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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Química UC 7451 SIMULAÇÃO DE PROCESSOS UNIDADE 4 Simulação modular sequencial 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 11 EQUILÍBRIO LÍQUIDO VAPOR E CÁLCULO DE FLASH 2 Referências bibliográficas COCO the CAPEOPEN to CAPEOPEN simulator Disponível em httpwwwcocosimulatororg 2020 DIMIAN A C Integrated design and simulation of chemical processes Volume 13 Elsevier Science BV Amsterdam The Netherlands 2003 714 p 3 Conteúdo 1 Introdução 11 Arquitetura de um simulador 2 Objetivos 3 Destilação flash 31 Coeficiente de distribuição 32 Volatilidade relativa 33 Operação 34 Graus de liberdade de unidades operacionaisdfo 4 Equilíbrio líquidovapor 41 definições importantes 5 Estudos de caso 51 Análise termodinâmico de misturas 52 Análise termodinâmico de misturas multicomponentes 4 Fuente original Jasper van Baten AmsterCHEM 2011 httpwwwchemsepcomdownloadsdocsAIChEM2011LuybenProcesseswithCOCOChemSeppdf 1 Introdução 5 2 Objetivos Constituir e definir a unidade de destilação flash em COCO simulator como um primeiro tratamento de uma mistura sendo as duas correntes produzidas submetidas a tratamentos de destilação subsequentes Definir e identificar os graus de liberdade da destilação flash Determinar as características de sistemas binários através de diagramas de pressão de vapor e diagramas de temperatura composição utilizando a abordagem modular do simulador COCO simulator 21 Geral 22 Específicos 6 Comp no vapor Coeficiente de distribuição K sat i i i i i T y P K x P i Coeficiente de atividade Utilizado para compensar o desvio da idealidade 1 1 1 i i i K K K Comp no líquido Comp dividido igualmente no líquido e no vapor 3 Destilação Flash 31 Coeficiente de distribuição Operação unitária que visa separar os componentes de uma fase líquida miscível através de sua vaporização parcial Operação unitária que visa separar os componentes de uma fase líquida miscível através de sua vaporização parcial Vapores produzidos normalmente são mais ricos nos componentes mais voláteis do que o líquido Vapores produzidos normalmente são mais ricos nos componentes mais voláteis do que o líquido Transferência simultânea de calor e de massa Transferência simultânea de calor e de massa 7 3 Destilação Flash 32 Volatilidade relativa Concept B E C D A Tendência entre duas substâncias a passar do estado líquido para o vapor Destilação Aulas posteriores T a volatilidade diminui até α1 A AB B K K sat A A AB sat B B P P 8 m n df 3c21 n dfo 3c21 2c3 dfo 3c21 2c3 C4 34 Graus de liberdade de unidades operacionaisdfo 3 Destilação Flash 9 4 Equilíbrio líquidovapor EQUILÍBRIO Mecânico Térmico Termodinâmico V L P P V L T T V i L i V i L i f f 10 Temperatura de ebulição temperatura na qual a uma determinada pressão uma substância experimenta uma mudança do estado líquido para o estado vapor Temperatura de ponto de bolha temperatura na qual uma determinada mistura líquida apresenta a formação da 1ª bolha de vapor Temperatura de ponto orvalho temperatura na qual uma determinada mistura gasosa apresenta a formação da 1ª gota de líquido 4 Equilíbrio líquidovapor 41 definições importantes 11 5 Estudos de Caso 51 Análise termodinâmico de misturas Desejase analisar uma mistura equimolar de benzeno tolueno e oxileno com um fluxo de 100 kgs Determinar a temperatura do ponto de bolha a 1 atm Determinar a temperatura do ponto de orvalho a 1 atm 12 1 Abrir o ambiente computacional de simulação COCO simulator e salvar a simulação 5 Estudo de Caso 7 5 Estudo de Caso 7 Flowsheet configuration Property package definition Name FLASH Model set Soave Redlich Kwong Compounds Benzene Toluene Oxylene OK 15 2 Definir as operações unitárias envolvidas 5 Estudo de Caso 7 5 Estudo de Caso 7 17 4 Definir condições e especificações da alimentação ou corrente de entrada no processo ou sistema de análise 5 Estudo de Caso 7 5 Estudo de Caso 7 2 Clicks Flash1 5 Estudo de Caso 7 19 5 Especificar as operaçãoões unitárias 2 clicks 5 Estudo de Caso 7 5 Estudo de Caso 7 5 Estudo de Caso 7 22 Como