje Moodle Download Fonte Carlson E C Dont gamble with physical properties for simulations Chemical Engineering Progress 10 1996 3546 Aula 10 Property package Material de apoio1 Material de apoio2 Estudos de caso para fixação do conhecimento Curiosidade e dúvida sobre cadastro de parâmetros de interação binária UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Química UC 7451 SIMULAÇÃO DE PROCESSOS UNIDADE 7 Ajuste e validação de modelos UNIDADE 8 Simuladores de processos comerciais e regras heurísticas para seleção de modelos termodinâmicos Estudos de casos Diadema SP Profa Dra Laura Plazas Tovar Prof Dr José Plácido Prof Dr Carlos Alexandre Moreira da Silva AULA 10 ANÁLISE TERMODINÂMICA Guia prático usando uma metodologia de três etapas Referências bibliográficas DIMIAN A C Integrated design and simulation of chemical processes Volume 13 Elsevier Science BV Amsterdam The Netherlands 2003 714 p Complementar CADORET L YU CC HUANG HP LEE MJ Effects of physical properties estimation on process design a case study using AspenPlus AsiaPacific Journal of Chemical Engineering v 4 n 5 p 729734 2009 DOI 101002apj328 Disponível em httpsonlinelibrarywileycomdoiabs101002apj328 Carlson E C Dont gamble with physical properties for simulations Chemical Engineering Progress 10 1996 3546 3 Arquitetura de um simulador Interfase gráfica Entrada de dados Saída de dados Seção executiva Modelo termodinâmico Subrotinas numérica Biblioteca de modelos de equipamentos Banco de dados de propriedades físicasquímicas Dimensionamento e análise de custos 1 Introdução 4 2 Objetivos Reconhecer a importância da seleção de um modelo termodinâmico apropriado para realizar diversas abordagens de simulação de processos Selecionar modelos termodinâmicos para processos de simulação seguindo a metodologia de três etapas Validar os modelos termodinâmicos de equilíbrio líquido vapor para posteriores processos de simulação 21 Geral 22 Específicos 5 3 O Simulador COCO Fuente original Jasper van Baten AmsterCHEM 2011 httpwwwchemsepcomdownloadsdocsAIChEM2011LuybenProcesseswithCOCOChemSeppdf 6 7 4 Modelos termodinâmicos 41 Equações de estado São expressões analíticas que relacionam as propriedades volumétricas de um fluido da seguinte forma n P T V n P 2 1 n V T P n V 2 1 Equação do gás ideal Equações nãocúbicas Equação do virial Equações cúbicas 8 4 Modelos termodinâmicos 41 Equações de estado Equações cúbicas 2 2 wb Vbu V a b V R T P Equação cúbica u w Van del Waals 0 0 SoaveRedlichKwong 1 0 PengRobinson 2 1 9 4 Modelos termodinâmicos 42 Modelagem de misturas Fugacidade de misturas líquidas Abordagem Abordagem Modelos de GE Modelos empíricos Modelos de composição local A energia livre de Gibbs em excesso e o coeficiente de atividade estão relacionados da seguinte forma RT G ln E i i i i i E x ln RT G T P n j i i E i n RT nG ln 4 Modelos termodinâmicos 42 Modelagem de misturas 421 Coeficiente de atividade e energia livre de Gibbs em excesso 4 Modelos termodinâmicos 42 Modelagem de misturas 421 Coeficiente de atividade e energia livre de Gibbs em excesso Modelos semi empíricos ou de composição local Equação NRTL Equação UNIQUAC Modelo UNIFAC Modelos empíricos Margulles RedlichKister Equação de van Laar Modelos de GE 12 5 Etapas na seleção do método 51 Recomendações de Carlson1996 Carlson E C Dont gamble with physical properties for simulations Chemical Engineering Progress 10 1996 3546 httpsprocessdesignmccor micknorthwesterneduindex phpPropertypackage 13 E R P Polar Real Electrolyte Pseudo Real Vacuum Nonelectrolyte Braun K10 or ideal ChaoSeader GraysonStreed or Braun K10 PengRobinson RedlichKwongSoave LeeKeslerPlocker Electrolyte NRTL Or Pizer See Figure 2 Polarity R Real or pseudocomponents P Pressure E Electrolytes All Nonpolar Figura 1 14 P ij ij LL See also Figure 3 P 10 bar P 10 bar PSRK PR or SRK with MHV2 SchwartentruberRenon PR or SRK with WS PR or SRK with MHV2 UNIFAC and its extensions UNIFAC LLE Polar Nonelectrolytes No Yes Yes LL No No Yes Yes No WILSON NRTL UNIQUAC and their variances NRTL UNIQUAC and their variances LL LiquidLiquid P Pressure ij Interaction Parameters Available Figura 2 15 VAP DP Yes No Wilson NRTL UNIQUAC or UNIFAC with ideal Gas or RK EOS Wilson NRTL UNIQUAC UNIFAC Hexamers Dimers Wilson NRTL UNIQUAC UNIFAC with Hayden OConnell or Northnagel EOS Wilson NRTL UNIQUAC or UNIFAC with special EOS for Hexamers VAP Vapor Phase Association Degrees of Polymerizatiom DP UNIFAC and its Extensions Figura 3 16 5 Etapas na seleção do método Etapas 1 Definir as misturas binárias 2 Reconhecer as condições operacionais Pressão e Temperatura 3 Selecionar o modelo termodinâmico 4 Procurar dados de equilíbrio experimentais 5 Validar a seleção do modelo temrodinâmico httpwwwddbstcomenEEDVLEVLEindexphp 17 6 Após análiseTEA COCO simulator Estudo de caso 2A Separação de butanol e água fazendo uso dos equilíbrios líquido