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Simulação da Produção de Paraxileno

1. Figura 3 23 Influ ncia da 1LIQFRIO sobre a produ o de p xileno Inversamente produ o verifica se que a pureza de p xileno diminui com um aumento da 1LIQFRIO de acordo com a Figura 3 24 Relativamente pureza constata se que para alcan ar valores superiores a 99 64 deve se trabalhar com frac es inferiores a 0 268 74 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da pureza de p xileno com a 1 LIQFRIO 99 70 99 65 99 60 4 E E 99 55 99 50 99 45 99 40 LSLE ETLE PLF r PELS AR P 1LIQFRIO Figura 3 24 Influ ncia da 1LIQFRIO sobre a pureza de p xileno Influ ncia da Ts 306 A temperatura de sa da do reebulidor E 0306 da coluna T 0307 de 164 C actualmente A gama estimada foi de 154 a 174 C com um passo de 1 C A produ o negativamente influenciada por um aumento da temperatura de sa da do permutador E 0306 pois quanto maior a temperatura menor a produ o de p xileno perante a Figura 3 25 Varia o da produ o de p xileno com a Ts E306 376 0 375 8 375 6 4 375 4 3752 RU 375 0 4 374 8 374 6 1 374 4 4 374 2 4 374 0 4 373 8 x CA O O x A O 40 AN x no CE OREA CIGN CEQ O PELA Rea ton dia Ts e306 C Figura 3 25 Influ ncia da T s 306 sobre a produ o de p xileno Para as temperaturas m xima e m nima de 174 e 154 C v m produ es di rias de 375 354 e
2. gt Os reebulidores da coluna T 0307 E 0306 e E 0307 s o representados por um SIM HT aquecedor e um HEATER permutador simples com 2 correntes fria e quente respectivamente necessitando de se inserir duas informa es A temperatura de sa da e a percentagem de fluido vaporizado no primeiro caso e para o E 0307 introduz se a diferen a de temperaturas de sa da entre o fluido quente e o frio gt Os permutadores de pr aquecimento das correntes de alimenta o s colunas de destila o E 0302 E 0304 e E 0310 equipararam se a permutadores do tipo GEN HT introduzindo se a temperatura de sa da do fluido frio gt Os permutadores de arrefecimento E 0308 e E 0309 foram igualados a permutadores com duas correntes uma fria e uma quente do tipo SIM HT cedendo como especifica o a temperatura de sa da do fluido quente gt As bombas centr fugas equipararam se s Pumps especificando a press o de descarga gt As v lvulas existentes no processo assemelharam se a v lvulas do Type4 especificando se a press o de sa da gt Os separadores e misturadores de correntes equipararam se a SPLITTER e MIXER respectivamente Apenas o SPLITTER necessita de especifica o e introduziu se a frac o de uma das correntes Conv m salientar que as especifica es descritas anteriormente para cada equipamento s o necess rias para caracterizar o dado equipamento e portanto uma imposi o do AspenPlus Contudo o sim
3. 121 Cons 8 Lo3 A a o CR 06 Erse E PO306AS AT 78 C AP 06bar aF F NE TE Pt Figura 2 1 Diagrama do processo de destila o da coluna T 0303 com as condi es do ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto 28 Simula o da Produ o de Paraxileno Dry poz104s E0313 EE 200 1 8 ve 140 14 0206 AT 60 C 0 5 bar AP EcoLUNAS CEI e l E0304 Caudal m ssico kg hr m 5 E Press o bar GO Figura 2 2 Diagrama do processo de destila o da coluna T 0306 com as condi es do ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto 29 Simula o da Produ o de Paraxileno Face s composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna de destila o T 0306 estas foram retiradas de dias diferentes isto o produto de topo relativo ao dia 1 de Abril enquanto o produto de base ao dia 4 de Abril de 2008 sendo a alimenta o calculada atrav s das correntes de sa da da coluna As composi es m ssicas das correntes FCOLUNA 6 DEST6 e WF6 constam na Tabela 2 4 apresentada de seguida Tabela 2 4 Dados das composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna T 0306 Componente Composi es m ssicas WF6 N o Arom ticos EE Benzeno Tolueno Etilbenzeno Paraxileno Metaxileno Ortoxileno Co Arom ticos EE E RE 0 35 P dietilbe
4. a DESTO verifica se que ambos devem estar nos valores m ximos de 119 C e de 0 21543 respectivamente Seguidamente efectua se a an lise dos efeitos e interac es sobre R2 e apresenta se na Figura 4 9 o gr fico normal dos efeitos para as dadas condi es Averigua se que existe uma interac o e um efeito ambas com efeito negativas sobre a pureza de p xileno Gr fico normal dos efeitos Resposta a pureza de p xileno Y m m Alpha 0 05 Tipo de efeito N o significante E Significante Factor Nome A TF6 B TCOND6 Cc D6 D T E306 Percentagem 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 0 5 1 0 1 5 Efeito Figura 4 9 Gr fico normal dos efeitos para R2 para o caso 2 hip tese 1 99 Simula o da Produ o de Paraxileno Da interac o entre Tconve YDEST6 constata se que os valores mais adequados destes factores s o de 99 C e de 0 21543 respectivamente Interac es sobre a pureza de p xileno TCOND6 M dia 0 16827 0 21543 Figura 4 10 Gr ficos das interac es sobre R2 para o caso 2 hip tese 1 Da Figura 4 10 pode se ainda aferir que para maiores purezas enquanto evidente que a Tconve deve ser de 99 C a DEST6 poder ser adequada tamb m no valor m nimo de 0 16827 Em suma para as gamas das vari veis analisadas verifica se que i A Ts coso6 N o afecta nem a produ o nem a pureza de p xileno ii Para as maiores pro
5. o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos Remo o de dessorvente ton dia Alpha 0 05 99 90 HAB Factor Nome A TF3 80 B HW3 A c QH301 Percentagem q fo 20 10 0 10 20 Efeito Figura 4 1 Gr fico normal dos efeitos para R para o plano 1 Da Figura 4 2 afere se a exist ncia de dois efeitos principais e uma interac o A interac o consiste nas duas vari veis significativas individualmente isto entre a Te e a W3 e possui um efeito positivo sobre a remo o de dessorvente O factor relativo Quao n o significativo Interac o sobre a remo o de dessorvente 2965 E ESSES Ss 183 2960 E 198 29554 29504 29454 M dia 29404 29354 29304 29254 T T 0 015989 0 037309 Figura 4 2 Gr ficos das interac es sobre R para o plano 1 Por an lise da Figura 4 2 averigua se que para uma maior remo o de p dietilbenzeno a Ts e a W3 devem corresponder a 183 C e 0 015989 respectivamente Deste modo efectuou se um ensaio com a Te e a W3 respectivas a 183 C e 0 015989 Este ensaio origina uma remo o de dessorvente equivalente a 2961 995ton dia 1 Contudo este valor inferior quer ao valor da situa o actual 2962 004 quer ao poss vel m ximo 2962 008 logo efectuou se uma optimiza o no Minitab15 maximizando a remo o de modo a determinar quais os n veis mais adequados A este ensaio design
6. o e controle as tubagens os servi os auxiliares e edif cios Os custos indirectos representam as despesas legais e de contru o as conting ncias e a engenharia e supervis o do processo produtivo Geralmente para o c lculo destes ltimos custos recorrem se a factores que representam uma percentagem dos custos directos Usualmente a etapa inicial para o c lculo dos custos directos a determina o do custo actual do equipamento envolvido para um posterior c lculo do capital fixo de investimento atrav s de uma factor de custo tendo em conta uma actualiza o anual e este calcula se a partir da express o 1 1 Custo actua CUStO originaiX NOICE GE CUSTO ceia 1 1 Indice de custo original Os ndices de custo actual e original ndice de custOactua ndice de CUStO original devem ser relativos ao ano de aquisi o do equipamento e da actualidade respectivamente e encontram se dispon veis nas diversas edi es das Chemicals Engineering O custo relativo s restantes parcelas dos custos directos excep o dos edificios podem ser estimados e retirados do Peters et al tendo em conta o equipamento e a referida actualiza o reportado ao ano actual do projecto Peters et al 2003 Seguidamente determina o do capital investido os custos de funcionamento da instala o devem ser considerados e tamb m s o divididos em duas classes os custos fixos manuten o custos de laborat rio m o de obra da l
7. 1560089 1425842 0996441 0033122 Wegter 0001 sa 1560063 148 0528 096441 0 931706 C Wwegsten 0001 s5 15080 16 148 5058 0 090442 0 920473 XXV Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 12 Resultados da an lise de sensibilidade para a W7 ar ane Xrorouemo Wegen oo 021626 1571569 11735 Oss oors C Broyden 0001 02305 15722602 11041 00047 00742 C Broyden 0001 023518 1572478 10828 Ooo 00738 Tabela G 13 Resultados da an lise de sensibilidade para a TOLUENQ westen oo ooz 1571206 12104 0054 0002 wegstein oo oortsa 1567548 15506 oge oesor wegstein 000 oorasas 1566827 16014 09904 06376 XXVI Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 14 Resultados da an lise de sensibilidade para a 1LIQFRIO ar Tan Xrorrowuena C Wessen 0001 osse 1570537 12767 ososa ogia Tabela G 15 Resultados da an lise de sensibilidade para a VaporizadoE3o6 aro ano Wegstin 0001 oseas 1566041 17262 09000 os120 XXVII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 16 Resultados da an lise de sensibilidade para a T s E306 ea ao wesen oo 154 is7isas 14se ooaso ooro wegen 0001 15s 1s7599 1703 osast 00751 wegen 0o00 156 1571566 1948 Os66a 00751 wegen 0001 158 1570806 12440
8. 79 Figura 3 33 Influ ncia da TOLUENQ sobre a produ o de p xileno 80 Figura 3 34 Influ ncia da TOLUENQ sobre a pureza de p xileno 80 Figura 4 1 Gr fico normal dos efeitos para R para o plano 1 85 Figura 4 2 Gr ficos das interac es sobre R para o plano 1 85 Figura 4 3 Gr fico normal dos efeitos para R para o plano 2 88 Figura 4 4 Gr fico das interac es sobre R para o plano 2 88 Figura 4 5 Gr fico normal dos efeitos para R para o plano 2 89 Figura 4 6 Gr fico das interac es sobre R para o plano 2 89 Figura 4 7 Gr fico normal dos efeitos para R1 para o caso 2 hip tese 1 98 Figura 4 8 Gr ficos das interac es sobre R1 para o caso 2 hip tese 1 99 Figura 4 9 Gr fico normal dos efeitos para R2 para o caso 2 hip tese 1 99 Figura 4 10 Gr ficos das interac es sobre R2 para o caso 2 hip tese 1 100 Figura 4 11 Gr fico normal dos efeitos para R1 para o caso 2 hip tese 2 102 Figura 4 12 Gr ficos das interac es sobre R1 para o caso 2 hip tese 2 103 Figura 4 13 Gr fico normal dos efeitos para R2 para o caso 2 hip te
9. Ap s a elabora o do novo plano de crivagem para um intervalo de confian a de 95 resultam 1 e 3 factores significativos para a produ o e pureza de p xileno respectivamente Neste caso os valores de R2 para os 16 ensaios respeitam valores de pureza superiores a 90 Os resultados estat sticos do novo plano de crivagem apresentam se na Tabela 4 15 Tabela 4 15 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem do caso 2 hip tese 2 para as respostas R1 e R2 R2 Factor F6 629 Enquanto na produ o de p xileno apenas a DEST6 significativa para a pureza de p xileno a Tconps a YDEST6 e a Ts eso S O par metros significativos Contudo existem mais 2 factores que podem influenciar a pureza de p xileno a um intervalo de confian a de 90 Estes factores s o a Trs e a W7 De forma a verificar a sua influ ncia em termos estat sticos o subsequente planeamento factorial completo abrange os factores que sejam significativos a 90 de confian a para a crivagem 101 Simula o da Produ o de Paraxileno Deste modo assumiram se cinco par metros logo efectuaram se 32 ensaios de acordo com um plano 2 e avaliaram se como respostas a produ o e pureza de p xileno Do gr fico normal de efeitos na Figura 4 11 verificam se 5 efeitos e 4 interac es para a produ o de p xileno a 95 de confian a No sentido de simplificar a an lise assumiram se apenas interac es de segunda orde
10. Coluna de separa o de xilenos Splitter de xilenos A Unidade de adsor o Parex T 0301 e T 0302 T 0306 Coluna de remo o do dessorvente do extracto T 0307 Coluna de acabamento T 0303 Coluna de remo o do dessorvente do refinado B Unidade de isomeriza o Isomar R 0401 9 Figura 1 10 Programa o t pica de um simulador Sinnot et al 2005 11 Figura 1 11 Interface do AspenPlus vers o 2006 rea 13 Figura 2 1 Diagrama do processo de destila o da coluna T 0303 com as condi es do ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto ssss ss ss ses e cceeeeeeeeeeenenaaanananananananananaa 28 Figura 2 2 Diagrama do processo de destila o da coluna T 0306 com as condi es do ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto iiisss ss ss ss cc cceceeeeeeeeeaeaaanaaananaaaaananaa 29 Figura 2 3 Diagrama do processo de destila o da coluna T 0307 com as condi es do ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto sussa sossssns isa dass slisaae io onda ci bato dacn p cias ca bin detis pisada 31 Figura 2 4 Flowsheet da etapa 1 simulada no AspenPlus 42 Figura 2 5 Flowsheet da etapa 2 simulada no AspenPlus 44 Figura 2 6 Flowsheet da etapa 3 simulada no AspenPlus 47 Figura 3 1 Influ ncia da Tr sobre a remo o de dessorven
11. es de stripping o calor transferido alimenta o influ ncia do caudal composi o e local de entrada da alimenta o coluna n mero de andares e a exist ncia de um condensador e reebulidor Nakaiwa et al 2001 Tamb m Grossman et al no sentido de optimizar o design e processo das colunas de destila o revelam a necessidade de seleccionar o n mero de andares e a localiza o da alimenta o assim como as condi es de opera o que minimizem o investimento total e o custo de opera o e para colunas simples e singulares aplicam dois tipos de modelos o MINLP Mixed Integer Nonlinear Programs e GDP General Disjunctive Programming Deste modo Grossman e outros referenciam os modelos que utilizam andar por andar para optimizar colunas n o s simples mas tamb m com complexidade e verificam que apesar de grande dificuldade poss vel resolver computacionalmente com efici ncia os problemas de destila o Grossman et al 2005 Por m o pretendido uma optimiza o rigorosa a n vel global isto a n vel do processo por inteiro e tal efectuado por Gom z Castro implementando o algoritmo gen tico como ferramenta computacional de optimiza o Gom z Castro et al 2008 Contudo e apesar de estudos terem decorrido no sentido de melhorar o funcionamento de uma dada coluna de destila o seleccionando os factores principais o principal problema na optimiza o ser a sua gama de varia o Neste co
12. o actual Cada constri o tem a sua relev ncia perante o processo e na formula o do problema diferentes toler ncias para as restri es foram assumidas As toler ncias assumidas t m em conta o tipo de restri o de igualdade ou desigualdade e ainda o valor da dada restri o As constri es 1 e 2 possibilitam manter a fun o da coluna T 0306 isto a primeira restri o respeita a completa remo o de dessorvente do extracto e a segunda implica que o produto de base da coluna seja primordialmente dessorvente Para as restri es 1 e 2 adoptaram se toler ncias de 0 01 e 0 0001 respectivamente 91 Simula o da Produ o de Paraxileno A constri o 3 efectuada somente porque na situa o actual parte do p xileno sai no produto de base e como se verificou que as condi es 1 e 2 n o impediam a sa da do p xileno na base da coluna T 0306 optou se por adicionar esta constri o com uma toler ncia de 0 01 Por fim a restri o 4 tem como efeito limitante o mercado de venda que poderia ser constitu da com uma segunda fun o objectivo contudo como o AspenPlus n o permite a an lise de optimiza o multiobjectivo tal n o foi efectuado De salientar que a pureza do p xileno deve ser superior ou igual a 99 7 contudo e tendo em conta que se obteve na simula o um valor de 99 64 admite se que este o m nimo requerido pelos clientes Esta condi o de manter a pureza de p xileno teve uma t
13. o dos efeitos dos factores sobre a dada resposta frequente elaborar gr ficos dos efeitos em ordem aos respectivos factores De seguida e relembrando que os factores fict cios s o o xs x e o x a vari ncia do erro experimental determinada e equivale a 0 00015 Este c lculo resume se utiliza o da express o anterior como de seguida exemplificado 2 2 Dir 2 V _ 0 019 E 0 006 0 00015 A etapa final do m todo a realiza o do teste estat stico com o t de student Para tal O tca determina se da seguinte forma Lan Reis cali Ne Exemplificando para o factor x4 O t ca 1 equivale a 18 126 1476 770 SRS cat 0 00015 Este c lculo foi efectuado para todos os factores e na Tabela H 5 apresentam se os valores de tcaiculado para cada um dos factores excep o dos fict cios Tabela H 5 Valores de teaiculado para os factores do plano efectuado coluna T 0303 Factor Com um intervalo de confian a de 95 e com tr s graus de liberdade vem da tabela de t student um valor de 3 182 De seguida compara se cada valor de tcaiculado COM O anterior Como apenas o factor x apresenta um valor inferior a 3 182 constata se que o factor n o significante na remo o de dessorvente Os restantes factores s o significantes para um intervalo de confian a de 95 ou um n vel de probabilidade de 0 05 Bibliografia consultada Lopes C M M J Planeamento experimental Sebenta de mate
14. C WINCOOL O produto de topo e de base designam se por WFINAL7 e DESTILAY respectivamente Nesta coluna o reebulidor composto por dois permutadores E 0306 e E 0307 que vaporizam uma dada quantidade de l quido que depois retorna coluna como uma s corrente ap s mistura no M1 VCOLY7 O tipo de condensador um aeroarrefecedor que figura no flowsheet como E 0314 Os dados ausentes no diagrama s o exibidos na Tabelas 2 5 para os reebulidores e condensador da coluna T 0307 Tabela 2 5 Calores associados a E 0314 E 0306 e E 0307 Par metro Valor Qea14 Kcal h 1416000 Qesos Kcal h 1058400 Qesor Kcal h 448560 Al m dos dados anteriores para os permutadores envolvidos no processo sabe se o caudal de projecto que circula nos equipamentos de transfer ncia de calor Estes valores de projecto apenas foram aplicados no caso de aus ncia de dados reais o que se aplicou aos permutadores E 0306 e E 0307 Consequentemente os valores de caudais apresentados na posterior tabela correspondem a valores de projecto que n o assumem as mesmas condi es de composi o que as aprovadas mas que permitem uma estimativa da frac o de l quido de LIQDY que ir para cada permutador E 0306 ou E 0307 30 Simula o da Produ o de Paraxileno P0314AS z o pa N E 2 w po z ES a o i ER DE pa amp s ou a aa F amp 8 2 E 3 N Figura 2 3 Diagrama d
