Utilização do Simulador COCO na Modelagem de Processos Químicos

UTILIZAÇÃO DE UM SOFTWARE GRATUITO PARA MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE PROCESSOS QUÍMICOS Lucas L LANDER¹ João L da SILVA Jr² Rejane B SANTOS³ RESUMO A modelagem e a simulação de processos químicos são de extrema importância pois visualizar os conceitos no processo e compreender a mudanças das variáveis durante o mesmo são fundamentais para um Engenheiro Químico Com isso este trabalho teve como proposta a utilização do simulador COCO como ferramenta computacional didática para estudantes de engenharia pois possibilita visualização das variáveis resultantes de forma rápida e fácil através de uma interface gráfica Palavraschave Engenharia Química Operações unitárias Simulador 1 INTRODUÇÃO Aprender como modelar uma planta de um processo químico simular o processo em determinadas condições e compreender como determinadas mudanças das variáveis podem alterar as condições operacionais como rendimento pureza do produto desejado etc são necessidades para um estudante de engenharia química Hoje os simuladores de processos alcançaram um nível de maturidade tal que é possível terse plantas virtuais que dentre outras utilizações realizam balanço de massa e energia e servem a análise síntese e otimização de processos Junto a esse cenário de poderosos simuladores vivemos em um mundo onde a grande concorrência a escassez de recursos naturais e a poluição fazem com que haja a necessidade de desenvolver métodos para a otimização não somente para a otimização de lucros mas também de recursos naturais ou diminuindo a poluição ambiental BERTOLDI 2012 Há vários softwares disponíveis no mercado gratuitos e pagos entretanto foi sugerido no presente trabalho o uso do simulador COCO por se tratar de software gratuito bem como seu modo fácil de simular processos com inúmeras operações e diversos componentes químicos O simulador COCO CAPEOPEN to CAPEOPEN trabalha num ambiente de simulação em estado estacionário apresentando uma área de interação fácil e simples como por exemplo a alteração nas variáveis do processo químico visando suas mudanças ¹ Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Sul de Minas Gerais Campus Pouso Alegre Pouso AlegreMG Email lucaslopeslander13gmailcom ² Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Sul de Minas Gerais Campus Pouso Alegre Pouso AlegreMG Email joaolameuifsuldeminasedubr ³ Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Sul de Minas Gerais Campus Pouso Alegre Pouso AlegreMG Email rejanesantos ifsuldeminasedubr Com isso foi proposto este trabalho utilizando o simulador COCO como ferramenta computacional prática e didática O simulador COCO é divido em 4 componentes Fonte COCOsimulator 2016 O COFE CAPEOPEN Flowsheet Environment é uma interface gráfica no modelo de fluxogramas de processos químicos possuindo algorítimo de solução sequencial para suas correntes e exibindo as propriedades das correntes de fluxo facilitando a plotagem O TEA Thermodynamics for Engineering Applications é o pacote baseado na biblioteca termodinâmica do ChemSep possuindo mais de 430 componentes químicos e apresentando mais de 100 métodos de cálculo analíticos ou numéricos derivados O COUSCOUS The CAPEOPEN Unitoperations Simple é o pacote de operações unitárias contendo misturadores bombas reatores trocadores de calor entre outras operações unitárias Também contendo uma versão limitada do ChemSep com um máximo de 40 compostos e 300 estágios servindo como coluna de destilação dentro do COCO CORN The CAPEOPEN Reaction Numerics é o pacote que facilita a especificação de qualquer tipo reação de equilíbrio e cinética em reatores Considerando a importância da simulação o presente trabalho teve como objetivo a simulação do processo de produção de estireno verificando a potencialidade do software como também análise da produção do estireno O estireno é principal matéria prima utilizada na produção de poliestireno material sintético muito usado comercialmente 2 MATERIAL E MÉTODOS Para realizar este trabalho foi simulado a produção de estireno pela desidrogenação do etilbenzeno utilizando o software COCO esse processo foi estudado e descrito por GONÇALVES 2011 O processo se inicia com duas correntes de alimentação uma contendo 86 de etilbenzeno 10 de tolueno e 4 de benzeno na fase líquida e outra contendo água pura na fase gasosa As vazões que entram no processo são 600 kmolh de água a uma temperatura de 172C 344 kmolh de etilbenzeno 4 kmolh de tolueno e 16 kmolh de benzeno a uma temperatura de 136 C e todas elas a uma pressão de 3 bar Essas duas correntes são alimentadas a um misturador que são pré aquecidas a uma temperatura de 577 C e alimentadas a um reator A pressão do reator varia de 1 a 3 bar Usualmente a razão molar de água e etilbenzeno é em torno de 151 A reação de formação de estireno ocorre pela desidrogenação de etilbenzeno que é uma reação endotérmica reversível e tem uma conversão de 90 como visto na Figura 1 Figura 1 Propriedades do reator A corrente de produtos do reator é alimentada a um primeiro flash onde praticamente toda água do processo é retirada na base os demais produtos que saem no topo são alimentados a um segundo flash onde os gases mais leves saem no topo e os mais pesados na base que por sua vez são alimentados em uma coluna de destilação para obtenção de estireno com pureza em torno de 92 O processo não possui reciclo pois praticamente todo etilbenzeno alimentado ao processo reage 3 RESULTADO E DISCUSSÕES Foi construído um modelo com base no processo descrito no item anterior e feita a simulação do mesmo logo foram obtidos os resultados conforme visto na Figura 2 e na Tabela 1 Figura 2 Modelagem da produção de estireno pela desidrogenação do etilbenzeno Tabela 1 Tabela de informação sobre as correntes de fluxo Como observado na Tabela 1 a simulação da produção do estireno se mostrou eficiente pois o estireno sai do processo praticamente puro 99 de pureza da coluna de destilação Com o processo implementado no simulador o aluno de engenharia ou engenheiro formado pode alterar as variáveis que quiser ao longo do processo e visualizar suas mudanças através das Tabelas que informam o fluxo das correntes durante o processo 4 CONCLUSÕES Notouse que utilizando o simulador COCO foi possível fazer a modelagem desejada do processo e com isso simular o mesmo nas condições determinadas sendo possível alterar as varáveis e analisar as condições operacionais visando a otimização do processo Logo percebeuse o potencial do simulador COCO como ferramenta computacional de ensino para alunos de engenharia química Acreditandose que ao aluno utilizar este recurso ganhe maior entendimento para análise de processos químicos REFERÊNCIAS BERTOLDI O J Investigação de estratégias de otimização de plantas virtuais usando os softwares COCO Scilab e Excel Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Química 2012 Disponível em httpwwwcocosimulatororg Acesso em 22 de agosto 2016 GONÇALVES Ricardo Vieira Projeto auxiliado por computador de processos industriais sustentáveis usando os softwares COCO e Scilab Faculdade de Engenharia Química Universidade Federal de Uberlândia 2011 Dissertação