líquido proporcionando um meio para romper o azeótropo vapor líquido 18 1 Abrir o ambiente computacional de simulação COCO simulator e salvar a simulação 6 Após análiseTEA COCO simulator Estudo de caso 2A 19 2 Definir os componentes do sistema 6 Após análiseTEA COCO simulator 20 6 Após análiseTEA COCO simulator 21 6 Após análiseTEA COCO simulator 22 6 Após análiseTEA COCO simulator 23 6 Após análiseTEA COCO simulator 24 6 Após análiseTEA COCO simulator 25 6 Após análiseTEA COCO simulator 26 6 Após análiseTEA COCO simulator 27 6 Após análiseTEA COCO simulator 28 6 Após análiseTEA COCO simulator 3 Definir o modelo termodinâmico 29 E R P Polar Real Electrolyte Pseudo Real Vacuum Nonelectrolyte Braun K10 or ideal ChaoSeader GraysonStreed or Braun K10 PengRobinson RedlichKwongSoave LeeKeslerPlocker Electrolyte NRTL Or Pizer See Figure 2 Polarity R Real or pseudocomponents P Pressure E Electrolytes All Nonpolar Figura 1 30 P ij ij LL See also Figure 3 P 10 bar P 10 bar PSRK PR or SRK with MHV2 SchwartentruberRenon PR or SRK with WS PR or SRK with MHV2 UNIFAC and its extensions UNIFAC LLE Polar Nonelectrolytes No Yes Yes LL No No Yes Yes No WILSON NRTL UNIQUAC and their variances NRTL UNIQUAC and their variances LL LiquidLiquid P Pressure ij Interaction Parameters Available Figura 2 31 VAP DP Yes No Wilson NRTL UNIQUAC or UNIFAC with ideal Gas or RK EOS Wilson NRTL UNIQUAC UNIFAC Hexamers Dimers Wilson NRTL UNIQUAC UNIFAC with Hayden OConnell or Northnagel EOS Wilson NRTL UNIQUAC or UNIFAC with special EOS for Hexamers VAP Vapor Phase Association Degrees of Polymerizatiom DP UNIFAC and its Extensions Figura 3 32 6 Após análiseTEA COCO simulator 33 6 Após análiseTEA COCO simulator 34 6 Após análiseTEA COCO simulator 35 6 Após análiseTEA COCO simulator 36 6 Após análiseTEA COCO simulator 2 Clicks 3 Definir uma corrente de análise mistura binária 37 6 Após análiseTEA COCO simulator 38 6 Após análiseTEA COCO simulator 39 6 Após análiseTEA COCO simulator 40 6 Após análiseTEA COCO simulator 41 6 Após análiseTEA COCO simulator 4 Simular os dados de equilíbrio líquidovapor 42 6 Após análiseTEA COCO simulator Componente 1 Componente mais volátil Aparece em ordem alfabética 43 6 Após análiseTEA COCO simulator 44 6 Após análiseTEA COCO simulator 45 6 Após análiseTEA COCO simulator Click direito na região do gráfico 46 6 Após análiseTEA COCO simulator Novamente click direito na região do gráfico O gráfico se habilita para a formatação 47 6 Após análiseTEA COCO simulator 48 6 Após análiseTEA COCO simulator Click direito sobre os pontos discretos 49 6 Após análiseTEA COCO simulator Troca de unidades 2 Clicks 50 6 Após análiseTEA COCO simulator 7 Procurar dados experimentais do equilíbrio líquidovapor Hull CM VaporLiquid Equilibria and BoilingPoint Composition Relations for Systems nButanolWater and IsobutanolWater IndEngChem IndEd 23 1931 14381440 51 6 Após análiseTEA COCO simulator Hull CM VaporLiquid Equilibria and BoilingPoint Composition Relations for Systems nButanolWater and IsobutanolWater IndEngChem IndEd 23 1931 14381440 52 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação Click direito sobre os pontos discretos 53 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação Click direito sobre os pontos discretos 54 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 55 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 56 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 57 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 2 Clicks em data 58 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 59 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 0 05 1 Mole fraction Water 360 365 370 375 380 385 390 395 Temperature K BubblePointTemperature stream 1 DewPointTemperature stream 1 Data 60 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 0 05 1 Mole fraction Water 360 365 370 375 380 385 390 395 Temperature K BubblePointTemperature stream 1 DewPointTemperature stream 1 Data Data 61 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação Modelos Peng Robinson 62 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 0 05 1 Mole fraction Water 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 Temperature K BubblePointTemperature stream 1 DewPointTemperature stream 1 Data Data 63 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação Modelos UNIFAC 64 6 Após análiseTEA COCO simulator 8 Realizar a comparação 0 05 1 Mole fraction Water 370 380 390 Temperature K BubblePointTemperature stream 1 DewPointTemperature stream 1 Data Data UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Química UC 7451 SIMULAÇÃO DE PROCESSOS UNIDADE 7 Ajuste e validação de modelos UNIDADE 8 Simuladores de processos comerciais e regras heurísticas para seleção de modelos termodinâmicos Estudos de casos Diadema SP AULA 10 ANÁLISE TERMODINÂMICA Guia prático usando uma metodologia de três etapas