15. Montgomery 2001 N mero de ensaios N merodeensaios Tipo de plano 4 js 16 z C weere o 4 5 o mew 4 es me 22 Simula o da Produ o de Paraxileno Como referido outrora o tipo de plano mais aplicado na ind stria o III e neste tipo insere se o planeamento Plackett Burman Para planos deste tipo com N 8 12 16 20 a linha inicial de sinais mais e menos para posterior constru o da matriz apresenta se na Tabela 1 6 Tabela 1 6 Sinais da primeira linha da matriz do plano Plackett Burman para 7 11 15 e 19 vari veis Montgomery 2001 De salientar que o n mero de vari veis pode ser inferior isto para um plano com apenas 8 vari veis pode se utilizar o plano com N 12 e assume se que as restantes vari veis s o factores fict cios Contudo os planos com N 12 20 s o planos n o geom tricos e portanto a sua utiliza o deve ser quando poss vel evitada Montgomery 2001 A constru o da matriz aplicar os sinais da tabela anterior primeira linha e os das restantes linhas s o obtidos pela desloca o dos da linha anterior uma coluna para a direita a excep o da ltima linha onde todos os sinais devem ser negativos Lopes 2004 Mediante a elabora o da matriz completando com a resposta para cada ensaio realiza se um teste estat stico Devido presente utiliza o deste m todo a sua metodologia ser descrita posteriormente iniciando se com o c lculo dos efei
16. O planeamento de crivagem aplicado foi o de Plackett Burman com um N 8 com 7 factores sendo 3 fict cios O plano foi aplicado para as respostas anteriormente avaliadas isto a remo o de dessorvente R e a energia necess ria R Na Tabela 4 1 apresenta se o excerto da matriz do plano efectuado em ordem a R e R De salientar que neste sub cap tulo a R corresponde remo o di ria de dessorvente no produto de base em ton Tabela 4 1 Excerto da matriz do plano de Plackett Burman de 8 ensaios com 7 factores em ordem as respostas R e R Vari vel Ensaio Tes o 9 Quao1 R R 5 Teosto NS kcal h ton dia kWh 4 198 122 0 0373 14721330 2961 947 39975 6 2 483 122 0 0373 14723330 2925 737 37106 7 3 188 102 00373 14723380 2925697 870902 4 198 102 00160 14723330 2962008 432111 5 183 122 00160 14721330 2961 994 402868 6 198 102 00373 14721330 2061957 300579 8 183 102 oomo 14721330 20962005 402686 Posteriormente elabora o da matriz determinam se atrav s de um teste estat stico neste caso o t de student quais os factores significativos sobre cada resposta Deste modo calcula se para cada vari vel O tobtido compara se o valor deste com o valor te rico tcaiculado O valor te rico do t de student depende do n mero de factores fict cios existentes no plano e do n vel de probabilidade Par
17. Simula o da Produ o de Paraxileno XppxoXpxra Xpxre Composi es m ssicas de paraxileno na carga do Parex na alimenta o da coluna T 0303 e na alimenta o da coluna T 03036 respectivamente Contudo a aproxima o de que apenas o produto de topo cont m paraxileno faz com que se efectuem aproxima es estas s o as representadas em B 4 e B 5 F x Xpx 3 PROD X Xpxprovs B 4 Fo x Xpx re DEST Xpy peste B 5 Onde PROD Caudal do produto de topo da coluna T 0303 ton h DEST Caudal de destilado da coluna T 0306 ton h Xpx proDs Xpx pestre Composi es m ssicas de paraxileno nos produtos de topo da coluna T 0303 e T 0306 respectivamente Como se conhecem as composi es m ssicas excep o da composi o da alimenta o da T 0303 e o caudal de alimenta o da coluna T 0306 existem 2 vari veis desconhecidas e uma equa o logo realiza se um balan o global como descrito na express o B 6 P PROD DEST B 6 Para determinar o caudal de alimenta o coluna T 0303 efectua se um sistema com as express es B 3 e B 6 substitui se pelos valores conhecidos da seguinte forma PxXppx Fa XXpx p3 Fo XXpx po P PROD DEST Px0 1863 PROD x 0 0224 15 694 x0 9969 0 139 x 0 0682 amp P PROD 15 833 P 93 58ton h D 77 42ton h Note se que a adop o do destilado da coluna T 0306 o conjunto do destilado e produto de base da coluna T
18. Temperatura de sa da do fluido frio Aumento da temperatura de sa da do fluido frio Graus de sobreaquecimento da corrente de fluido frio Frac o vaporizada da corrente de sa da do fluido frio Calor trocado entre os fluidos Aproxima o da diferen a entre as temperaturas de sa da dos fluidos quente e frio ses Z D Q n A so Relativamente aos permutadores de pr aquecimento das correntes de alimenta o s colunas de destila o E 0302 E 0304 E 0310 representados pelos equipamentos GEN HT e SIM HT alguns factores n o foram assumidos do conjunto anteriormente referido seleccionando se a temperatura de sa da do fluido frio como especifica o No decorrer da simula o diversas especifica es foram testadas e averiguou se que o calor k n o possibilitava a converg ncia da simula o Um outro problema que no decorrer da simula o as temperaturas de entrada nos permutadores E 0302 e E 0304 foram constantemente alteradas para adequa o da simula o s condi es do processo e por tal as especifica es referentes a uma diferen a ou aumento diminui o de temperaturas como b d f h e n o foram consideradas Os graus de sobre arrefecimento ou de aquecimento correspondentes a c e i n o se consideram dado que n o existe um liquido comprimido nem vapor sobreaquecido Dado que os permutadores em quest o n o t m o objectivo de alterar a fase e como as especifica
19. dessorvente e de l quido alimenta o est o em contracorrente alternando periodicamente a entrada de alimenta o Minceva e Rodrigues 18 Simula o da Produ o de Paraxileno Esta tecnologia primordialmente utilizada quando se pretende recuperar produtos de alto valor agregado com baixo valores de separa o e ainda em separa es onde o custo e durabilidade do adsorvente afectam fortemente a viabilidade econ mica do processo Borges da Silva Souza e Souza 2001 Diversos autores estudaram o processo de adsor o selectiva no sentido de optimizar o seu processo variando par metros ajust veis e averiguando a sua influ ncia sobre a separa o dos compostos pretendidos Da bibliografia consultada o modelo de adsor o adoptado o de Langmuir e de acordo com Minceva este apresenta valores satisfat rios quanto a representar os dados de equil brio do xileno Kurup et al estudaram a influ ncia da configura o e comprimento da coluna e o n mero de colunas e maximizaram simultaneamente a pureza e recupera o de p xileno aplicando para o efeito uma optimiza o multiobjectivo determinando o conjunto de Pareto Neste caso o adsorvente e dessorvente utilizados foram o Pot ssio Y ze lito e o p dietilbenzeno respectivamente No documento referido a pureza m xima alcan ada foi de 99 12 para uma recupera o efectiva de 98 7 em compara o a 98 6 e 98 7 respectivamente aquando o aumento do n mer
20. est gio Fus o Cristalizador do 2 est gio aqueJsbuya Opin aqueJsbuys opin 4 Cristalizadores do 1 est gio Licor p xileno Figura 1 4 Esquema representativo da separa o de paraxileno por cristaliza o num processo de duas fases denominado de Arco Chauvel et al 1989 O outro m todo de separa o a adsor o selectiva por peneiros moleculares actualmente preferida em detrimento da cristaliza o pelas ind strias qu micas que pretendem separar o p xileno Duas das principais tecnologias industriais que utilizam a adsor o e que se encontram dispon veis no mercado s o o Parex da UOP Universal Oil Products e o Aromax da Toray Toray Industries Inc O processo industrializado pela UOP para recupera o de p xileno uma variante da tecnologia Sorbex unidade de recupera o de metaxileno de uma mistura de xilenos na qual ocorre a separa o de um componente no meio de outros por adsor o selectiva num s lido UOP LLC 2006b Este m todo utiliza um z olito como adsorvente que selectivo para o componente que se pretende remover e ao contr rio da cromatografia convencional o processo Parex opera de forma cont nua onde a alimenta o o dessorvente e as correntes de sa da da unidade s o trocadas ciclicamente de posi o num conjunto de colunas sendo comummente denominado de leito m vel simulado Esta simula o da alimenta o auxiliada por uma v lvula rot
21. lico utilizado como mat ria prima para produ o de embalagens pl sticas sendo utilizado para fabrico de fibras t xteis sint ticas Ketta 1993 Witicoff Reuben e Plotkin 2004 Perante o particular interesse em melhorar a produ o de p xileno uma breve descri o ao mercado deste is mero realizada posteriormente Simula o da Produ o de Paraxileno 1 1 Mercado do p xileno O p xileno o is mero com uma maior procura de produ o sendo cerca de 98 respectiva produ o de cido tereft lico PTA ou dimetiltereftalato DMT A restante frac o representativa uma pequena parte utilizada como solvente e para produ o de diparaxileno e herbicidas Dados ICIS com 2009 Analisando a maior aplica o do p xileno verifica se que este promove a produ o de cido tereft lico quando oxidado em meio de cido ac tico sob o efeito de um catalisador Co Mn e Br a altas temperaturas de acordo com a reac o presente na Figura 1 2 Moraes et al 2004 H3 OOH 180 230 C cido ac tico Q Catalisador Co Mn Br CH3 COOH p xileno cido tereft lico Figura 1 2 Reac o de oxida o do p xileno para produ o de cido tereft lico Moraes et al 2004 O cido tereft lico permite a produ o de polietileno fibras e filmes de poli ster bem como fibras de poliamida De uma forma geral os produtos originados pela oxida o do p xileno na presen a de um catalisador podem ser identifi
22. o deve ser verificada pela quantidade de fuel extra que necess rio queimar YoN3 86 Simula o da Produ o de Paraxileno Contudo a remo o de dessorvente inferior situa o actual logo experimentou se realizar um novo ensaio 1C variando somente no AspenPlus os dois par metros que s o significativos para a R a Te e a W3 Neste contexto a primeira tentativa originou uma remo o de dessorvente equivalente a 2962 005 por m a bomba P0306A S possui uma pot ncia superior em 109 852kW e a raz o de refluxo passa de 43 7 a 46 1 Os resultados do ensaio 1C comparecem na Tabela 4 5 Tabela 4 5 Resultados do ensaio 1C nomeadamente os valores dos par metros optimizados e a remo o di ria de dessorvente recorrendo numa optimiza o no AspenPlus Factor Remo o di ria de dessorvente T ton SFS W3 C 190 4 0 021225 2962 005 Em suma para uma maior remo o de dessorvente a bomba P0306A S tem de ser alterada bem como a raz o de refluxo o que poder influir na configura o da coluna De referir que a energia necess ria para o ensaio 1C respectiva a 40838 1kWh numa hora Logo tendo em conta as condi es do processo estes ensaios 1A 1B e 1C n o s o v lidos De seguida apresenta se o plano 2 no qual se assume que as respostas s o a remo o de dessorvente e a energia necess ria para o processo de destila o na coluna T 0308 4 1 1 2 Plano 2 Neste caso o
23. o de cada passo numa optimiza o sendo alguns mais superficiais do que outros Por exemplo segundo Seider et al uma optimiza o de um processo qu mico mais espec fica isto considera que o estudo dos passos que comp em o processo em si apropriado para uma eventual optimiza o pois permite o ajuste dos par metros chave melhorando o desempenho Neste contexto a formula o geral para um dado problema requer a an lise de certos pontos entre os quais Determinar o conjunto de n vari veis Nyar Seleccionar apropriadamente os par metros decisivos do conjunto anterior Estabelecer a fun o objectivo Designar as restri es quer de igualdade quer de n o igualdade Admitir as gamas de trabalho para todas ou algumas das vari veis do conjunto Seider et al 2004 De um forma geral num dado projecto a optimizar existe um certo n mero de vari veis que o utilizador deve especificar para definir o problema e que devem ser manipuladas na procura da melhor solu o No mbito de avaliar as vari veis que expressam a fun o objectivo efectua se uma an lise aos graus de liberdade que permite verificar se o modelo de optimiza o simples ou multivari vel Sinnott et al 2005 Geralmente existem tr s tipos de problemas quando se resolvem equa es de um ponto de vista puramente matem tico O primeiro relativo a um problema completamente especificado isto quando o n mero de equa es Neq a res
24. poss vel recorrer op o de an lise de sensibilidade do simulador para realizar an lises de sensibilidade de modo a constatar as influ ncias das vari veis sobre a fun o objectivo A solu o encontrada foi uma an lise de sensibilidade manual Ou seja pr estabeleceu se que todas as vari veis teriam 20 intervalos e foi estabelecido para cada factor uma gama de trabalho sendo o passo relativo gama e ao n mero de intervalos isto exemplificando para uma gama de 1 a 5 com 20 intervalos vem um passo de 0 2 Todos os ensaios relativos an lise de sensibilidade encontram se no anexo G 3 4 1 Vari veis da coluna T 0303 De uma forma geral a cada vari vel das 4 referenciadas no cap tulo 3 3 3 atribuiu se uma gama de trabalho e um passo e analisou se a influ ncia da mesma sobre as respostas a remo o de p dietilbenzeno e o consumo de energia Neste caso assumiu se que a soma de todas as pot ncias dos equipamentos 59 Simula o da Produ o de Paraxileno envolvidos por uma hora representavam a energia necess ria para o dado processo em kWh Esta admiss o apesar de rudimentar permitia simultaneamente diminuir a taxa de transfer ncia de calor dos permutadores envolvidos e a pot ncia requerida pelas bombas do processo De salientar que a remo o de dessorvente referida como uma percentagem do desvio de remo o isto dado que a varia o do caudal de sa da de dessorvente ligeira optou
25. respectivos ao ensaio A para o caso 2 hip tese 3 Tabela 4 21 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno respectivas ao ensaio B para o caso 2 hip tese 3 Tabela 4 22 Valores ptimos das vari veis Tre Tconve YDESTO W6 W7 e Ts E306 respectivos ao ensaio B para a hip tese 3 Tabela 4 23 Valores de melhoria anual de p xileno para todas as hip teses testadas para optimizar o conjunto das colunas T 0306 e T 0307 Tabela 4 24 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem da coluna T 0307 para as respostas R1 e R2 57 58 58 83 84 86 86 87 90 93 94 95 95 97 97 98 101 101 104 105 106 109 109 109 110 110 112 Tabela 4 25 Resultados da optimiza o da coluna T 0307 auxiliada pelo Minitab15 Tabela 4 26 Resultados da simula o da coluna T 0307 pelo AspenPlus com os valores dos factores da Tabela 4 25 Tabela 4 27 Resultados da optimiza o da coluna T 0307 variando os 5 factores no AspenPlus Tabela 4 28 Resultados da optimiza o da coluna T 0307 variando os 5 factores no AspenPlus pelo m todo do gradiente reduzido Tabela 5 1 Custos dos equipamentos para o projecto 2 e 3 Tabela 5 2 Custo de tonelada de p xileno para os tr s projectos no momento inicial Tabela 5 3 Volume de produ o e custo de produ o de p xileno para os tr s projectos no ano 2 115 115 116
26. veis de um factor n o a mesma que em todos os n veis dos restantes factores e a isto se designa de interac o Dado que as interac es demonstram o impacto de um factor sobre outro aquando a modifica o do n vel e podem aumentar ou diminuir os efeitos principais a pr via avalia o destas em detrimento dos efeitos principais extremamente importante Geralmente quer os efeitos quer as interac es s o ilustrados atrav s de gr ficos em ordem m dia da resposta A utiliza o de uma ferramenta computacional quando poss vel por ser uma forma mais gil e eficaz de analisar e interpretar os resultados mediante os gr ficos anteriormente referidos recomendada Neste mbito o Minitab15 programa estat stico um auxiliar do planeamento factorial completo foi o aplicado no decorrer do trabalho 21 Simula o da Produ o de Paraxileno Neste caso para a an lise das signific ncias dos efeitos e interac es pode se originar um dos seguintes tr s gr ficos o normal dos efeitos o meio normal dos efeitos e o de Pareto O tipo de gr fico empregado foi o normal dos efeitos que n o mais que um gr fico em ordem probabilidade normal onde enquanto os efeitos n o significantes s o normalmente distribu dos com uma m dia nula e tendem a coincidir com a linha recta os efeitos significantes possuem uma m dia n o nula e n o coincidem com a dada linha Ap s a avalia o dos efeitos necess rio uma va
27. 117 119 119 120 Nomenclatura S mbolo Defini o Unidade Arabe MPROD3 Caudal m ssico do produto de base da T 0303 kg h E E RP TT ES MEXTRACTO Caudal m ssico do extracto kg h YW3 HDESTO W6 Frac o de corrente W3 DESTO W6 W7 1LIQFRIO YWT 1LIQFRIO 1 TOLUENQ e TOLUENQ Y Vaporizadog306 Frac o vaporizada do fluido no permutador E 0306 1 Consumo mp Consumo das mat rias primas kg Custo actual Custo actual reportado ao ano actual Custo mp Custo mat rias primas Custo original Custo original reportado ao ano original Custo unit rio compra MP Custo unit rio das mat rias primas Desvio relativo Desvio entre o valor desejado e o obtido m relativamente ao desejado E Efeito do factor fict cio 1 n N mero de sinais positivos numa coluna Rss Neg N mero de equa es 1 nr N mero de factores fict cios 1 Nes Nre Ne7 Andar de entrada da corrente de alimenta o da coluna T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente NL N mero de graus de liberdade 1 Npratos 3 Npratos 6 Npratos 7 N mero de pratos ou andares das colunas T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente Neros Pratodesa dadacorente PROD3 O O mM Nvar N mero de vari veis 1 Phases Pbases Pbase Press o na base da coluna T 0303 T 0306 e T 0307 Es respectivamente Pconvs Pconce PconD7 Press o de sa da do condensador da coluna T 0308 Ea T 0306 e T 0307 respectivamente P Press o da corrente
28. 1B O ensaio que permite atingir uma menor energia necess ria o ensaio 1C com um total de 40838 2kWh Em s ntese em todos os ensaios efectuados existe uma viola o nas condi es do processo Tendo em conta a resposta R e R e as condi es do processo para o plano 1 e 2 o melhor ensaio relativo ao 1C A melhoria entre a situa o actual n o significativa pelo que manter a situa o actual poder ser uma hip tese mas primeiramente uma avalia o ao impacto da mudan a deve ser efectuada 4 2 Optimiza o do conjunto T 0306 e T 0307 Neste processo existe a possibilidade de produzir mais 15 30ton ano de p xileno tendo em conta a carga ao conjunto das colunas T 0306 e T 0307 ser de 375 356ton dia Neste caso aplicou se o m todo da constri o onde se mant m uma pureza m nima de 99 64 e se pretende maximizar o caudal de p xileno no produto de base da coluna T 0307 Wrz As restri es para este objectivo s o as seguintes 1 A remo o de dessorvente no produto de base da coluna T 0306 deve ser pelo menos de 46782 6kg h 2 A pureza de dessorvente no produto de base da coluna T 0306 deve ser de 99 65 m m 3 A quantidade de p xileno no produto de base da coluna T 0306 deve ser inferior a 0 15kg h 4 A pureza m nima de p xileno no produto de base da coluna T 0307 deve ser de 99 64 m m Os valores anteriores t m como base os alcan ados na simula o adoptada como situa