desejamos calcular a temperatura de ponto de bolha a fração de vapor inicial é igual a zero 5 Estudo de Caso 7 5 Estudo de Caso 7 Unit operation Flash1 Name Status Edit Balance Ports Info Parameter Value Unit Pressure spec Pressure Pressure drop 0 Pa Pressure 1 atm Flash specification Vapor fraction Heat duty 0 W Temperature 0 K TP Outlet Flash No Thermo Version 11 Vapor fraction 0 3phase flash No Edit 23 24 5 Estudo de Caso 7 6 Executar a simulação 25 7 Verificar os resultados 5 Estudo de Caso 7 26 Desejase analisar uma mistura equimolar de benzeno tolueno e oxileno com um fluxo de 100 kgs Determinar a temperatura do ponto de bolha a 1 atm Determinar a temperatura do ponto de orvalho a 1 atm 51 Análise termodinâmico de misturas 5 Estudo de Caso 7 27 5 Especificar as operaçãoões unitárias 5 Estudo de Caso 7 28 6 Executar a simulação 5 Estudo de Caso 7 29 7 Verificar os resultados 5 Estudo de Caso 7 30 Desejase analisar as fases em equilíbrio de um líquido que se encontra a 25 oC e que posteriormente é submetido a destilação flash com uma porcentagem de vaporização igual a 325 em moles em relação à alimentação sobre 1 atm de pressão A composição do líquido 100 kgs na alimentação é definida como sendo 50 de benzeno 25 de tolueno 25 de oxileno 52 Análise termodinâmico de misturas multicomponentes 5 Estudo de Caso 7 31 4 Definir condições e especificações da alimentação ou corrente de entrada no processo ou sistema de análise 5 Estudos de Caso 3C 5 Estudos de Caso 3C Unit operation Flash1 Name Status Edit Balance Ports Info Parameter Value Unit Pressure spec Pressure Pressure drop 0 Pa Pressure 1 atm Flash specification Vapor fraction Heat duty 543185696695 W Temperature 394702686183 K TP Outlet Flash No Thermo Version 11 Vapor fraction 1 3phase flash No Edit Unit Flash1 General Report Spec Options Ports Outlet pressure 101325 Pa Heat duty Js Outlet temperature K Vapor fraction 1 Heat duty from inlet stream Help Unit Flash1 General Report Spec Options Ports Pressure drop 0 Pa Outlet pressure 101325 Pa Heat duty Js Outlet tempera K Vapor fraction 0325 Heat duty from inlet stream Help 32 5 Estudos de Caso 3C COFE AULA 9C1 File Edit Insert Flowsheet Plot View Addins Window Help default Document Explorer AULA 9C Flowsheet 1 2 Settings 33 34 7 Verificar os resultados 5 Estudos de Caso 3C 5 Estudos de Caso 3C COFE AULA 9C4 3 File Edit Flowsheet Streams Plot View Window Help default name 3 unit Stream Connections Overall pressure 1 atm temperature 10067721 ºC mole fraction Benzene 039973323 mole fraction Toluene 02724316 mole fraction 0xylene 032783516 flow 69402494 kgs MW 0091132157 kgmol Compound flows Phase Fractions Vapor composition Liquid composition Overall properties Vapor properties Liquid properties 5 Estudos de Caso 3C COFE AULA 9C11 File Edit Insert Flowsheet Plot View Addins Window Help Stream CtrlI Energy stream CtrlShiftI Information stream CtrlShiftAltI Unit operation CtrlU Controller CtrlShiftC Flow constraint CtrlShiftF Stream report Unit parameters report Unit report Author report Object Line Text Label Hyperlink Rectangle Oval Bitmap from file Snap to grid 5 Estudos de Caso 3C StreamReport properties Line Fill Format Streams Overall props Phase props Available streams 1 2 3 Selected streams OK Cancel StreamReport properties Line Fill Format Streams Overall props Phase props Available streams 1 2 3 Selected streams OK Cancel StreamReport properties Line Fill Format Streams Overall props Phase props Available streams Selected streams 1 2 3 OK Cancel 5 Estudos de Caso 3C Stream 1 2 3 Unit Pressure 1 1 1 atm Temperature 25 100677 100677 C Flow rate 100 305975 694025 kgs Mole frac Benzene 05 0708246 0399733 Mole frac Toluene 025 0203411 0272432 Mole frac Oxylene 025 00883424 0327835 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia Química UC 7451 SIMULAÇÃO DE PROCESSOS UNIDADE 4 Simulação modular sequencial UNIDADE 8 Simuladores de processos comerciais e regras heurísticas para seleção de modelos termodinâmicos Estudos de casos Diadema SP Profa Dra Laura Plazas Tovar AULA 9 EQUILÍBRIO LÍQUIDO VAPOR E CÁLCULO DE FLASH