29. 48 98 901828 0 8650 0 9705 XXII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 8 Resultados da an lise de sensibilidade para a W6 XXIII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 9 Resultados da an lise de sensibilidade para a Quaos XXIV Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 10 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tpz M todo aro Gaio oome Dos osso os os osmo Doses Tabela G 11 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tconpz ps wegen o0 as 1569821 1348875 Ooo oors Wegter 0007 a6 1560779 1352049 096802 0076362 C Wegsten 0007 a8 1569895 136 1529 096052 097a150 C Wegsten 0001 s9 156065 1365802 0096878 0 972862 C Wegsten 0001 a0 1569807 187 0005 og96898 oora C Wegsten 0001 a2 1569561 137 8808 0096428 0966094 Wegter 0001 as 1569534 138 2598 0996428 0 963644 C Wegsten 0001 aa 1569434 138 805 0096429 0962167 Micgstein 00001 as 15698 05 1801162 0096482 0 950328 C Wegsten 0001 as 1569856 1305898 096485 0056436 C Wegsten 0001 a8 1569287 1403911 0090488 0049098 Wegter 0001 a9 1560238 1408828 0096488 0947509 C Wegsten 0001 so 1569204 141 2859 0996489 0044268 Wegter 0001 s2 1560115 1421588 000644 003016 C Wegsten 0001 s3
30. 60 E E 99 55 as 99 50 99 45 99 40 SS KA RECUO GC UCA R NE ND SO od Tg C Figura 3 20 Influ ncia da Tr sobre a pureza de p xileno No caso da pureza com um acr scimo na temperatura aumenta se a pureza de p xileno at os 99 65 Como referido anteriormente a 132 C pureza menor 99 61 e at 138 C a pureza inferior ao necess rio para o processo 99 64 Logo numa an lise individual a temperatura de alimenta o da coluna T 0307 dever encontrar se entre 138 C e 142 C 72 Simula o da Produ o de Paraxileno Influ ncia da W7 Esta vari vel W7 actualmente equivalente a 0 18101 o que resulta numa raz o de refluxo no topo de 4 52 A gama estabelecida teve em conta uma varia o de 30 da raz o de refluxo actual isto de 3 17 a 5 88 A frac o valor inserido no simulador foi deste modo analisado no intervalo de 0 23991 a 0 14531 respectivamente O passo empregado corresponde a 0 00473 Aquando a varia o da produ o de p xileno com a W7 verificou se que nos quatro primeiros ensaios para W7 equivalentes a 0 14531 0 15004 0 15477 e 0 15950 apesar das simula es terem convergido com uma toler ncia de 0 001 existia uma diferen a superior a 1kg h aquando a verifica o do balan o m ssico Logo o pico visualizado deve se a erros de balan os de massa provenientes do simulador utilizado De uma forma geral da Figura 3 21 visualiza se um aumento na
31. DD a A Tconos C Figura 3 5 Influ ncia da Tconps sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0303 Da Figura 3 5 visualiza se uma fraca tend ncia da varia o do desvio percentual da remo o de dessorvente com a vari vel Averigua se que entre 116 e 117 C o desvio praticamente nulo o que implica que neste intervalo a remo o do dessorvente no produto de base seja praticamente total O valor m ximo de desvio corresponde a uma temperatura de sa da do condensador de 102 C equivalente a 1 644 Para a temperatura de sa da do condensador de 117 C o desvio de 0 033 o que corresponde ao desvio m nimo obtido Varia o da energia necess ria em T 0303 com a Tconos 41360 41350 E xX T 41340 1 D o W 41330 413220 4 1 102 103 104 106 107 108 110 111 112 113 114 115 116 117 119 120 121 122 Tconos C Figura 3 6 Influ ncia da Tconps sobre a energia necess ria na coluna T 0303 63 Simula o da Produ o de Paraxileno Por observa o da Figura 3 6 um aumento na Tconvs promove um aumento na energia necess ria na coluna T 0303 Os valores m nimo e m ximo de energia correspondem a 41339 1 e 41356 5kWh para 102 e 122 C respectivamente Uma an lise extraordin ria ao condensador permite verificar que o calor cedido em valor absoluto aumenta com um acr scimo de temperatura de 102 a 122 C dado que o caudal a condensar tamb m aumenta Da mesma forma a pot n
32. John Wiley and Sons Inc 2 ed 2004 Nova lorque Sevas Educational Society Choice of the Process em linha refer ncia de 2 de Fevereiro de 2009 Dispon vel na Internet em lt http Avww sbioinformatics com design thesis Orthoxylene orthoxylene Methods 25200f 2520Production pdf gt Shokri S Hayati R Marvast A M Ayazi M Ganji H Real time optimization as a tool for increasing petroleum refineries profits Petroleum amp Coal vol 51 2 pag 110 114 15 de Abril de 2009 Dispon vel na Internet em lt www vurup sk pc gt Sinnott R K Coulson J M Richardson J F Chemical engineering design Elsevier e Coulson amp Richardson s chemical engineering series Vol 6 4 ed 2005 Smith V J Colloquium on geology mineralogy and human welfare National Academy of Sciences 1999 Estados Unidos Stoji M M Nedeljkov Lj S Krsti M D Mauhar S Simulation of atmospheric crude unit badger using AspenPlus Petroleum amp Coal vol 46 pag 57 62 28 de Outubro de 2004 Dispon vel na Internet em lt www vurup sk pc gt Takaishi T Tsutsumi K Chubachi K e Matsumoto A Adsorption induced phase transition of ZSM 5 by p xylene J Chem Soc Faraday Trans 1998 94 4 pag 601 608 Tham M T A Destila o In TYPES OF DISTILLATION COLUMNS em linha Departamento de Qu mica e processos de Engenharia Universidade de Newcastle Outubro de 1997 refer ncia de 10 de A
33. Minitab15 AspenPlus Minitab15 AspenPlus 185 6 0 015989 14723330 2962 006 2962007 40985 5 40984 1 Da Tabela 4 6 afere se que todos os par metros foram alterados quando comparados situa o actual Apesar de o ensaio 2A originar uma maior remo o de dessorvente e menor energia necess ria viola as duas bombas envolvidas no processo Enquanto que a bomba P0306A S excede em 810 92kW a pot ncia actual a P0307 excede em 4 27kW Al m das bombas neste ensaio tamb m a raz o de refluxo e o calor da fornalha s o alterados o que como referido outrora poder influir sobre a configura o da coluna De salientar que o ensaio de optimiza o com os 4 factores no AspenPlus n o foi poss vel isto aquando a tentativa de minimizar a energia necess ria mantendo a remo o de dessorvente n o se alcan ou um ensaio v lido pois n o se atingiu a converg ncia Esta impossibilidade foi testada pela mudan a de condi es iniciais nomeadamente a raz o de refluxo altera o da toler ncia do m todo e ainda pela modifica o do m todo de resolu o No sentido de expor as principais conclus es sobre ambos os planos segue se o cap tulo 4 1 2 4 1 2 Conclus es gerais Do plano 1 constata se que uma maior remo o de dessorvente implica uma maior pot ncia requerida pela bomba POS06A S Conclui se ainda do plano 1 que quanto maior a raz o de refluxo na base da T 0308 maior a pot ncia da bomba PO306A S
34. O O O O O O O O Y vaporizadop os Figura 3 27 Influ ncia da Y vaporizadogs0e sobre a produ o de p xileno Apesar de n o ser poss vel visualizar se na Figura 3 27 o valor m ximo de produ o di ria de 375 355ton para Y Vaporizadoes06 equivalente a 0 2345 A produ o varia entre 76 Simula o da Produ o de Paraxileno 375 353 e 375 355ton dia desde a frac o 0 1745 at 0 2445 onde na imagem se visualiza uma linha quase paralela abcissa A partir deste ponto frac o equivalente a 0 2445 a produ o vai diminuindo ligeiramente sendo vis vel o decl nio a partir de uma frac o de 0 2745 Varia o da pureza de p xileno com a Y vaporizadoEs06 99 70 99 65 4 99 60 99 55 m m 99 50 99 45 99 40 Y vaporizado sos Figura 3 28 Influ ncia da Y vaporizadoes0e sobre a pureza de p xileno No sentido contr rio ao do aumento da produ o vem o aumento da pureza de paraxileno como se pode constatar na Figura 3 28 Isto confere se que somente para frac es vaporizadas superiores a 0 2745 que se obt m valores superiores a 99 64 O ponto onde se obt m uma pureza de 99 64 na frac o 0 2745 e o m ximo obtido a partir de uma frac o vaporizada de 0 3445 e equivale a uma pureza de 99 69 Averigua se deste modo um aumento da pureza com um aumento da frac o vaporizada Influ ncia da ATEs07 Este
35. OS656 09755 Wegstein 0001 159 1570822 12686 09058 00748 Wiegstem 0001 160 1570378 12933 09959 09747 wesen 0o00 161 1570124 10180 oot 00734 wegen 0001 162 1569883 13427 ooo ooro wegen 0001 163 1560655 13671 09963 00059 wegen 00007 164 1560595 139 12 09964 00503 Wegen 0001 16s 1569217 14148 09965 00490 Wiegstem 0001 166 15689 88 14387 09966 osmo wesen 0001 168 1568643 1486 09967 09210 wegen 0001 169 1560496 15097 00967 00007 Tabela G 17 Resultados da an lise de sensibilidade para a AT 307 e men e viegsen 000 16 senas sia ooe ass viegsen 000 16 somos ssa nom ass vicgsen ooo ae somos rore ossos oases vicgsen omo o sesos rore os oases weesen omo 20 sesse rore os os weesen ooo 2 emos rore oosa os weon 000 28 senas rore oos ass viegsen 000 a somos ssa ooe osso woso 00 s se or oo oore Cwen oo 26 lissa ors oor oora cds o0 ma isas o oo oor XXVIII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno H Exemplo de c lculo do planeamento experimental Planeamento Plackett Burman Este m todo de crivagem foi aplicado para avaliar quais as vari veis que afectam uma dada resposta Para efeito exemplificativo utiliza se o plano efectuado c
36. T 0306 apresentados nas figuras 3 9 e 3 10 respectivamente Varia o da produ o de p xileno com a T 376 374 372 4 370 4 368 4 366 1 364 362 360 358 356 4 354 352 350 ton dia 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 Tis Figura 3 9 Influ ncia da Trs sobre a produ o de p xileno Verifica se que um aumento da temperatura de alimenta o coluna T 0306 promove um aumento da produ o de p xileno at a uma temperatura de 198 C Acima de 198 C averigua se uma ligeira diminui o na produ o de 375 311 para 375 202ton dia 66 Simula o da Produ o de Paraxileno dd Varia o da pureza de p xileno com a T 100 00 99 50 5 99 00 95 00 r r r r l 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 Teo C Figura 3 10 Influ ncia da Tps sobre a pureza de p xileno A influ ncia da temperatura de alimenta o coluna T 0306 a inversa da produ o isto a partir de 198 C a pureza de p xileno diminui de 99 64 para 99 25 m m A partir da Figura 3 10 verifica se que de 188 a 198 C n o existe uma influ ncia da temperatura na pureza pois mant m se constante no valor de 99 64 Verifica se que a temperatura de 198 C a que respeita um m ximo de produ o de p xileno a uma pureza de 99 64 Influ ncia da W6 Esta vari vel W6 possui um valor actual de 0 35 o que resulta nu
37. X 42000 TF3 a 183 TF3 198 39000 45000 a 42000 W3 0 015989 W3 B 0 037309 s 39000 TCOND3 Figura 4 6 Gr fico das interac es sobre R para o plano 2 89 Simula o da Produ o de Paraxileno Conv m salientar que neste preciso caso o importante diminuir a energia necess ria logo a selec o das melhores condi es tem em mente um menor valor de energia necess ria Neste contexto ap s avaliar cada interac o significativa as melhores condi es respeitam a Tr de 183 C a W3 de 0 037309 e a Tconoz de 102 C Pode se ainda referir que o par metro Quo diminui a energia ao n vel inferior isto a 14721 330kcal h Em suma existe um factor n o concordante nas duas respostas a W3 sendo 0 015989 para a R e 0 037309 para R Neste mbito como anteriormente realizado recorre se optimiza o no Minitab15 onde se maximiza a remo o de dessorvente e se minimiza a energia necess ria O ensaio foi ainda validado pelo AspenPlus e designa se de ensaio 2A e os resultados obtidos apresentam se na Tabela 4 6 Tabela 4 6 Valor dos par metros a utilizar no ensaio 2A de acordo com o Minitab15 e os resultados da remo o de dessorvente e de energia necess ria recorrendo ao Minitab15 e ao AspenPlus Remo o de di ria de Factor dessorvente ton Energia necess ria kWh Tes 5 Qusor Tconos ini ini C kcal h C
38. a unidade de destila o da coluna T 0303 para o processo simulado e adoptado como actual A abordagem seleccionada apoiou se na presente no Peters et al e deste modo nos custos de opera o existem tr s tipos os custos vari veis os fixos e ainda as despesas legais Os custos vari veis compreendem os custos relativos das mat rias primas da labora o da supervis o das utilidades do laborat rio da manuten o e repara o e dos custos suplementares Os custos fixos englobam a deprecia o o finaciamento as taxas locais os seguros bem como as rendas De referir que para a determina o destes custos a produ o constante logo todos os custos s o mantidos constantes ao longo do ano De seguida cada componente dos custos vari veis avaliado para o processo em causa Custos vari veis Para realizar um balan o econ mico para os custos vari veis teve se em conta o funcionamento das unidades UO300 e UO400 Isto como o custo da mat ria prima tem em conta a produ o dos produtos inerentes s duas unidades as utilidades das unidades t m de ser tratadas em conjunto Um enquadramento das fornalhas bombas permutadores quer com gua de arrefecimento quer com vapor a alta press o 12bar foi efectuada de modo a n o comprometer o custo de produ o por tonelada de p xileno Custo das mat rias primas Primeiramente tem de se descriminar as mat rias primas neste caso a mistura de xilenos e o hidrog n
39. anterior um aeroarrefecedor designado de E 0313 e o reebulidor uma fornalha H 0302 com uma efici ncia de 83 28 Dado a inexist ncia de dados sobre o condensador e a fornalha na Figura 2 2 de seguida apresenta se a Tabela 2 3 que contem informa es sobre os equipamentos Tabela 2 3 Calores associados a E 0313 e H 0302 Par metro Valor Qe313 Kcal h 5942000 Qusoz Kcal h 7192651 Al m das condi es de opera o das fornalhas presentes na Tabela 2 3 conveniente frisar que o combust vel para a queima destas o fuel leo e o fuel g s O consumo de fuel leo como combust vel de queima equivale a 98 8 e 48 3 para a H 0301 e a H 0302 respectivamente Quanto ao fuel leo este representa um consumo de 1 2 e 51 7 para H 0301 e H 0302 respectivamente sabendo que a fornalha H 0303 apenas consome este combust vel Consultar anexo F onde se apresenta um exemplo de c lculo para a estimativa das percentagens de consumo referidas De salientar que o consumo di rio de fuel g s e de fuel leo no dia 1 de Abril de 2008 equivale a 44 939 e 19 574ton respectivamente Discriminando o consumo de combust vel para as colunas de destila o T 0303 e T 0306 para o dia em quest o vem para o fuel leo 36 280 e 8 659ton e para o fuel g s um consumo de 0 322 e 7 13ton respectivamente 27 Simula o da Produ o de Paraxileno E 148 2 77290 PROD3 mi P0207AS
40. as alimenta es das colunas T 0303 e T 0306 s o assumidas como constantes tamb m o consumo de mat rias primas constante O custo inerente s mat rias primas equivale a 121 183 945 12 considerando a mistura de xilenos e o hidrog nio Os custos das utilidades compreendem a energia el ctrica o consumo de fuel leo e fuel g s a utiliza o de vapor de alta press o 12bar e os gastos referentes gua de arrefecimento De referir que foi assumido que o condensado era aproveitado Tendo em conta o processo em estudo na Tabela 2 16 apresentam se os custos anuais das utilidades para o processo T 0303 T 0306 e T 0307 Consultar c lculos no anexo F Tabela 2 16 Custos anuais das utilidades para a coluna T 0303 T 0306 e T 0307 de acordo com a simula o actual ss Custos anuais Utilidade Coluna T 0303 Coluna T 0306 Coluna T 0307 Eleciricidade 1 607 255 62 64 584 77 10 078 91 Custo total utilidades 5 908 428 83 2 196 784 82 306 062 11 Da tabela anterior constata se que enquanto a coluna T 0307 se encontra associada a menores custos de utilidades com um total de 306 062 11 a coluna T 0303 a que apresenta uma maior despesa equivalente a 5 908 428 23 para um ano de labora o Estes custos n o t m em conta um gasto de energia por parte dos aeroarrefecedores e do permutador E 0306 apesar destes terem sido assumidos como 48 Simula o da Produ o de Paraxileno a
41. c lculo di metro de coluna de destila o XXXIV 128 Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno ndice de Figuras Figura H 1 Gr ficos residuais para o plano 2 efectuado coluna T 0303 onde a resposta o caudal de dessorvente no produto de base da coluna XXXII Figura H 2 Formato da fun o desirability para o caso de uma maximiza o XXXIII ndice de Tabelas Tabela A 1 Perfil de temperatura da coluna T 0303 de acordo com os diagramas reais I Tabela A 2 Perfil de temperatura da coluna T 0306 de acordo com os diagramas reais I Tabela A 3 Perfil de temperatura da coluna T 0307 de acordo com os diagramas reais l Tabela D 1 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o da T 0303 com dados de projecto VI Tabela D 2 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o do conjunto T 0306 e T 0307 com dados de projecto MI Tabela D 3 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o da T 0303 alterando a press o da coluna VII Tabela D 4 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o do conjunto T 0306 e T 0307 alterando a press o VII Tabela F 1 Custos anuais das
42. dados existentes e para permitir uma melhor estimativa inseriu se tamb m a queda de press o Tendo em conta que os perfis de temperaturas das colunas em causa foram fornecidos os mesmos foram inseridos na ficha de estimativas presente na coluna de destila o no AspenPlus Os perfis de temperatura encontram se presentes no anexo A Quanto ao equipamento interligado coluna nomeadamente a fornalha esta foi considerada como uma entrada de calor no primeiro prato na base da coluna e necessita se de uma especifica o para a classificar e por tal inseriu se o calor real associado assumindo a efici ncia da mesma Note se que a fornalha uma op o da coluna de destila o anteriormente referida e possui tr s especifica es poss veis a Calor da fornalha b Raz o entre o caudal de l quido que retorna acima do prato de alimenta o e o caudal de alimenta o fornalha c Temperatura da fornalha Relativamente aos permutadores com mais de duas correntes como os tipos GEN HT e SIM HT as especifica es poss veis s o as seguintes Temperatura de sa da do fluido quente Diminui o da temperatura de sa da do fluido quente Graus de sobre arrefecimento fluido quente Diferen a entre a temperatura de sa da do fluido quente com a de entrada do fluido frio e Frac o vaporizada da corrente de sa da do fluido quente Diferen a entre a temperatura de entrada do fluido quente com a de sa da do fluido frio
43. de liberdade superior a zero logo s o sistemas indeterminados admitindo infinitas solu es O sistema referente coluna T 0306 o que apresenta o maior n mero de graus de liberdade Deste modo todos os sistemas integrantes da destila o na coluna T 0306 apresentam pelo menos um grau de liberdade 52 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 3 3 Graus de liberdade de cada sistema inerente destila o na coluna T 0307 Graus de liberdade FV0333 1 E 0310 E 0308 T 0307 S4 S5 E 0307 E 0306 E 0314 S6 E 0309 Sistema alaloinlalalala alaln Na destila o na coluna T 0307 averigua se que todos os sistemas integrantes t m mais vari veis do que equa es independentes pois s o sistemas com um ou mais graus de liberdade Tamb m neste caso se verifica da Tabela 3 3 que a coluna de destila o o sistema com o maior grau de liberdade equivalente a 5 Na sequ ncia decrescente de graus de liberdade vem os permutadores E 0310 E 0306 e E 0314 com 2 graus de liberdade e os restantes sistemas possuem apenas um grau de liberdade Em suma atrav s da an lise de graus de liberdade constata se que todos os sistemas integrantes quer da coluna T 0303 quer da T 0306 quer da T 0307 possuem um ou mais graus de liberdade Deste modo conclui se que o sistema a optimizar ser multivari vel 3 3 Vari veis A an lise das vari veis do processo tem como
44. de Abril de 2008 onde a produ o de paraxileno equivale a 375 499ton dia gt Assumiram se como elementos representativos das classes de Co Arom ticos e de N o arom ticos o Trimetilbenzeno e o N octano respectivamente o Na aus ncia de todas as an lises pretendidas medi es das frac es m ssicas num dado dia do m s de Abril no topo ou base da coluna de destila o considerou se o dia anterior ou posterior que contivesse a informa o requerida dependendo do caso em quest o informa o relevante para caracterizar a corrente de entrada de um processo SA alimenta o da coluna T 0306 diz respeito a 62 780ton h e o produto de topo a 15 833ton h valor relativo para um funcionamento de 24 horas produ o de paraxileno no dia 1 de Abril de 2008 0O produto de topo e base da coluna T 0307 equivalem a 0 139 e 15 694ton h respectivamente Os recipientes no processo n o se consideraram necessitando se apenas de manter a press o e temperatura que os mesmos manteriam sa da do condensador de cada coluna de destila o gt As bombas inseridas no processo s o do tipo centr fuga apesar de algumas se encontrarem acopladas a compressores gt O caudal de alimenta o da coluna T 0303 foi estimado atrav s de balan os materiais e equivale a 201 240ton h SO produto de topo e base da coluna T 0303 equivalem a 77 290 e 123 950ton h respectivamente o Na coluna T 0303 desprezou se
45. de leito fixo convencional com o reactor catal tico de membrana CMR Conclu ram que o aumento ou diminui o de temperatura relativamente ao padr o de 450K diminui a perme ncia e que a selectividade do p xileno pode atingir os 100 mesma temperatura Al m dos estudos singulares publicados na tentativa de descobrir um novo catalisador de melhores caracter sticas dos que os j existentes existem certos 20 Simula o da Produ o de Paraxileno catalisadores que por serem patenteados n o publicam os estudos efectuados Como exemplo de falta de caracteriza o do catalisador temos a UOP que possui v rios catalisadores como o 1 9 100 e 1 210 apresentando rendimentos de 65 76 5 e 91 respectivamente considerados bons catalisadores pelos seus altos rendimentos e que promovem a produ o de paraxileno Enquanto que o catalisador l 9 converte o EB em is meros de xilenos o catalisador l 100 realiza a desalquila o do EB convertendo o em benzeno Meyers 1997 Meyers 2004 e Smith 1999 Posteriormente pela sua associa o com a optimiza o de um processo aborda se o planeamento experimental no sub cap tulo 1 5 1 5 Planeamento experimental O planeamento experimental associado a uma optimiza o aquando um elevado n mero de vari veis de decis o visto que permite reduzir o n mero de factores a variar aquando a optimiza o e determinar quais os par metros com significado estat stico sobre uma res
46. equivale a 0 344ft s A correc o da tens o superficial foi admitida tendo em conta que corresponde a 15dyn cm de acordo com os resultados do AspenPlus Deste modo substituindo os valores da tens o da densidade do l quido e do g s e o valor de A na express o 1 2 vem 0 2 0 5 VE 15 4 65 x 0 344 es 20 724 82 4 68 vp 4 08fts Deste modo para as condi es assumidas no topo da coluna a velocidade de inunda o equivale a 1 405m s e admitindo que a velocidade de vapor var 80 da velocidade de inunda o o valor de vn de 0 984m s A velocidade superficial do g s equivale a 16572 884kg m h Seguidamente a rea da sec o recta determinada ne 180610 894 10 89m 16572 884 Admitindo uma margem de 12 a rea da sec o recta corresponde a 12 38m Utilizando este valor para o c lculo do di metro vem 4x12 38 TT D 3 97m 4m Este c lculo foi efectuado situa o actual da coluna T 0303 e averiguou se que o di metro actual tamb m de 4m logo n o existe altera o na dada coluna No caso da coluna T 0307 o di metro retirado do AspenPlus dado que se especifica as alturas e tipos de enchimento e este n o varia nas situa es optimizadas Bibliografia consultada Douglas M J Conceptual Design of Chemical Processes McGraw Hill 1988 Parte IV pag 453 Figura A 3 2 XXXV
47. es designada por library cujo conte do s o v rios equipamentos que podem ser utilizados desde uma simula o simples a uma mais complexa As equa es que descrevem cada unidade processual denominada de m dulo s o resolvidas m dulo a m dulo com um dado passo e empregam se t cnicas de itera o para a resolu o dos problemas inerentes ao reciclo de informa o Todo o processo descrito com base num conjunto de equa es e estas s o resolvidas simultaneamente Sinnot et al 2005 Isto nestes simuladores existe uma interface que embora permita a simula o do processo sujeita o s condi es impostas pelo modelo implementado Baudet et al Alguns deste simuladores possuem rotinas de optimiza o n o linear para a resolu o de problemas com vari veis cont nuas NLP como no caso do ASPEN que utiliza o m todo da programa o quadr tica sucessiva SQP onde a fun o objectivo quadr tica com constri es lineares Uma das desvantagens deste tipo de simulador n o facultar os modelos o que impede a sua altera o sendo a nica forma de ultrapassar esta barreira a formula o integral do mesmo o que promove um consider vel esfor o Al m do referido anteriormente a lenta converg ncia de processos complexos ou mesmo a optimiza o de um processo fomentando um elevado tempo de resolu o tamb m uma desvantagem do tipo sequencial modular O outro tipo de simuladores permite que o utilizador
48. es e e j n o satisfazem este objectivo n o se consideraram A op o referente temperatura de sa da do fluido quente especifica o a n o foi seleccionada mas estimou se uma aproxima o entre a temperatura de entrada e de sa da do fluido frio e quente respectivamente no valor de 1 C op o existente na especifica o de um permutador GEN HT e SIM HT 34 Simula o da Produ o de Paraxileno Em suma a temperatura de sa da do fluido frio permitiu simultaneamente alcan ar uma converg ncia da simula o mais rapidamente que as outras especifica es Quanto aos permutadores de arrefecimento das correntes de sa da do processo de destila o na coluna T 0307 E 0308 e E 0309 recorrendo se gua de arrefecimento seleccionou se a temperatura de sa da do fluido quente como especifica o As causas para esta escolha s o as mesmas que para os permutadores de pr aquecimento contudo neste caso como a corrente do processo era a quente seleccionou se esta e n o a externa ao processo gua de arrefecimento Por fim o permutador E 0307 possui a especifica o referente aproxima o da diferen a entre as temperaturas de sa da dos fluidos quente e frio Esta escolha teve em conta a n o converg ncia ocorrida aquando a selec o de qualquer uma das outras especifica es dispon veis Tal deve se temperatura de sa da do fluido quente que dever ser de 188 C para ser l quido saturado e tem
49. factor relativo especifica o colocada no permutador E 0307 e toma o valor actual de 23 C Este par metro influenciado pela temperatura de sa da do fluido de aquecimento que no m ximo poder ser de 190 C situa o em que n o ocorre transfer ncia de calor Esta situa o depende tamb m da temperatura de entrada do fluido da corrente 1LIQFRIO a qual n o se pode seleccionar como especifica o no simulador Inicialmente estabeleceu se a gama de 13 a 33 C com um passo de 1 C contudo a valores superiores a 26 C ocorre inviabilidade na transfer ncia de calor pois a temperatura de sa da do fluido quente de 190 C No mbito de determinar o AT 307 m ximo poss vel de opera o reduziu se o passo para 0 1 C a partir de 26 C e verificou se que o m ximo corresponde a 26 4 C por m apenas representado na Figura 3 29 o valor de 26 e de 26 4 C Logo apenas se discute a influ ncia da vari vel sobre a produ o e pureza de p xileno num intervalo de 13 a 26 4 C A produ o de p xileno constante e de 375 31 1ton dia entre 13 e 24 C A partir de um a AT 307 equivalente a 24 C ocorre um acr scimo na produ o para 375 354ton dia 1 Atingindo o valor de 375 354ton dia mant m se constante at temperatura de 26 4 C 77 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da produ o de p xileno com a AT307 376 0 5 375 8 o 375 6 B 2 375 4 s s o o oeoo oo oeoo 37
50. factor e a resposta obtida nesse n vel para os ensaios do respectivo plano Para o factor x4 a interac o a seguinte 2 1 x2961 947 1 x2925 737 1 x 2925 697 1 x 2962 008 1 x 2961 994 1 x 2961 957 1 x 2962 023 1 x2962 005 75 503 O efeito de um factor n o mais do que a raz o entre a interac o anteriormente calculada para o factor x4 e o n mero de sinais dessa mesma coluna Como o n mero de sinais equivalente a 4 o efeito de 18 126 No sentido de eliminar os efeitos sem significado estat stico procede se a um teste t de student comparando o valor de ts com o t retirado das tabelas de estat stica para um intervalo de confian a de 95 e dois graus de liberdade equivale ao n mero de factores f cticios Contudo para calcular o t para cada factor necessita se da vari ncia do erro experimental V e esta determinada pela express o 1 7 j apresentada sendo n Je Vie i k Onde E Efeito do factor fict cio n N mero de factores fict cios Para melhor compreens o exp em se para cada factor os efeitos respectivos na Tabela H 4 XXX Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela H 4 Efeitos dos factores do plano efectuado coluna T 0303 sobre o caudal de dessorvente removido na base da coluna Xi X3 X4 72 503 72 691 72 439 18 126 18 173 18 110 Para uma compara
51. intervalos de confian a de 90 e 80 v m t 2 920 e t 1 886 respectivamente As 92 Simula o da Produ o de Paraxileno respectivamente R2 e R3 kWh designadas de R1 Na Tabela 4 7 apresenta se o excerto da matriz do plano de Plackett Burman com os 16 ensaios variando as 13 vari veis de optimiza o em ordem a R1 a R2 e R3 r respostas analisadas foram a produ o ton dia e pureza de p xileno m m e a energia necess ria egc eerzl ez sg Cecrze ozz SH 0 esto ss6s00 o estio a L f l L E zs 0000024 6z 0 E9LPZO 66 S16L EL HEM EE HEM E HE CH ZH LH sesodsa1 se wapo w SeJ0J9e WO9 sorsu 9 Sp uLUuNg Hoyoe d Sp oue d op zuyew ep ousox3 7 p ejoqel 93 Simula o da Produ o de Paraxileno Ap s elaborar a matriz anterior aplicam se as express es para o c lculo dos efeitos de modo a obter O tcaiculado para cada factor em ordem a cada resposta a analisar Expondo somente os valores de t obtido para posterior compara o com o retirado de uma tabela de distribui o de t student vem a Tabela 4 8 Tabela 4 8 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem para as respostas R1 R2 e R3 e Da Tabela 4 8 para a R1 verifica se que 9 factores t m signific ncia estat stica para um intervalo de confian a de 95 que possuem em valor absoluto um tobtido Superior ou igual a 4 303 Estes factores s o a T
52. jrc es pub english cgi d892699 13 20Reference 20Document 200n 20Best 20Available 20Techniques 20in 20the 20Large 20Volume 200rganicy 20Chemical 20Industry 20 adoptedy 20February 202003 20 204 2 20Mb gt Jamal P Tompang F M Alam Z M Optimization of media composition for the production of bioprotein from pineapple skins by liquid state bioconversion Journal of Applied Sciences 2009 Jo o M e Silva M J O Planeamento Factorial In O Planeamento Factorial em Unidades Processuais em linha Lisboa Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 17 Junho de 2005 refer ncia de 12 de Mar o de 2009 Dispon vel na Internet em lt http paginas fe up pt aeleg encontro 4 planfactorial pdf gt Kianoosh D K Zoghi A Abolhasan S A Fatemi S S A Application of Plackett Burman Design for Citric Acid Production from Pretreated and Untreated Wheat Straw Chemical Engineering Ir o Vol 27 no 1 2008 Kingsley P J e Lucia A Simulation and optimization of three phase distillation processes Ind Eng Chem Res 1988 vol 27 10 New York pag 1900 1910 Kossacka S Kraemera K Ganib R Marquardta W A Systematic Synthesis Framework for Extractive Distillation Processes Proceedings of European Congress of Chemical Engineering ECCE 6 Copenhaga 16 20 Setembro 2007 Kurup A S Hidajat K e Ray A K Optimal Operation of an Industrial Scale Parex Process for the Recovery of p Xylene from a Mi
53. kcal h 829000 835171 7 Qears kcal h 5942000 7665384 Teaseo C 200 Tve CC O calor do condensador da coluna T 0306 Qez apresenta o maior desvio equivalente a 29 0 e depende da temperatura do fluido de entrada neste caso corresponde Tve a qual apresenta um desvio de 7 9 o que equivale a um valor obtido superior em 11 C Logo o facto da temperatura de sa da da coluna T 0306 ser superior em 11 C do valor real estimula o aumento do calor necess rio a despender no permutador E 0313 para condensar uma mesma quantidade de fluido a uma dada temperatura As discord ncias verificadas para a etapa 2 referem se ao calor do permutador E 0304 Qe3o4 do condensador E 0314 s temperaturas da base e topo da coluna T 0306 Teases Tve respectivamente Ambos os permutadores possuem calores superiores aos desejados e a rea obtida para o permutador E 0304 equivale a 119 78m Quanto s temperaturas de topo e base da coluna respeitam 151 e 211 C respectivamente Ambas n o respeitam as condi es do processo contudo foram aceites pois somente com uma modifica o a n vel da press o da coluna que se verificava uma proximidade do valor desejado Um problema detectado aquando a verifica o do balan o m ssico foi que a carga de p xileno coluna T 0306 era apenas de 375 356ton dia originando obrigatoriamente uma menor carga coluna seguinte As composi es m ssicas utilizadas para o topo e base
54. mas para maior pormenoriza o consultar Peters et al 2003 Sendo assim verifica se que num sistema processual diversas decis es devem ser efectuadas em prol de uma melhoria cont nua Nesta ptica o equipamento em causa deve ser analisado mediante a sua configura o e dimens o e as condi es operat rias t m de ser decididas com base num processo modelo j avaliado Bernardo et al 2001 Relembrando o processo em estudo o de produ o de p xileno e que este cont m tr s principais tipos de equipamentos que se apoiam na destila o na adsor o selectiva e na isomeriza o Posteriormente a optimiza o para cada um dos processos abordada nos subsequentes sub cap tulos 1 4 1 1 4 2 e 1 4 3 respectivamente 1 4 1 Optimiza o de uma coluna de destila o O processo de destila o baseia se na separa o de um l quido vol til de um n o vol til ou o mais frequente a separa o de dois ou mais componentes l quidos com diferentes volatilidades Young 1922 Devido diferen a de volatilidades ou pontos de ebuli o o vapor rico nos compostos leves e o o l quido rico nos componentes pesados Geralmente uma parte de condensado retorna coluna e misturado com o vapor gerado na mesma e designa se por refluxo Diferentes estruturas como pratos ou enchimentos s o utilizados para promover um maior contacto entre a fase l quida e gasosa para aumentar a transfer ncia de massa O processo de dest
55. metros avaliados a influenciam individualmente Tudo referido anteriormente apenas v lido para uma an lise individual e no intuito de avaliar as quatro vari veis em quest o efectua se um planeamento experimental presente no cap tulo 4 1 1 3 4 2 Vari veis do conjunto de colunas T 0306 e T 0307 A cada vari vel das 13 apuradas no cap tulo 3 3 3 atribuiu se uma gama de trabalho e um passo e analisou se a influ ncia da mesma sobre as respostas a produ o e pureza de p xileno 65 Simula o da Produ o de Paraxileno A produ o de p xileno expressa em ton dia e a pureza de p xileno em m m Inicialmente analisaram se as 5 vari veis de optimiza o respectivas coluna T 0306 a Tre a W6 a DEST6 a Tconpe ea Quaoz Posteriormente as vari veis inerentes coluna T 0307 s o apresentadas pela seguinte ordem a Tpz aY W7 a 1LIQFRIO a T s E306 a Y Vaporizadoeso a ATE307 a Tconvz a TOLUENO Influ ncia da Tre Esta vari vel temperatura de alimenta o coluna T 0306 possui um valor actual de 198 C A gama de trabalho estimada para an lise foi de 188 a 208 C contudo a partir de 201 C ocorria um crossover do permutador E 0307 um dos reebulidores da coluna T 0307 logo a Tre foi analisada de 188 a 201 C O passo aplicado foi de 1 C Perante os resultados obtidos realizaram se gr ficos da produ o e da pureza de p xileno em fun o da temperatura de alimenta o coluna
56. na Tabela 1 4 Tabela 1 4 Compara o dos resultados obtidos de recupera o pureza de p xileno e tempo de CPU aplicando para optimiza o do Parex o MOL o OCFE e o gPROMS p Recupera o Pureza CPU tempo M todo min Plataforma M todo das Linhas MOL 98 16 98 96 18 5 prays Ortogonal coloca o em elementos finitos OCFE 98 29 99 51 1 2 Cray J916 General process modelling system gPROMS 98 20 99 78 510 Pentium III Adaptado de Kurup et al 1998 Da Tabela 1 4 verifica se que o gPROMS o m todo mais moroso mas o que alcan a uma maior pureza de p xileno Quanto recupera o de p xileno o OCFE recupera 98 29 com um baixo tempo equivalente a 1 2min 19 Simula o da Produ o de Paraxileno Em suma todos os m todos testados possibilitam uma recupera o de p xileno superior a 80 contudo a pureza s atinge valor superiores a 99 5 utilizando o m todo OCFE e gPROMS 1 4 3 Optimiza o de um reactor de isomeriza o Isomar Como referido anteriormente o Isomar juntamente com o Parex forma um ciclo capaz de aumentar a produtividade do paraxileno O Isomar n o mais do que um reactor de isomeriza o que ao converter os is meros de xilenos em paraxileno de uma alimenta o quase isenta de p xileno maximiza a sua recupera o Para tal convers o certas condi es de opera o devem ser atendidas como a exist ncia de uma catalisador capaz d
57. ncia de 3 de Mar o de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www aspentech com brochures Aspen Plus pdf gt Bansal V Perkins D J e Pistikopoulos N E A Case Study in Simultaneous Design and Control Using Rigorous Mixed Integer Dynamic Optimization Models Ind Eng Chem Res 2002 vol 41 4 pag 760 778 Baudet P Castelain P Baudouin O Process Simulation amp Optimization Sequential modular approach or global approach And why not both em linha refer ncia de 3 de Junho de 2009 Dispon vel na Internet em lt http Awww prosim net PDF pubs 2008 06 02 ESCAPE18 ProcessSimulationOptimization S equentialmodularapproachorglobalapproach Andwhynotboth pdf gt Bernardo P F Pistikopoulos N E Saraiva M P Quality costs and robustness criteria in chemical process design optimization Computers and Chemical Engineering 2001 vol 25 pag 27 40 Biegler T L Cervantes M A e Wachter A Advances in simultaneous strategies for dynamic process optimization Chemical Engineering Science 2002 vol 57 pag 575 598 Borges da Silva E A Souza A A U e Souza S M A U Desempenho de uma unidade de leito m vel simulado na separa o de compostos petroqu micos 1 congresso Brasileiro de P amp D em petr leo e g s UFRN SBQ regional RN Natal 25 a 28 de Novembro de 2001 Chauvel A Lefebvre G Leprince P Marshall N Petrochemical processes technic
58. o de p xileno em 14 62ton ano a situa o actual referente ao projecto 1 a que apresenta menores custos de produ o e um menor custo por tonelada de p xileno Para al m dos custos de opera o serem superiores nos projectos 2 e 3 estes envolvem ainda custos de investimento associados aos equipamentos que teriam de ser substitu dos Em suma da an lise processual e econ mica constata se que a situa o actual mais ben fica apesar de uma menor produ o de p xileno 120 Simula o da Produ o de Paraxileno Cap tulo 6 Conclus es finais e Recomenda es O simulador de processos qu micos utilizado o AspenPlus possibilita a simula o de parte do processo de produ o de p xileno nomeadamente as colunas de destila o T 0303 T 0306 e T 0307 utilizando uma toler ncia de 0 0001 pelo m todo de Wegstein aplicando o m todo sequencial modular No cap tulo 3 de uma an lise ao processo simulado constata se que poss vel uma produ o extraordin ria de 15 30ton ano de p xileno do conjunto de colunas T 0306 e T 0307 e uma remo o extra de dessorvente de 1 36ton ano para a coluna T 0303 e ainda a minimiza o de custos energ ticos de todas as colunas de destila o Face a uma an lise s vari veis do processo seleccionaram se 4 e 13 vari veis de optimiza o para a coluna de destila o T 0303 e para o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 respectivamente Todas as vari veis de optim
59. o e optimiza o de parte integrante do processo de produ o de p xileno nomeadamente os processos de destila o nas colunas T 0303 T 0306 e T 0307 Estes objectivos s o auxiliados por um simulador de processos qu micos o Aspen para a simula o do processo em quest o e da optimiza o nomeadamente a maximiza o de produ o de p xileno No mbito dos objectivos propostos o presente relat rio constitu do por seis cap tulos O Cap tulo 1 abrange de uma forma geral os conceitos fundamentais sobre o processo de produ o de p xileno simula o e optimiza o de processos qu micos Tamb m descreve os tipos de simulador bem como o tipo de optimiza o incluindo a descri o do Aspen e da metodologia de optimiza o No Cap tulo 2 a simula o do processo estudado descrita tendo em conta as informa es do processo e suas premissas para o simulador utilizado O equipamento seleccionado bem como os motivos de selec o foram expostos e por fim os resultados obtidos s o comparados com os actuais 2008 Os custos de produ o da situa o actual de produ o de p xileno perante a simula o efectuada s o descritos neste cap tulo No Cap tulo 3 efectuada uma an lise ao processo discriminando o crit rio de optimiza o os graus de liberdade as vari veis de optimiza o e sua gama de trabalho para a coluna T 0303 e para o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 No Cap tulo 4 descreve se o planea
60. objectivo determinar as vari veis de optimiza o Como referido outrora explicitam se inicialmente as vari veis associadas a cada equipamento seguindo se a discrimina o das fixas e por fim exp em se as vari veis de optimiza o No cap tulo 3 3 1 apresentam se as tabelas 3 4 3 5 e 3 6 com as vari veis de cada um dos processos de destila o na coluna T 0303 na coluna T 0306 e na coluna T 0307 respectivamente As vari veis fixas s o descritas no cap tulo 3 3 2 e nas tabelas 3 7 3 8 e 3 9 apresentam se as vari veis fixas para os processos de destila o inerentes s colunas T 0308 T 0306 e T 0307 respectivamente Ap s explicitar as vari veis anteriores procede se determina o das vari veis de optimiza o a cada um dos processos no cap tulo 3 3 3 Neste constam as tabelas 3 10 3 11 e 3 12 que identificam as vari veis de optimiza o para o processo de destila o na coluna T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente Apresenta se ainda a Tabela 3 13 que exp e as vari veis de optimiza o da destila o na coluna T 0307 como primeira estimativa 3 3 1 Vari veis do processo As vari veis assumidas como de processo t m em conta a especifica o adoptada na simula o outrora efectuada no cap tulo 2 Isto apenas se consideraram como vari veis de processo as que foram especificamente inseridas para a simula o do processo 53 Simula o da Produ o de Paraxileno Analisando primeir
61. os gastos com o fuel leo e o fuel g s utilizados nas fornalhas tendo em conta que primeiramente se utiliza o fuel leo e depois para preencher a taxa de transfer ncia de calor utiliza se ent o o fuel g s Neste contexto apresentam se os dados cedidos de poder calor fico inferior PCI e do custo do combust vel quer para o fuel leo FO quer para o fuel g s FG PCI ro 9 628 064 6kcal ton Custo ro 344 6 ton PCI ra 12 516 483 93 kcal ton Custo rc 460 99 ton Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno De salientar que neste exemplo de c lculo os calores utilizados s o os reais isto tem se em conta as efici ncias das fornalhas O calor real tem em conta o calor ideal e o rendimento da fornalha de acordo com a express o F 1 Q ideal n fornalha Q real F 1 Exemplificando para a fornalha H 0301 e recorrendo express o F 1 sabendo que o rendimento equivale a 0 8276 e que o calor ideal de projecto de 12184200kcal h vem um calor real 12184200 E Orne 08276 14722330kcal h O mesmo se realiza para a fornalha H 0302 com uma efici ncia de 0 8328 e calor ideal de 5990040kcal h obtendo se um calor real Q aH 0302 de 7192651kcal h Para o conhecimento da frac o de fuel g s e de leo que se utiliza como combust vel de queima numa dada fornalha adoptou se o seguinte m todo a Do ficheiro BMAT300 400 xIs retiraram se os consumos de fue
62. planeamento de crivagem As interac es s o relativas rela o entre W7 e TOLUENQ entre W7 e Vaporizadoes0 entre TOLUENQ e Vaporizadogso6 112 Simula o da Produ o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos Produ o de p xileno ton dia Alpha 0 05 Tipo de efeito O N o Significante E Significante Factor Nome A YWT B TOLUENQ c 1LIQFRIO D Vaporizado E306 E T E306 Percentagem 1 5 1 0 0 5 0 0 0 5 1 0 Efeito Figura 4 19 Gr fico normal dos efeitos para R1 para a optimiza o da T 0307 Da Figura 4 20 averiguam se que as melhores condi es tendo em conta as interac es para uma maior produ o de p xileno respeitam uma situa o onde a W7 a TOLUENQ e a Y Vaporizadossoe correspondem a 0 23991 0 008985 e 0 1745 respectivamente Interac es sobre produ o de p xileno 0 008985 0 016565 0 1745 0 3745 Bl 375 tasa Y WT W7 H 374 0 14531 EB 0 23991 Fr 373 ia E L 375 EN TOLUENQ TOLUENQ x H 374 e 0 008985 0 016565 x L z 373 Vaporizado E306 Figura 4 20 Gr ficos das interac es sobre R1 para a optimiza o da T 0307 Al m das interac es o factor T s eso tamb m significativo e a 154 C mais adequado para a promo o de uma produ o Posteriormente da an lise da Figura 4 21 verificam se 5 efeitos e 1 interac o significativos para a R2 Neste c
63. planeamento factorial completo foi aplicado a 4 vari veis o que perfaz um total de 16 ensaios Os 16 ensaios foram realizados no AspenPlus no modo simula o com uma toler ncia de 0 001 pelo m todo Wegstein As respostas analisadas foram a R e a R A metodologia aplicada foi id ntica ao plano 1 e nas figuras 4 3 e 4 5 constam os gr ficos normais dos efeitos sobre a R e a R e nas figuras 4 4 e 4 6 as interac es sobre R e R respectivamente 87 Simula o da Produ o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos Remo o de dessorvente ton dia Alpha 0 05 Percentagem q o HAB Tipo de efeito O N o Significante BA E Significante Factor Nome A B c D TF3 YW3 QH301 TCOND3 Figura 4 3 Gr fico normal dos efeitos para R para o plano 2 Da Figura 4 3 averigua se a exist ncia de dois efeitos principais e uma interac o A interac o consiste nas duas vari veis significativas individualmente isto entre a Tere a Y W3 e possui um efeito positivo sobre a remo o de dessorvente Os factores relativos ao calor da fornalha H 0301 e temperatura de sa da do condensador da coluna T 0303 n o s o significativos 2965 29604 2955 4 29504 2945 M dia 2940 lt 2935 29304 29254 Interac es sobre a remo o de dessorvente 0 015989 0 037309 TF3 183 198 Figura 4 4 Gr fico das i
64. pontos cruciais numa optimiza o De acordo com Edgar et al deve se primeiramente identificar a fun o objectivo e de seguida o modelo de processo a fim de se definirem as condi es associadas como as restri es existentes igualdade e desigualdade A fun o objectivo a utilizar pode variar desde o valor actual l quido lucro consumo de energia emiss o de poluentes por exemplo Edgar et al 2001 Tamb m Sinnott et al defendem que o primeiro passo numa requerida optimiza o estabelecer um objectivo tendo em conta que de um objectivo principal derivam diversos sub objectivos Contudo assumem que a defini o do objectivo e da fun o objectivo s o duas etapas separadas visto que a fun o objectivo pode ser um conjunto de equa es ou 14 Simula o da Produ o de Paraxileno rela o matem ticas que relacionam o objectivo com as vari veis manipuladas para optimiza o da fun o Sinnott et al 2005 Ap s definir o objectivo da optimiza o a an lise das vari veis independentes do processo deve ser minuciosa garantindo a selec o das que poder o afectar efectivamente o objectivo Deste modo procura se uma solu o ptima conjunto de vari veis do processo que simultaneamente satisfa a as restri es do processo e que permita obter um valor ptimo para a fun o objectivo Edgar et al 2001 Outros autores revelam a mesma metodologia em termos de etapas diferenciando se na extens
65. pretende se maximizar a remo o de dessorvente e minimizar os gastos energ ticos Para o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 deseja se maximizar a produ o de p xileno e manter a pureza de p xileno Dado os diferentes crit rios de optimiza o este cap tulo divide se em tr s partes no cap tulo 4 1 4 2 e 4 3 Nos cap tulos 4 1 4 2 e 4 3 apresenta se a optimiza o coluna T 0303 ao conjunto das colunas T 0306 T 0307 e por fim uma optimiza o individual da coluna T 0307 com os melhores resultados obtidos da optimiza o conjunta das colunas T 0306 e T 0307 respectivamente Em cada um dos sub cap tulos a estrat gia foi semelhante isto iniciou se por elaborar um planeamento experimental com as vari veis de decis o na gama estimada e de seguida efectuou se uma optimiza o no AspenPlus e no Minitab 15 O m todo aplicado para optimiza o no AspenPlus descrito em cada sub cap tulo e a optimiza o realizada atrav s do programa Minitab15 indica a solu o ptima para a combina o das vari veis de entrada Neste ltimo programa utiliza se a Response Optimizer ap s o planeamento experimental estar conclu do e este utiliza o algoritmo do gradiente reduzido O planeamento experimental envolve dois tipos de planos um de crivagem e um outro factorial completo Inicialmente para diminuir o n mero de vari veis que influenciam o objectivo de optimiza o aplicou se o planeamento de crivagem nomeadamente
66. processo Estas informa es s o as seguintes gt Caudais de correntes de alimenta o e sa da de um dado equipamento assim como as suas composi es m ssicas gt Tipo de coluna de destila o discriminando o n mero de andares local de entrada da corrente de alimenta o gradiente de temperatura queda de press o e zona e tipo de enchimento 24 Simula o da Produ o de Paraxileno gt Tipo de reebulidores e condensadores e suas condi es de opera o gt Classifica o dos equipamentos auxiliares como as bombas v lvulas e permutadores Atendendo a inconsist ncias detectadas nos dados recolhidos certas condi es foram estabelecidas e estas s o apresentadas posteriormente 2 1 2 Premissas do processo No decorrer do tratamento de informa o detectaram se algumas incongru ncias e por tal foram impostas premissas ao processo De referir que estas incongru ncias relativas a diferentes valores para um mesmo par metro composi o de uma dada corrente caudal de alimenta o entre outros n o permitiam a coer ncia do processo As premissas efectuadas no dado processo foram as seguintes As composi es dos produtos de base e de topo para posterior c lculo da corrente de entrada de uma etapa do processo s o respectivas ao m s de Abril de 2008 dado a maior produ o di ria de paraxileno em toneladas neste per odo independentemente da carga de xilenos O dia seleccionado foi o 1
67. produ o de p xileno com o acr scimo de W7 e por consequ ncia com uma diminui o da raz o de refluxo O m ximo obtido de 375 356ton dia diz respeito a W7 de 0 20207 o que corresponde a uma raz o de refluxo de 3 95 Varia o da produ o de p xileno com a W7 376 0 375 8 375 6 4 375 4 4 a 3752 5 3750 5 374 8 374 6 5 374 4 4 374 2 4 374 0 4 373 8 r r RIRANNA EAAS ESIL L LLELE NS AP PN Pe PES OOOO O O Os O O O O O O O O O O O O YWT Figura 3 21 Influ ncia da W7 sobre a produ o de p xileno Varia o da pureza de p xileno com a Y W7 99 70 99 65 99 60 99 55 m m 99 50 99 45 99 40 si DPEODDPLBM PBS DS PLA DO DDD DADA VN VON AD DA SB dO DESDE AA DD DAI DADA A DPM AD PD AE NT ONT ONT ONO NO NM ONA ONE ONSONTNS GS O O O O O O O O O O O AAA AAA AA W7 Figura 3 22 Influ ncia da W7 sobre a pureza de p xileno 73 Simula o da Produ o de Paraxileno Da Figura 3 22 constata se uma diminui o da pureza com um aumento da W7 e por conseguinte com uma diminui o da raz o de refluxo A W7 superiores a 0 18315 a pureza inferior a 99 64 Influ ncia da 1LIQFRIO A 1LIQFRIO corresponde frac o de l quido da base da coluna T 0307 que se dirige para o permutador E 0307 um dos reebulidores da coluna Aumentando esta vari vel diminui a quantidade
68. pureza de p xileno a Tre com o valor de 197 5 C Apesar deste influenciar principalmente na produ o outros factores realizou se um ensaio de 108 Simula o da Produ o de Paraxileno optimiza o da produ o designado de ensaio A no AspenPlus mantendo constante a 197 5 C a Tre variando os seguintes factores YDESTO W6 Tconve W7 e T s E306 Tabela 4 19 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno respectivas ao ensaio A para o caso 2 hip tese 3 Melhoria anual Produ o de p xileno ton ano ton dia 375 316 1 70 Da Tabela 4 19 verifica se uma melhoria anual de 1 70ton o que quase insignificante perante a possibilidade de optimizar 15 30ton O problema neste caso reside sobre a coluna T 0307 devido dificuldade de separa o do tolueno do p xileno Tabela 4 20 Valores ptimos das vari veis Tconve YDESTO W6 W7 e Ts e306 respectivos ao ensaio A para o caso 2 hip tese 3 Vari vel Valor ptimo Valor actual Tconve 108 7 109 DESTO R Ripos 0 20871 3 79 0 20824 3 80 YWE6 R Rbases 0 296 2 38 0 35 1 86 W7 R Rbasez 0 18114 4 52 0 18101 4 52 Ts E0306 163 8 164 Ao avaliar os valores ptimos obtidos da Tabela 4 20 averigua se que a nica varia o real corresponde W6 que corresponde a um aumento na raz o de refluxo de 1 86 para 2 38 Al m dos valores ptimos dos par metro
69. que o pre o de venda actual de p xileno por tonelada equivale a 749 10 averigua se da Tabela 5 3 que todos os projectos possuem um custo de uma tonelada de p xileno inferior ao pre o de venda o que permite uma margem de lucro superior a zero 119 Simula o da Produ o de Paraxileno Como referido anteriormente os custos e volume de produ o no projecto 2 e 3 s o respectivos a 283 dias no momento inicial para permitir a instala o dos equipamentos adquiridos nos mesmos enquanto no projecto 1 se assumiu 340dias Deste modo os custos de opera o e volume de produ o foram comparados na situa o do ano 2 onde o per odo de 340 dias e deste sabe se que os custos de produ o s o inferiores no projecto 1 e superiores no projecto 2 O custo de produ o do projecto 3 inferior ao do projecto 2 mas superior ao do projecto 1 Quanto ao volume de produ o este mant m se constante ao longo do ano e para o projecto 1 equivale a 127605 74ton ano e para os projectos 2 e 3 equivale a 127620 36 ton ano Os custos de opera o de p xileno e volumes de produ o para os tr s projectos para o ano 2 encontram se na Tabela 5 3 Tabela 5 3 Volume de produ o e custo de produ o de p xileno para os tr s projectos no ano 2 E p SETE n eas arenae Custos de produ o de p xileno ano 93 188 708 38 93 360 162 60 93 283 603 25 para 64 de S o Da Tabela 5 3 verifica se que quer
70. refer ncia de 10 de Abril de 2009 Dispon vel na Internet em lt http Avww britannica com EBchecked topic 166098 distillation gt Erwin L D Industrial chemical process design McGraw Hill Professional 2002 Escola Superior de Tecnologia de Set bal ESTS Sebenta em linha 2 Ind stria de processos CET AIl Sines Outubro de 2007 refer ncia de 28 de Mar o de 2007 Dispon vel na Internet em lt www si ips pt ests si conteudos service conteudos cont pct id 18462 amp pv cod 22aaavaS wEa0 gt 123 Simula o da Produ o de Paraxileno Finlayson A B Introduction to chemical engineering computing Wiley Interscience 2006 Gary H J Handwerk E G Petroleum Refining Tecnology and economics CRC Press 4 ed 2001 Gasem M A K Robinson R L Trivedi J N Gao W Phase Behavior Of Light Gases In Hydrocarbon And Aqueous Solvents Departamento de energoia dos Estados Unidos 31 de Mar o de 1997 Dispon vel na Internet emMm lt http Avww osti gov bridge purl cover jsp jsessionid 18E8BD6A1AC188CD99FD1117E14F2A4D purl 643295 YZlhur webviewable gt G mez Castro F Segovia Hern ndez G J Hern ndez S Guti rrez Antonio C Briones Ram rez A Dividing Wall Distillation Columns Optimization and Control Properties Chem Eng Technol 2008 vol 31 No 9 pag 1246 1260 Grossmann E l Aguirre A P e Barttfeld M Optimal Synthesis of Complex Distillati
71. refluxo de 3 33 e de 4 44 respectivamente Nesta gama quer a produ o quer a pureza do produto variam significativamente com a DEST6 Ap s estabelecer novos n veis para a YDEST6 efectua se novamente um plano de crivagem Na Tabela 4 18 apresentam se os resultados do teste estat stico efectuado no plano de crivagem 105 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 4 18 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem do caso 2 hip tese 3 para as respostas R1 e R2 E 24 687 Para R1 produ o de p xileno do teste estat stico realizado ao plano de crivagem para 95 de confian a apenas a DEST6 significativa No mesmo intervalo de confian a da Tabela 4 18 resultam 5 vari veis significativas para R2 e s o respectivas Trs Tconcve YDESTO W7 e Ts E306 Como a W6 significativa para um intervalo de confian a de 90 para a pureza de p xileno ser assumida como um dos factores integrantes de um consequente planeamento factorial completo Assim o planeamento factorial completo realizado tendo em conta 6 vari veis resultando num plano factorial de 2 com 64 ensaios Nas figuras 4 15 e 4 17 constam os gr ficos normais dos efeitos para a produ o e pureza de p xileno como resposta respectivamente Nas figuras 4 16 e 4 17 as interac es sobre R1 e R2 s o demonstradas Iniciando a an lise pela produ o de p xileno da Figura 4 15 averiguam se 6 efei
72. repeti o isto executa um dado problema para um valor inicial e final de uma dada vari vel guardando o resultado e recome a novamente o c lculo do problema incrementando a vari vel at ultrapassar o valor final outrora guardado Este m todo tem como objectivo alcan ar um valor final pretendido alterando o valor inicial da vari vel Segundo Biegler et al para flowsheets complexos o m todo de ultrapassar estas inefic cias ocorrer apenas a um ciclo iterativo antes de qualquer ajuste s vari veis sendo a estrat gia referida como infeasible path algorithms Previamente implementa o desta estrat gia a procura preliminar do ptimo alterando as vari veis a manipular por vezes ao acaso auxilia uma maior susceptibilidade ao processo Biegler et al 2002 Como referido anteriormente o objectivo de um problema pode ser minimizar os custos no sentido de obter benef cios econ micos Neste caso Douglas sugere que se identifique as vari veis que possam minimizar os custos e que garantam uma diminui o no custo do produto final Esta an lise pondera os custos de opera o de manuten o do equipamento envolvido e de um poss vel investimento que muitas vezes t m por base uma estimativa por aus ncia de informa o Douglas 1988 Uma forma de estimar o capital investido determinar os custos directos e indirectos de um dado projecto onde os directos compreendem o equipamento e sua instala o a instrumenta
73. s ntese apresentada no cap tulo 2 4 3 onde se realizam as principais conclus es sobre a simula o do processo a estudar 2 4 3 Conclus es Na coluna T 0303 existem tr s par metros com desvios significativos respectivos temperatura no topo da coluna calor no condensador e no permutador de pr aquecimento A remo o de dessorvente na base da coluna equivale a 2692 004ton dia quando a carga total do mesmo composto respeita 2962 008ton dia Na coluna T 0306 existem quatro factores que se desviam da realidade correspondentes s temperaturas de topo e base da coluna aos calores no condensador e no permutador de pr aquecimento Quanto coluna T 0307 concluiu se que a coluna com maiores diverg ncias com um total de 10 par metros que sofrem um desvio n o nulo relativos a Qesos Qes0o7 Qesos Qesos QE310 Qea14 Teaser Tv7 X PXWF7 X Tol TOLUENQ Constata se que perante o balan o m ssico efectuado existe uma discord ncia de valores influ dos pela disponibilidade de an lises num dado dia na base da coluna T 0306 e possivelmente pelos c lculos interm dios o que provoca uma carga de p xileno coluna de T 0306 de 375 356ton dia e uma produ o de p xileno respectiva a 375 311ton dia Analogamente o tolueno tamb m afectado e afecta o produto de base da coluna T 0307 pois a frac o m ssica de tolueno obtida de 0 0475 superior real que equivale a 0 005 m m 49 Simu
74. se por analisar o desvio percentual entre o caudal de entrada e o de sa da de dessorvente Deste modo quanto maior o desvio percentual menos dessorvente removido na base da coluna T 0303 Posteriormente cada vari vel de optimiza o analisada na gama estimada com a seguinte ordem Trs W3 Tconps e Qpso1 Influ ncia da TF3 A temperatura de alimenta o coluna T 0303 possui um valor actual de 193 C A gama de trabalho estimada para an lise foi de 183 a 203 C contudo acima de 198 C ocorria um crossover do permutador E 0302 logo a Tp foi analisada de 183 a 198 C O passo aplicado foi de 1 C A influ ncia desta vari vel sobre a remo o de dessorvente e a energia necess ria pode ser visualizada nas figuras 3 1 e 3 2 respectivamente Analisando a Figura 3 1 verifica se que quanto maior a temperatura menor o desvio percentual de remo o logo mais dessorvente removido no produto de base Varia o da remo o de dessorvente com a Trs desvio remo o 0 000 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 T C Figura 3 1 Influ ncia da Tr sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0303 Do gr fico da Figura 3 1 averiguam se oscila es no desvio percentual de remo o a partir de uma temperatura de 188 C Estas derivam da toler ncia permitida para a simula o do ensaio em causa e apesar de em todos os ensaios corresponder a 0 001 existem ensaios cu
75. se que os factores que mais influenciam positivamente a pureza de p xileno s o somente relativos coluna T 0307 Conclui se que um par metro em comum nos valores m ximos de produ o e pureza de p xileno o W7 mas com valores diferentes Os valores e tend ncias demonstrados s o apenas v lidos para as gamas estabelecidas e todas as vari veis apresentam uma tend ncia a manter constante a produ o e pureza de p xileno a partir de um dado valor Conclui se que todas as vari veis as 13 analisadas dado interferirem na produ o de p xileno podem ser referidas como vari veis de optimiza o e as suas gamas s o pr prias para uma poss vel melhoria no processo tendo em conta a influ ncia individual sobre as respostas De salientar que as conclus es anteriormente referidas apenas s o v lidas para uma an lise individual na qual apenas o par metro em quest o variado mantendo os restantes nos valores actuais 81 Simula o da Produ o de Paraxileno Cap tulo 4 Optimiza o do processo A simula o anteriormente efectuada no cap tulo 2 considerada como a situa o actual de parte do processo de produ o de paraxileno a optimizar O objectivo de optimiza o foi brevemente referido no cap tulo 3 aquando a melhoria processual e neste cap tulo explicitam se as fun es objectivo e as restri es associadas a cada processo De um modo geral para o processo de destila o na coluna T 0303
76. serem relativos coluna T 0306 e s constri es inerentes coluna condicionando a sua gama de varia o impossibilitando a solu o No sentido de elaborar um novo plano que permita a optimiza o estimaram se gamas para tr s vari veis de optimiza o na Hip tese 2 descrita posteriormente 100 Simula o da Produ o de Paraxileno 4 2 1 2 2 Hip tese 2 Visto que a hip tese anterior n o permitiu uma melhoria relativa produ o de p xileno modificou se a gama dos tr s factores significativos para a pureza de p xileno a um intervalo de confian a de 80 Desta forma alteraram se as gamas da DESTO da Ts E306 e da W7 e refez se um novo plano de crivagem Os novos n veis para as tr s vari veis constam na Tabela 4 14 Tabela 4 14 Novos n veis da DEST6 de Ts 30 da W7 para o caso 2 hip tese 2 N vel Y DESTO Ts eo306 C W7 1 0 18399 163 0 16423 1 0 22067 174 0 20207 A selec o das novas gamas de trabalho foi influenciada pela an lise individual das vari veis sobre R1 e R2 principalmente sobre R2 de forma a obter nos ensaios valores de pureza de p xileno superiores a 90 Contudo al m das an lises individuais verificou se que a DEST6 que mais influenciava quer a pureza quer a produ o se encontra no n vel m ximo logo aumentou se o n vel m ximo de DEST6 para 0 22067 Analogamente o n vel 1 da mesma vari vel foi aumentado para 0 18339
77. superior real que equivale a 0 005 m m pois a carga de tolueno coluna de 140 91kg h O caudal m ssico hor rio de tolueno no produto de base da coluna T 0307 respeita o valor de 7 453kg h Da mesma forma o p xileno sa da da coluna T 0307 pelo produto de base equivale 375 31 1ton dia com uma pureza de 99 64 m m Analogamente s anteriores etapas na Tabela 2 15 constam os desvios relativos dos par metros que apresentaram incongru ncias na etapa 3 Tabela 2 15 Desvio relativo do valor desejado dos par metros da coluna T 0307 o valor actual e o obtido na simula o Par metro f Desvio O Real Obtido Qesos kcal h 1038400 1131172 o 89 Qe3o7 Kcal h 448560 455962 2 Qesos kcal h 544360 637847 3 Oeo kean 416000 emo oe Dutos no sm es Da Tabela 2 15 averigua se que o maior desvio de 142 4 e referente ao calor do permutador de pr aquecimento da alimenta o coluna T 0307 O permutador E 0308 apresenta um desvio de 17 2 Este depende da temperatura da corrente de entrada do fluido quente e esta a corrente de sa da do permutador E 0310 45 Simula o da Produ o de Paraxileno logo e se o calor trocado em E 0310 superior ao real a temperatura do fluido quente pode ser influenciada e de certa forma incutir um aumento na transfer ncia de calor do E 0308 mantendo as temperaturas de sa da fixas Quanto ao permutador E 0309 est
78. xileno constante e igual a 99 64 desde um calor de 7190000 a 7193000kcal h Varia o da pureza de p xileno com a Q so gt m m lt 0 O ENE q Qoz kcal h Figura 3 18 Influ ncia da Qp so2 sobre a pureza de p xileno Influ ncia da Te A temperatura de alimenta o coluna T 0307 Tr tem o valor actual de 142 C A gama estimada foi de 132 a 152 C com um passo de 1 C 71 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da produ o de p xileno com a Ts 376 0 375 9 4 375 8 4 375 7 4 375 6 4 375 5 4 375 4 4 375 3 4 ss Rasa 375 1 4 375 0 x O A O DO x O ADD SP Rea PP DOM n PELLIS ton dia Ts C Figura 3 19 Influ ncia da Tr sobre a produ o de p xileno Da Figura 3 19 constata se que a produ o de p xileno n o varia muito com um aumento da temperatura verificando se que diminui a produ o a partir de 142 C Apesar da produ o de p xileno diminuir a partir de uma temperatura de 142 C n o uma diminui o extrema sendo o m nimo de produ o a 152 C de 375 154ton dia Averigua se que a produ o atinge o m ximo de 375 356ton dia a 132 C Contudo no m ximo da produ o obtido para a temperatura de alimenta o coluna T 0307 verifica se um m nimo na pureza de 99 61 como se pode visualizar na Figura 3 20 Varia o da pureza de p xileno com a T 99 70 99 65 oee OSS SOS 99
79. 0 1200504 00087 wesen 0001 tos eisigor cimsrasso 2027178 cesosre vis7467 mrs0ao 1200500 09057 wesen 0001 to eisigor cmsrsioi 2027178 caporor animes riasoso 1200508 00057 weesen o0 105 2101007 1087722 2027108 escieor Nisa 77220 120822 oss wesen 0001 108 eisigor ciosr sos 2027184 6647009 1766ra 772608 1200512 00667 wesen 0001 me arero cimmooro 2027101 rogo 1070214 vr2s0ar 1200516 09057 Wesen 0001 me 20107 ciomocor 207202 mories 100089 7729002 1200546 0067 0 001 oo 2131307 16881823 2027 176 71 56896 190824 4 77290 01 123950 6 0 9957 0 001 12 O 2131307 16881157 2027 181 72 06998 192014 5 77289 43 123951 0 9957 0 001 BEE 2131307 16881799 2027 18 72 58306 193236 77289 75 123950 9 0 9957 0 001 EEE 2131307 16882280 2027 178 73 10298 194473 1 77289 99 123950 8 0 9957 XVII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 3 Resultados da an lise de sensibilidade para a W3 EE E STE 0 001 0 015989 E Ria Ta T 70 E EG E EE E EE 0 9957 0 001 0 017055 2131307 aa 2660 7027 70 240214 188798 652 ra 123950 46 0 9957 0 001 0 018121 2131307 17289277 2504 183 69 744081 187333 991 77289 4559 123950 5 0 9957 0 001 0 019187 2131307 17169202 2365 0533 69 303094 186032 616 77289 1422 123950 47 0 9957 0 001 0 020253 2131307 17061775 2240 577
80. 0 00 Tvs 136 140 2 94 Toases 214 211 1 40 Qe312 12272000 16234650 32 29 Tprons 149 147 1 34 R R bases 43 42 4 1 40 Tabela D 4 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o do conjunto T 0306 e T 0307 alterando a press o i Valor TR Vari vel Desvio relativo Texrescro 2 82 Tre 1 55 enn 118 Prog 17 86 Pass 13 16 APs 0 00 Tu 2 14 Traseo 200 205 2 50 A 30 93 Toeste 0 00 Te 3 45 Qes 0 12 Qesio 134 23 Prop 2143 Paaso 27 37 AP 44 00 Ty 0 86 Tons 3 45 Qesr 1 52 Toonor 10 00 Qesr 4 61 De 0 02 R Riopor 2 35 TOLUENG 072 X ro rouena 5 83 WEZ 0 01 X PX WF7 99 69 99 65 0 04 VII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno E Exemplo de c lculo da pot ncia da bomba P0306A S Visto que a pot ncia obtida para a bomba P0306A S respeita um valor de 2027 17kW face a um valor de projecto de 250kW neste exemplo de c lculo pretende se exemplificar como se realizou a valida o da respectiva bomba A pot ncia de uma bomba P kW tem em conta o caudal volum trico Q m3 h a altura manom trica H m c a e o rendimento que geralmente adv m da curva da bomba A express o E 1 de acordo com SCHNEIDER Motobombas permite o c lculo da pot ncia de uma bomba P Plev rendimento E 1 Para a bomba em quest o sabe se que a pot ncia de projecto de 250kW o que equivale a 335 26cv que o caudal volum tri
81. 00 quer na 0400 A primeira UO300 respectiva ao Parex onde se enquadram as colunas T 0303 T 0306 T 0307 T 0308 T 0309 T 0311 e a segunda U0400 relativa ao reactor de isomeriza o e coluna T 0471 entre outras colunas Dado que os diagramas reais possuem o perfil de temperatura a indica o da temperatura para um dado andar apresentada nas tabelas A 1 A 2 e A 3 para as colunas T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente De salientar que o primeiro andar respectivo base da coluna de acordo com o diagrama Tabela A 1 Perfil de temperatura da coluna T 0303 de acordo com os diagramas reais Andar Temperatura C 1 213 82 6 210 77 26 202 24 36 181 01 46 155 43 56 151 09 61 149 54 65 135 66 Tabela A 2 Perfil de temperatura da coluna T 0306 de acordo com os diagramas reais Andar Temperatura C 1 199 82 6 197 44 21 28 05 31 154 08 46 142 26 50 139 73 Tabela A 3 Perfil de temperatura da coluna T 0307 de acordo com os diagramas reais Andar Temperatura C 1 145 24 57 120 83 60 115 63 Os diagramas P amp l empregam os s mbolos de acordo com a ISA onde os instrumentos s o representados por c rculos com letras e n meros onde a primeira letra representa a vari vel P press o T temperatura F caudal L n vel e as letras seguintes representam a fun o em termos de simbologia de instrume
82. 03 Kianoosh et al 2008 e Jamal et al 2009 1 8 23 Simula o da Produ o de Paraxileno Cap tulo 2 Simula o do processo de produ o de paraxileno Este cap tulo abrange as etapas necess rias para a simula o do processo de produ o de Paraxileno com as condi es actuais referentes ao ano de 2008 da Refinaria da GALP no Porto A simula o do processo de produ o de p xileno compreende tr s colunas de destila o a T 0303 T 0306 e T 0307 Na etapa inicial efectuou se uma recolha de dados relativos ao processo em causa prosseguindo se um tratamento que se resume numa organiza o e selec o de informa es relevantes presente no cap tulo 2 1 No cap tulo 2 1 1 exp em se as premissas referentes a condi es do processo e do equipamento envolvido no cap tulo 2 1 2 descrevem se os equipamentos seleccionados no simulador e no 2 1 3 as informa es inseridas no simulador s o discriminadas Posteriormente exposi o das informa es do processo vem o cap tulo 2 2 referente aos equipamentos seleccionados como adequados no simulador em causa No cap tulo 2 3 descrevem se os aspectos b sicos do simulador AspenPlus Por fim o cap tulo 2 4 abrange os resultados da simula o os custos de produ o e as conclus es gerais obtidas aquando a simula o do processo 2 1 Informa o sobre o processo A refinaria da Galp no Porto disponibilizou informa es referentes ao processo denomi
83. 0307 uma melhor estimativa visto que se recorre apenas a uma equa o De salientar que o valor utilizado para o produto de base da coluna T 0303 foi de 77 290ton h devido a diferen as nos algarismos para c lculo e optou se por este ltimo visto que foi o previsto de acordo com o disponibilizado Calculado o destilado da coluna e sabendo que o produto de base desta coluna de 123 95 ton h somando o produto de base com o de topo obt m se a alimenta o equivalente a 201 24ton h Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno cC Exemplo de c lculo da composi o m ssica de uma alimenta o Dado a aus ncia de informa o da composi o entrada das colunas de destila o e visto que os caudais e composi es m ssicas das correntes de sa da e o caudal da corrente de alimenta o de uma dada coluna se encontram dispon veis a composi o da corrente de entrada determinada por um balan o m ssico ao componente De seguida exemplifica se para a corrente de alimenta o da coluna T 0306 Fs em ton h a estimativa da frac o m ssica do paraxileno na mesma Xpxre Sendo os restantes componentes calculados de forma id ntica Para o dado c lculo disp e se dos seguintes dados Fs 62 780ton h DEST 15 833ton h WFs 46947kg h Xpxwre O Xpx peste 0 9878 De salientar que a frac o m ssica tendo em conta a base de c lculo dos caudais para o p xileno na destilado d
84. 1 Vari vel Valor ptimo Tre C 197 4 Tcone C 107 6 Y DESTO 0 20967 AWG 0 293 Qn3o2 Kcal h 719388 W7 0 19171 1LIQFRIO 0 335 Ts e306 C 172 5 ATe307 C 15 2 95 Simula o da Produ o de Paraxileno Analisando as reas dos permutadores verifica se que existe uma viola o ao permutador E 0310 pois a rea obtida superior actual A rea obtida de 15 69m excedendo 0 63m da rea existente Quanto s pot ncias das bombas a da bomba P0310 excede em 10 8kW o valor da pot ncia actual O valor actual da pot ncia da bomba P0310 de 61 8kW e o valor ptimo obtido equivale a 72 6kW Examinando as raz es de refluxo ptimas da coluna T 0306 visto que nesta n o devem existir modifica es vem que a de topo e da base correspondem a 3 80 e a 2 41 respectivamente convertidas pelas frac es respectivas de 0 20967 e de 0 293 Como as raz es de refluxo de topo e base actuais tomam os valores de 3 80 e de 1 86 verifica se que a raz o de refluxo na base promove uma poss vel mudan a na coluna de destila o T 0306 que dever ser apoiada pela determina o do di metro da coluna Um outro par metro que implica uma mudan a efectiva o relativo 1ILIQFRIO pois necess rio reencaminhar uma maior quantidade de fluido ao permutador E 0307 Contudo como este factor influencia o equipamento da coluna T 0307 n o viola as premissas do proces
85. 1 0 035177 2131307 16242427 1289 9903 65 895326 175991 144 77289 9962 123949 91 0 9957 0 001 0 036243 2131307 16209819 1252 0573 65 775084 175637 662 77290 0916 123950 95 0 9957 0 001 0 037309 2131307 16179012 1216 2837 65 661799 175303 957 77290 0184 123951 29 0 9957 XVIII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 4 Resultados da an lise de sensibilidade para a Quao1 M todo Qrsoe rare P posoeais P posorais VS PRODS WF3 kcal h kcalh kcal h KW KW kg h kg h kg h XIX Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 5 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tte 188 EESC 7 EA E ESSA E E E Westen 001 200 1506461 2661840 0 9707 09072 strass 14056 ogema 00156 XX Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 6 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tconpe M Anci Tconns DEST6 WF6 WF7 TOLUENQ kgh Kah gn Kg h Xpan Xrosoumo XXI Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 7 Resultados da an lise de sensibilidade para a DESTO Brovden 0001 022561 1704121 as74962 09178 0 9078 16042 18 06 80024 09229 09718 Brovden 0001 023638 17780 84 24984 50 0 8798 0 9978 17680 55 94 287582 0 8644 0 9706 Brovden 0007 024168 161542 24624 08 0 8618 0 9078 18060
86. 2 68 908395 184868 202 77288 817 123950 87 0 9957 0 001 0 021319 2131307 16965516 2128 54 68 554757 183825 428 77289 7912 123950 66 0 9957 0 0001 0 022385 2131307 16878102 2027 1664 68 233534 182878 294 77290 0099 123949 99 0 9957 0 001 0 023451 2131307 16798842 1935 0538 67 942106 182019 412 77290 0258 123952 33 0 9957 0 001 0 024517 2131307 16726035 1850 9055 67 674664 181231 1 77290 0001 123951 51 0 9957 0 001 0 025583 2131307 16656725 1773 7733 67 427577 180502 774 77288 7966 123950 95 0 9957 0 001 0 026649 2131307 16597765 1702 8248 67 204747 179847 384 77290 0123 123951 43 0 9957 0 001 0 027715 2131307 16542561 1637 3139 66 998973 179240 63 77290 0421 123950 13 0 9957 0 001 0 028781 2131307 16489518 1576 6704 66 804555 178667 871 77290 0001 123950 14 0 9957 0 001 0 029847 2131307 16441019 1520 3577 66 626155 178142 487 77290 0009 123950 05 0 9957 0 001 0 030913 2131307 16395757 1467 9306 66 459536 177652 017 77290 0033 123950 14 0 9957 0 001 0 031979 2131307 16353571 1418 997 66 30427 177194 935 77290 017 123950 06 0 9957 0 001 0 033045 2131307 16314220 1373 2246 66 159405 176768 597 77290 0023 123950 42 0 9957 0 001 0 034111 2131307 16277145 1330 3144 66 022853 176366 636 77290 0003 123950 86 0 9957 0 00
87. 2 Qhao1 T 0303 H 0301 Na Tabela 3 11 apresentam se as vari veis do processo referentes destila o na coluna T 0306 Averigua se que existem 5 vari veis de optimiza o relativas a Tre a W6 a DEST6 a Tconve ea Quaos Tabela 3 11 Vari veis de optimiza o no simulador no processo da destila o na coluna T 0306 Vari vel Sistema Teo E 0304 HW6 S2 DEST6 3 Tconns E 0313 Qu3oz T 0306 H 0302 Por fim da Tabela 3 12 verifica se que o processo que envolve a coluna T 0307 possui 15 vari veis de optimiza o 57 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 3 12 Vari veis de optimiza o no simulador no processo da destila o na coluna T 0307 Vari vel Sistema Te E 0310 W7 S4 1LIQFRIO S5 T s E306 E 0306 vaporizadoe3os ATE307 WQUENTE EEN Twez E WECOOL es TroLuenF WINCOOL A Tconn7 E 0314 TOLUENQ S6 Npratos 7 T 0307 Nez Contudo algumas simplifica es s o efectuadas em prol de uma primeira an lise de optimiza o e 7 vari veis relacionadas com a coluna de destila o T 0307 n o foram consideradas Estas vari veis n o assumidas numa primeira estimativa s o relativas aos equipamentos E 0307 E 0308 E 0309 E 0314 e T 0307 A vari vel WQUENTE referente ao reebulidor E 0307 da coluna T 0307 n o foi considerada como um par metro de decis o dado a sua rela o com a exi
88. 5 Tabela 3 11 Vari veis de optimiza o no simulador no processo da destila o na coluna T 0306 Tabela 3 12 Vari veis de optimiza o no simulador no processo da destila o na coluna T 0307 Tabela 3 13 Vari veis de optimiza o da coluna de destila o T 0307 como primeira estimativa Tabela 4 1 Excerto da matriz do plano de Plackett Burman de 8 ensaios com 7 factores em ordem s respostas R e R Tabela 4 2 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem para as respostas R e R Tabela 4 3 Valor dos par metros a utilizar no ensaio 1A de acordo com o Minitab15 e os resultados da remo o de dessorvente recorrendo ao Minitab15 e ao AspenPlus Tabela 4 4 Resultados do ensaio 1B nomeadamente os valores dos par metros optimizados e a remo o di ria de dessorvente recorrendo numa optimiza o no AspenPlus Tabela 4 5 Resultados do ensaio 1C nomeadamente os valores dos par metros optimizados e a remo o di ria de dessorvente recorrendo numa optimiza o no AspenPlus Tabela 4 6 Valor dos par metros a utilizar no ensaio 2A de acordo com o Minitab15 e os resultados da remo o de dessorvente e de energia necess ria recorrendo ao Minitab15 e ao AspenPlus Tabela 4 7 Excerto da matriz do plano de Plackett Burman de 16 ensaios com 13 factores em ordem s respostas R1 R2 e R3 Tabela 4 8 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de
89. 5 2 375 0 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 264 AT307 C Figura 3 29 Influ ncia da AT 307 sobre a produ o de p xileno Contudo como se pode verificar na Figura 3 30 com ATEs07 a partir de 25 C a pureza diminui imediatamente de 99 64 para 99 47 O Varia o da pureza de p xileno com a AT307 99 70 99 65 99 60 99 55 4 m m 99 50 4 99 45 4 99 40 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 26 4 AT307 C Figura 3 30 Influ ncia da ATE307 sobre a pureza de p xileno Desta mudan a s bita de um valor constante de pureza de 99 64 para um de 99 47 evidencia se que um menor passo seria mais proveitoso para a an lise no contexto de verificar a tend ncia entre 24 e 25 C contudo e devido a problemas de tempo de resolu o de simula es o passo n o foi alterado Em suma para obedecer a uma pureza de 99 64 de p xileno apenas se pode produzir 375 311ton dia 1 modificando somente a vari vel em quest o Influ ncia da Tconp7 A temperatura de sa da do condensador E 0314 tem o valor actual de 45 C A sua influ ncia foi analisada num intervalo de 35 a 55 C com um passo de 1 C Da an lise de sensibilidade efectuada aferiu se que uma diminui o da temperatura de sa da do condensador da coluna T 0307 favorecia a produ o como se pode visualizar na Figura 3 31 78 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da pro
90. 9 Stoji et al simularam a destila o atmosf rica do crude no AspenPlus com o objectivo de primeiramente obter resultados semelhantes ao processo actual e seguidamente variando o tipo de crude verificar as modifica es do processo Verificaram que o AspenPlus permite simular uma unidade de destila o atmosf rica de crude com sucesso com os par metros de projecto para o tipo de leo VELEBIT Stoji et al 2004 Tamb m a destila o do crude foi simulada no AspenPlus por Haydary e Pavl k simulando para o efeito uma coluna de destila o atmosf rica com um pr flash Os resultados obtidos na simula o foram comparados com os dados actuais Al m de realizarem no estado estacion rio no AspenPlus tamb m testaram os resultados da simula o no AspenDynamics testando posteriormente o efeito da altera o de algumas vari veis do processo Aferiram a converg ncia das simula es no AspenPlus e no AspenDynamics para os dados reais mas que apesar da converg ncia no AspenDynamics dado o processo ser complexo algumas dificuldades em termos de tempo de c lculo e sensibilidade nos valores inseridos foram detectadas Haydary e Pavl k 2009 13 Simula o da Produ o de Paraxileno Mohaddecy et al utilizaram o Hysys programa integrante do Aspen para reprodu o da reforma catal tica da nafta e sua optimiza o em termos de n mero de octanas temperatura de entrada entre outros Compararam os resultados da si
91. CTO Frac o m ssica de p xileno na corrente REFINADO Ea X PX DEST6 X PXWF7 EXTRACTO DEST6 e WF7 X OX REFINADO X OXEXTRACTO Frac o m ssica de o xileno na corrente REFINADO E X OX DESTE EXTRACTO e DEST6 X MX REFINADO X MXEXTRACTO Frac o m ssica de m xileno na corrente REFINADO z X MX DEST6 EXTRACTO e DEST6 X EBREFINADO X EBEXTRACTO Frac o m ssica de etilbenzeno na corrente r X EB DEST6 REFINADO EXTRACTO e DEST6 X P DEB REFINADO x p Frac o m ssica de p dietilbenzeno na corrente j DEB EXTRACTO X P DEB DEST6 REFINADO EXTRACTO e DEST6 oe Frac o m ssica de C9 Arom ticos na corrente s REFINADO EXTRACTO e DEST6 C9 ARO DEST6 x BENZ REFINADO x Frac o m ssica de benzeno na corrente REFINADO E BENZ EXTRACTO X BENZ DEST6 EXTRACTO e DEST6 vii S mbolo Defini o Unidade Arabe X N ARO REFINADO x Frac o m ssica de n o Arom ticos na corrente a N ARO EXTRACTO X NArRO DEsTE REFINADO EXTRACTO e DEST6 A n sem i Frac o m ssica de tolueno na corrente REFINADO i i EXTRACTO DEST6 e WF7 TOL TOLUENQ Xi Factor codificado 1 Grego AP Queda de press o de uma coluna de destila o bar AT Queda de temperatura de uma coluna de destila o C ATE307 Diferen a de temperaturas de sa da entre o fluido T quente e frio no permutador E 0307 1 Adimensional s mbolo sem unidades viii Objectivos e Organiza o da Tese O objectivo deste trabalho a simula
92. Gr ficos residuais para o plano 2 efectuado coluna T 0303 onde a resposta o caudal de dessorvente no produto de base da coluna Estes gr ficos presentes na figura anterior tra aram se ap s a selec o das interac es e efeitos significantes sobre a resposta de modo a verificar se a sua influ ncia era efectivamente v lida para o modelo aplicado Tendo em conta o gr fico da probabilidade normal verifica se que os pontos tendem sobre a linha de probabilidade logo s o normalmente distribu dos o que permite afirmar que o modelo v lido O histograma da frequ ncia em ordem ao res duo standard apesar de n o possuir uma forma de sino certa pode se dizer que normalmente distribu do contudo com menos de 50 ensaios deve se utilizar o gr fico de probabilidade normal em detrimento deste Para verificar se a ordem dos efeitos admitidos influencia os resultados e no caso de uma experi ncia com ensaios n o aleat rios o gr fico relativo aos res duos em fun o da ordem de observa o o indicado Deste constata se que os res duos est o aleatoriamente perto do zero logo n o existe uma evid ncia de que os termos adoptados como n o significantes est o errados Um outro gr fico residual presente na figura anterior do res duo em fun o dos valores ajustados onde se verifica que os res duos est o dispersos sobre o zero Deste modo pode se afirmar que o plano 1 v lido perante os efeitos e interac es c
93. INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DO PORTO S ep RAMO OPTIMIZA O ENERGETICA NA INDUSTRIA QUIMICA Simula o da Produ o de Paraxileno Diana Machado Dezembro de 2009 Agradecimentos Professora Doutora Florinda Martins orientadora desta disserta o agrade o todo o empenho compreens o e disponibilidade ao longo da realiza o deste trabalho Agrade o GALP nas pessoas dos Eng Fernando Lopes e Eng Carlos Mouta Reis respectivamente orientador e co orientador por terem disponibilizado todos os dados referentes ao processo de produ o e pela orienta o e disponibilidade cedida Agrade o ao DEQ Departamento de Engenharia Qu mica do ISEP especialmente ao Laborat rio de Inform tica por disponibilizar a ferramenta computacional utilizada neste trabalho Agrade o a todas as pessoas que possibilitaram um desenvolvimento no meu conhecimento ao longo da minha forma o acad mica no ISEP Resumo O trabalho tem como objectivo a simula o e verifica o do funcionamento de 3 colunas de destila o a T 0303 a T 0306 e a T 0307 integrantes do processo de produ o de p xileno baseado nos dados relativos ao ano de 2008 existente na refinaria da Galp no Porto A abordagem consistiu em utilizar o AspenPlus quer para a simula o quer para a optimiza o sendo esta ltima complementada com um planeamento experimental e optimiza o no Minitab15 O crit rio de optimiza o foi estabelecido a pa
94. LuENF 332C FV0333 PDESTILAD 4 4bar PO313A S Pwaz 6 5bar P0314A S PconD27 10 7bar FV0338 PpestiLa7 4 5bar l O enchimento inserido equivalente ao descrito aquando a descri o da etapa 3 As frac es de W3 DEST6 W6 TOLUENQ representados por W3 DEST6 W6 e TOLUENQ respectivamente permitem determinar a raz o de refluxo O c lculo da raz o refluxo R R para uma dada frac o A de acordo com a express o 2 1 Exemplificando para a YDEST6 equivalente a 0 202824 determina se a raz o de refluxo de topo da coluna T 0306 da seguinte forma 1 DESTO 1 0 20824 RAR se SAE O topo yDESTG 0 20824 3 80 Os aspectos b sicos do simulador de processos qu micos utilizado neste projecto s o descritos subsequentemente 37 Simula o da Produ o de Paraxileno 2 3 Aspectos b sicos do simulador Neste sub cap tulo exp em se os aspectos b sicos seleccionados no software de simula o de modo a compreender a converg ncia no simulador e obter as capacidades necess rias de replicar a posterior simula o As condi es utilizadas na simula o do presente processo constam na Tabela 2 12 Tabela 2 12 Condi es para a simula o do processo no AspenPlus Unidades METCBAR Tipo de estado Estacion rio Classe das correntes Convencional N de itera es 30 Toler ncia de erro 0 0001 Tipo de processo Comum M todo de c lculo de propriedades Peng Robinson M todo de c lculo par
95. MO vapor CUSO vapor E ton F 6 Sabendo que o consumo actual de vapor concerne a 9636 96ton ano substituindo na express o anterior vem XII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Custo 9636 96 x 34 018 327830 11 anual vapor Como existe a recupera o total de condensado admiss o efectuada ao custo do vapor deve se retirar o custo ganho pelo condensado O condensado produzido admitindo que todo o vapor condensa de 9639 96ton ano aproveitado a 4 163 ton Deste modo utiliza se a mesma express o que foi utilizada para o custo anual de vapor e determina se o ganho anual de condensado que equivale a 40118 66 Sendo assim necess rio retirar ao custo anual de vapor o ganho anual de condensado e a este resultado denomina se de custo de vapor Custo apor 327830 11 40118 66 287 711 44 ano Conclui se que o custo de vapor para o permutador E 0307 equivale a 287 711 44 por ano de opera o a uma produ o constante e Custos de gua de arrefecimento Este custo exemplifica se para o permutador E 0308 existente na coluna T 0307 O custo por tonelada da gua de arrefecimento equivale a 0 023 O m todo id ntico ao anterior custo de vapor e apresenta se na express o F 7 Custo anual gua arrefecimento E 0308 35021 7000 x 0 023 8 054 991 F 7 O custo total anual de gua de arrefecimento diz respeito aos gastos nos permutador
96. No caso da coluna T 0303 a resposta a analisar compreende a remo o de dessorvente e a energia necess ria Para o conjunto das colunas T 0306 e T 0307 avaliam se a produ o e pureza de p xileno com as vari veis de optimiza o Estas respostas s o descritas em cada sub cap tulo correspondente Como o intuito analisar uma dada influ ncia de vari vel sobre a resposta as condi es dos restantes par metros s o mantidos constantes e iguais da situa o actual A an lise de sensibilidade recorrendo ao AspenPlus isto aplicando a an lise de sensibilidade como uma ferramenta do simulador n o eficiente para o processo em causa Inicialmente optou se por estimar uma gama larga e realizar uma an lise de sensibilidade utilizando para o efeito o simulador o que permitiria variar o passo e a gama sem muito trabalho Contudo o AspenPlus n o foi apto para convergir apesar de se terem estimado diferentes gamas passos e toler ncias O que se verificou foi a converg ncia de an lise de sensibilidade de uma dada vari vel num intervalo muito reduzido que n o seria propriamente uma gama o que n o permitiria averiguar a influ ncia do factor Isto no caso de uma temperatura ser a vari vel em quest o o simulador apenas convergia e originava resultados v lidos para um intervalo de 3 C e dado que existe uma toler ncia para o valor de temperatura de 5 C n o teria significado a varia o de 3 C Neste mbito n o
97. No ensaio 1C dado que a raz o de refluxo obtida de 46 1 em compara o com a do ensaio 1A equivalente a 61 5 a pot ncia extra necess ria para a bomba P0306A S menor do que para o outro ensaio 1A O melhor ensaio relativo ao 1C onde a pot ncia extra requerida pela bomba P0306A S de 109 852kW e a raz o de refluxo equivale a 46 1 O ensaio 1C apesar de n o respeitar totalmente as condi es do processo considerado como o mais adequado e a remo o di ria de dessorvente equivale a 2962 005ton 90 Simula o da Produ o de Paraxileno Quanto ao ensaio 1B o que apresenta uma menor remo o de dessorvente equivalente a 2962 002ton dia e o nico que respeita todas as condi es do processo em termos de altera es nos equipamentos Do plano 2 conclui se que se obt m a maior remo o de dessorvente equivalente a 2962 007ton dia Averigua se que para optimizar a energia e a remo o de dessorvente as bombas P0306A S e P0307 e a raz o de refluxo na base s o modificadas o que viola as condi es do processo O ensaio de ambos os planos que mais condi es viola o ensaio 2A violando as pot ncias das bombas e a raz o de refluxo na base O AspenPlus n o permite a converg ncia de uma optimiza o energia necess ria mantendo constante a remo o de dessorvente A maior e menor remo o de dessorvente de 2962 007 e 2962 002ton dia respectivamente atingiram se nos ensaios 2A e
98. O di metro da coluna geralmente determinado para que a velocidade do vapor seja entre 60 e 80 da velocidade de inunda o vr Para determinar a velocidade de inunda o deve se primeiramente calcular o valor de P pela express o 1 1 onde L e G s o os caudais m ssicos de l quido e vapor no ponto da coluna considerado O p e o pg correspondem massa vol mica das correntes de l quido e g s num dado ponto da coluna a considerar 0 5 L Po sf o O resultado da express o 1 1 permite mediante um diagrama que relaciona os limites de inunda o para uma dada coluna quantificar a velocidade de inunda o vr O diagrama anteriormente referido difere para o tipo de coluna e no caso de colunas de pratos necessita se ainda do espa amento entre eles e no caso de uma coluna de enchimento o tipo de enchimento essencial As unidades das vari veis presentes em 1 1 diferem quanto ao diagrama dispon vel Geralmente do diagrama discutido retira se um factor que designa se de A e representado por uma equa o como na express o 1 2 0 2 0 5 a vex 2 era 1 2 o PLPG A express o anterior poder variar mediante a refer ncia consultada Ap s determinar a velocidade de inunda o admite se que a velocidade do g s 80 da anterior Peters et al 2003 Determinada a velocidade do g s em m s converte se para velocidade superficial do g s G atrav s da densidade do g s pe em kg m A convers o a real
99. OLUENQ 58 Simula o da Produ o de Paraxileno Uma vez que as colunas T 0306 e T 0307 s o tratadas em conjunto para o conjunto de colunas verificam se 13 vari veis de optimiza o Destas 5 respeitam a coluna T 0306 e as restantes 8 s o referentes ao processo de destila o na coluna T 0307 Ap s a selec o das vari veis de optimiza o indispens vel a valida o da influ ncia sobre a resposta que se pretende estudar Esta valida o efectuada no cap tulo seguinte cap tulo 4 onde se estimam as gamas das vari veis de decis o e posteriormente se efectua uma an lise de sensibilidade s mesmas 3 4 Estudo de vari veis de optimiza o Neste sub cap tulo pretende se avaliar o impacto das vari veis outrora assumidas de optimiza o estabelecendo para o efeito uma gama para a mesma e verificar qual a influ ncia desta sobre a resposta em quest o Neste contexto torna se importante evidenciar o objectivo de optimiza o isto definir as respostas nas quais se pretende avaliar a influ ncia de uma dada vari vel de optimiza o Dado que a coluna T 0303 e o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 trabalham com diferentes correntes de alimenta o separa se a an lise de sensibilidade em duas sec es No cap tulo 4 1 e 4 2 analisam se as vari veis de optimiza o para a destila o na coluna T 0303 e para o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 respectivamente
100. Quanto pureza de p xileno da Figura 4 17 verifica se que existem 6 efeitos principais mas apenas 5 interac es significativas 107 Simula o da Produ o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos pureza de p xileno m m Alpha 0 05 Tipo de efeito BA O N o Significante 95 E Significante 90 CD Factor Nome mc TF6 80 EF TCOND6 D6 W6 W7 TE306 AmMmoowvxr Percentagem 3 N S Em RE EDE ED T T T T T 600 500 400 300 200 100 0 Efeito Figura 4 17 Gr fico normal dos efeitos para R2 para o caso 2 hip tese 3 As interac es entre W6 e W7 W6 e T s30 YDESTO e W6 W7 e T s E306 e Trs Tconpe S o por ordem decrescente as significativas sobre a pureza de p xileno R2 para um intervalo de confian a de 95 Seguidamente uma an lise s interac es sobre R2 pureza de p xileno executada de forma id ntica da produ o Tendo em conta as interac es da Figura 4 18 os valores mais ben ficos de W6 W7 T s E30 DEST6 Tre e Tconve equivalem a 0 293 0 14531 154 C 0 18399 197 5 C e 99 C respectivamente Interac es sobre a pureza de p xileno 99 119 0 18399 0 23115 0 293 0 435 0 14531 0 23991 154 174 Figura 4 18 Gr ficos das interac es sobre R2 para o caso 2 hip tese 3 O nico par metro que se encontra no mesmo n vel ap s a an lise das interac es para a maior produ o e
101. Tps e de ATEs07 ap s a primeira tentativa de converg ncia as condi es iniciais eram substitu das pelas geradas at que as obtidas fossem id nticas s inseridas Nas tabelas 4 16 e 4 17 apresenta se a melhoria alcan ada de produ o de p xileno e os valores dos par metros optimizados respectivamente Tabela 4 16 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno para o caso 2 hip tese 2 Produ o de p xileno Melhoria anual ton dia ton ano 375 318 2 38 Da Tabela 4 16 verifica se uma melhoria anual de 2 38ton o que quase insignificante perante a possibilidade de optimizar 15 30ton 104 Simula o da Produ o de Paraxileno Neste caso a carga de p xileno T 0307 equivalente a 375 355ton dia o que indica que a coluna T 0306 n o origina a carga m xima de p xileno 375 356ton dia com os par metros seleccionados de forma a respeitar as condi es do processo Tabela 4 17 Valores ptimos das vari veis Tre Tconve YDESTO W7 e Ts 306 para o caso 2 hip tese 2 Vari vel Valor ptimo Valor actual Tre 196 2 198 Tconpe 111 9 109 DEST6 R Riopos 0 20770 3 81 0 20824 3 80 W7 R Rbasez 0 18074 4 53 0 18101 4 52 Ts E0306 163 6 164 Analisando os valores ptimos obtidos verifica se que nenhum par metro causa uma mudan a efectiva pois os valores est o compreendidos no desvio permitido como di
102. a coluna T 0306 cerca de 98 8 m m logo a diferen a entre o valor calculado para a alimenta o da coluna T 0307 e o valor retirado das an lises do destilado da coluna T 0306 para o p xileno m nima Deste modo realiza se um balan o material ao paraxileno na coluna T 0306 de acordo com a express o C 1 Fo Xr px DESTo Xpx peste WF6 Xpx wre C 1 Substituindo pelos dados anteriores a equa o anterior e resolvendo em ordem a Xpx r6 VEM 15 833x0 9878 x 0 249 di 62 780 Note se que os dados de caudal das correntes s o os reais consultar exemplo de c lculo anterior e os de composi o correspondem ao dia 1 e 2 de Abril de 2008 para o produto de topo e de base respectivamente Caso exista uma modifica o quer no caudal quer na composi o o c lculo anterior tem de se repetir mediante as altera es nas condi es anteriormente referidas Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno D Simula es do processo de produ o de paraxileno A simula o que foi considerada como mais adequada foi seleccionada de um conjunto de simula es realizadas O primeiro grupo de simula es relativo utiliza o dos dados de projecto excep o dos caudais m ssicos e frac es m ssicas das correntes envolvidas no processo e a raz o de refluxo de topo da coluna T 0307 que possuem os mesmos valores do que os utilizados na simula o considerada como situa o actual Nas tab
103. a da Tconpe A temperatura de sa da do condensador da coluna T 0306 possui um valor actual de 109 C A gama inicial foi de 10 C de 109 C isto de 99 a 119 C com um passo de 1 C De acordo com os resultados obtidos discute se de seguida a influ ncia desta vari vel sobre a produ o e pureza de p xileno 69 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da produ o de p xileno com a Tconn e 376 1 374 372 4 370 4 368 366 364 362 360 358 356 4 354 352 350 DPS A E F E E A E DELA ND DD DD Toonoe C ton dia Figura 3 15 Influ ncia da Tconve sobre a produ o de p xileno Como se pode visualizar da Figura 3 15 com a Tconve de 99 a 109 C ocorre um acr scimo na produ o de cerca de 362 a 375ton dia A partir dos 109 C a produ o tende a estabilizar numa produ o superior a 375ton dia variando de 375 318 a 375 142ton dia O m ximo de produ o equivalente a 375 318ton dia diz respeito a uma temperatura de sa da do condensador da coluna T 0306 de 110 C Varia o da pureza de p xileno com a Tconve 100 00 99 00 98 00 Y m m 97 00 96 00 4 95 00 DDS MLP LS LL LO TED DD DT DD Toonoe C Figura 3 16 Influ ncia da Tconce sobre a pureza de p xileno Por m tamb m necess rio analisar a pureza e averigua se da Figura 3 16 que a partir de 110 C a pureza inferior a 99 64 decr
104. a da coluna T 0308 nomeadamente o calor transferido s o apresentadas na Tabela 2 1 Tabela 2 1 Calores associados a E 0312 e H 0301 Par metro Valor Qe312 Kcal h 12272000 Quaor Kcal h 14722330 As composi es m ssicas das correntes de sa da da coluna T 0303 s o relativas ao dia 1 de Abril de 2008 por m as an lises do produto de base e topo n o existem para o dado dia logo foram assumidas as composi es para o dia 2 e 4 de Abril de 2008 26 Simula o da Produ o de Paraxileno respectivamente Um balan o m ssico foi efectuado obtendo assim a composi o da corrente de alimenta o FCOLUNAS apresentada na seguinte Tabela 2 2 Tabela 2 2 Dados das composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna T 0308 Composi es m ssicas camponene FCOLUNA3 PROD3 WF3 N o Arom ticos 11 96 E Benzeno FREE I a Tolueno Etilbenzeno Paraxileno Metaxileno Ortoxileno P dietilbenzeno 61 33 99 57 Prosseguindo as informa es referentes coluna T 0306 s o apresentadas na Figura 2 2 e as restantes nas tabelas 2 4 e 2 5 Na Figura 2 2 a coluna apresentada a T 0306 que remove o dessorvente no produto de base WF6 e origina o destilado DEST6 que a alimenta o da coluna T 0307 Esta coluna possui 50 andares e abaixo do 27 andar efectuada a alimenta o na corrente denominada de FCOLUNA6 O condensador como no caso
105. a de p xileno efectuado coluna T 0307 logo a melhoria anual de 15 30ton Para atingir esta produ o o condensador E 0314 e reebulidor E 0307 da coluna T 0307 e a bomba P0314 carecem de modifica es Enquanto que o condensador necessita de debitar mais 451 96kW e o reebulidor demanda uma taxa de calor superior em 450 67kW do que a situa o actual a pot ncia da bomba P0314 excede em 1 5kW a da actual equivalente a 7 9kW Quanto s restantes modifica es de acordo com os valores ptimos de W7 Y TOLUENQ 1LIQFRIO Vaporizadors e Ts e306 al m das repercuss es sobre os equipamentos anteriormente referidos poder o afectar a configura o da coluna Ou seja uma R Riopoz uma R Rbase7 equivalentes a 110 3 e 5 88 respectivamente poder o influir sobre o di metro da coluna por m este c lculo auxiliar executado perante a melhor situa o poss vel Da Tabela 4 25 verifica se que todos os factores excep o da 1LIQFRIO se encontram num dos limites da gama estimada Esta solu o atingida pelo Minitab 15 apesar do programa referir que o ptimo global pode corresponder a um ptimo local A diferen a entre a produ o atingida pelo Minitab15 e pelo AspenPlus com as mesmas condi es pode ter como causa os ensaios que o programa estat stico utiliza para optimizar Isto os ensaios do planeamento experimental s o efectuados previamente no AspenPlus e por vezes em busca de converg ncia quer a t
106. a do condensador quer da bomba de refluxo s o as energias que mais influenciam a energia totalizada designada por necess ria Isto o calor do permutador E 0302 n o se altera e a varia o m xima de pot ncia verificada para a bomba P 0307A S equivale a 5kW Logo correcto afirmar que com um aumento da W3 ou diminui o da raz o de refluxo necess rio menor energia no condensador e na bomba de refluxo Influ ncia da TconD3 A temperatura de sa da do condensador da coluna T 0303 E 0312 actualmente toma o valor de 112 C Da mesma forma que para a Tps o intervalo foi de 10 C do valor actual o que equivale uma varia o da Tconvs de 102 a 122 C O passo aplicado foi de 1 C Neste caso os ensaios referentes a uma Tconos de 105 109 e 118 C n o foram considerados para an lise devido a varia es nos caudais m ssicos superiores a 1kg h aquando a valida o do balan o material 62 Simula o da Produ o de Paraxileno No total apenas 18 ensaios foram assumidos para verificar a influ ncia da vari vel sobre as respostas em causa Nas figuras 3 5 e 3 6 apresentam se as varia es sobre o desvio percentual de remo o de dessorvente e sobre a energia necess ria com a Tconos respectivamente al Varia o da remo o de dessorvente com a Tcons 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 000 desvio remo o ko SMS VAO D NO SODA DD PPP NANA MN
107. a processo Wegstein Resolu o M todo Sequencial modular Modo Simula o Seleccionou se a op o de estimar todos os Outro 3 par metros em falta Para um sistema com hidrocarbonetos existem tr s m todos adequados para a determina o das propriedades f sicas e qu micas O adoptado foi o Peng Robinson n o considerando os m todos Soave Redlich Kwong e o Lee Kesler Plocker Gasem et al 1997 O m todo num rico para resolu o das equa es utilizado foi o Wegstein Este permite atingir uma solu o para equa es n o lineares de uma forma mais r pida e fi vel O m todo de Wegstein uma variante do m todo das substitui es sucessivas que permite atrav s dos par metros acelerar a converg ncia do dado problema e resolve uma vari vel de cada vez Os outros m todos de resolu o existentes no AspenPlus s o o Broyden Newton e o directo O m todo de Broyden trabalha com todas as vari veis de uma s vez utilizando uma matriz para o efeito a qual ajustada itera o a itera o O m todo de substitui o directa como o pr prio nome indica substitui directamente o valor obtido da primeira itera o Finlayson 2006 O m todo seleccionado para a converg ncia da simula o foi o sequencial modular visto que a outra op o correspondia ao m todo de equa es orientadas e este necessita que a solu o seja pr xima dos valores actuais para facilitar a converg ncia mais moroso e a re
108. a um n vel de probabilidade de 0 05 e com 3 factores fict cios vem um teaicuiado de 3 182 e de igual forma para n veis de probabilidade de 0 01 e 0 02 v m teaculado equivalentes a 2 353 e 1 638 respectivamente Montgomery 2001 Na compara o entre os t s se o obtido for igual ou superior ao calculado ent o o factor significativo para a resposta em quest o 83 Simula o da Produ o de Paraxileno De referir que a distribui o de t student sim trica logo a compara o entre O tobtido e Leaiculado pode ser realizada em modo absoluto No sentido de comparar os valores e identificar quais os factores significativos exp e se na Tabela 4 2 os valores de tobtido para cada factor em ordem a cada resposta Tabela 4 2 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem para as respostas R e R Factor a e Da tabela anterior afere se que para a R 3 factores s o significativos a TFs a W3 e a Qhgo1 Enquanto a Trs influencia positivamente a resposta a W3 e a Quao influenciam negativamente visto que OS tobtido para ambas as vari veis s o negativos Quanto outra resposta R esta possui 4 factores significativos e neste caso apenas a W3 influencia negativamente a energia necess ria Comparando ambas as respostas constata se que a R afectada pela Tconvs ao contr rio de R O sentido da influ ncia das vari veis Tr e W3 negativa quer para R quer R s
109. abora o entre outros que s o independentes da produ o e os custos vari veis que j dependem da produ o mat rias 16 Simula o da Produ o de Paraxileno primas materiais diversos utilidades industriais entre outros Coulson et al 1989 Peters et al 2003 Quanto aos gastos relativos a uma dada mat ria prima estes baseiam se no consumo e custo unit rio de compra da mesma de acordo com a express o 1 2 Custo yp Consumo yp x Custo unit rio 1 2 ompra MP Normalmente para compara o entre o momento inicial e o final ap s optimiza o determina se o custo de produ o do produto final pois este tem conta o gasto anual por unidade de produto Este custo calculado recorrendo express o 1 3 E Custo anual de produ o Custo produ o de produto 1 3 PRENER produto Volume de produ o anual Hg Ho Al m dos custos associados a um processo como anteriormente referidos importante determinar as vendas do produto em causa possibilitando uma posterior an lise econ mica do projecto As vendas do produto determinam se atrav s da express o 1 4 Vendas Pre o de venda _ x Quantidade de produto kg e 1 4 kg Ap s a determina o de todos os custos de uma unidade deve se efectuar uma an lise de rentabilidade no intuito de validar o ptimo e verificar se a unidade optimizada rent vel Esta an lise de rentabilidade n o foi discutida neste relat rio
110. ados constam na Tabela 4 25 114 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 4 25 Resultados da optimiza o da coluna T 0307 auxiliada pelo Minitab15 Factor Respostas Produ o Pureza o o o o di ria p de p YoWT7 Y TOLUENQ ILIQFRIO Vaporizadogso6 xileno le ton Ym m 0 14531 0 008985 0 331 697 0 3745 375 341 99 64 Da optimiza o no Minitab15 verifica se que a produ o aumenta de 375 311 para 375 341ton dia Neste sentido comprova se que alterando somente as condi es na coluna T 0307 poss vel uma maior melhoria neste caso equivalente a 10 2ton ano Contudo conveniente validar o ensaio isto verificar se numa simula o no AspenPlus com os valores das 5 vari veis descritas na tabela anterior exequ vel a dada melhoria Deste modo uma simula o foi efectuada no AspenPlus com uma toler ncia de 0 0008 utilizando o m todo de Broyden O m todo e a toler ncia foram alterados pois n o se alcan ava uma solu o aquando a utiliza o do m todo de Wegstein a uma toler ncia de 0 0001 Os resultados deste ensaio constam na Tabela 4 26 posteriormente apresentada Tabela 4 26 Resultados da simula o da coluna T 0307 pelo AspenPlus com os valores dos factores da Tabela 4 25 Produ o di ria p xileno Pureza de p xileno ton m m 375 356 99 64 De acordo com os resultados gerados averigua se que a produ o de 375 356ton dia o que equivale carg
111. agem Desta verifica se que para um intervalo de confian a equivalente a 95 4 e 5 factores influenciam a R1 e a R2 respectivamente Da Tabela 4 24 verifica se que para a R1 os quatro factores significativos s o relativos a Tconvz W7 1LIQFRIO e Vaporizadogso6 Tabela 4 24 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem da coluna T 0307 para as respostas R1 e R2 Tom 372 Tconpz 2 181 3 994 3 707 4 641 292 020 Para a R2 quatro dos cincos factores s o os mesmos que afectam a R1 sendo o outro correspondente TOLUENGQ Os factores significantes para ambas as respostas possuem uma maior influ ncia sobre R2 dado que os valores de tobtido em modo absoluto s o superiores Enquanto que para a R1 as vari veis relativas W7 W ILIQFRIO e Y Vaporizado s0e possuem valores de t negativos para a R2 OS tobiidos s o positivos O contr rio se pode afirmar da Tconvz pois os valores obtidos s o positivo e negativo respectivamente para a R1 e para a R2 Ap s o plano de crivagem eliminaram se 3 factores a T7 a Ts 306 a AT E307 Deste modo tendo em conta ambas as respostas um planeamento factorial com 5 vari veis efectuado e para tal realizam se 32 ensaios Aplicando a mesma an lise do que outrora da Figura 4 19 verifica se que para R1 existem 4 efeitos e 3 interac es significantes O factor 1LIQFRIO n o significativo para a produ o como verificado pelo
112. al and economic characteristics TECHNIP 22ed 1989 Coulson M J Richardson F J Tecnologia Qu mica Uma introdu o ao projecto em tecnologia qu mica Funda o Calouste Gulbenkian Vol VI Lisboa 1989 Dados ICIS com estudo do mercado do p xileno refer ncia 20 de Setembro de 2009 Dispon vel na Internet em lt http Anww icis com v2 chemicals 9076060 paraxylene html gt Darani K K Farahani V E Shojaosadati A S Application of the Plackett Burman statistical design to optimize poly B hydroxybutyrate production by Ralstonia eutropha in batch culture Universidade Tarbiat Modarres Departamento Engenharia Qu mica Ir o Setembro de 2003 Dickneider T A In Petretec A Tecnologia da Dupont para Regera o de Poli steres em linha Apontamentos do Departamento de Qu mica Industrial da Universidade de Scranton refer ncia de 5 de Abril de 2009 Dispon vel na Internet em lt http academic scranton edu faculty cannm1 industrialchemistry industrialchemistrymodule port html gt Douglas M J Conceptual Design of Chemical Processes McGraw Hill 1988 Dyk van L Lorenzen L Miachon S Dalmon J A Xylene isomerization in an extractor type Catlytic Membrane Reactor 2005 Edgar Himmelblau e Lasdon Optimization of chemical processes McGraw Hill 2 ed 2001 Nova lorque Encyclopedia Britannica Destila o In Distillation Chemical processes em linha
113. amente a destila o na coluna T 0303 pela Tabela 3 4 verifica se que existem 21 vari veis Tabela 3 4 Vari veis do processo da destila o na coluna T 0303 Vari vel do processo Sistema associado E 0302 S1 E 0312 T 0303 H 0301 F3 oOo O Total vari veis 21 Da Tabela 3 5 verifica se um total de 20 vari veis para o processo de destila o na coluna T 0306 Analogamente T 0303 o sistema denominado de Parex possui o maior n mero de vari veis aquando compara o com os restantes Tabela 3 5 Vari veis do processo da destila o na coluna T 0306 E 0313 T 0306 H 0302 Nopratos 6 Propos Total vari veis 20 WIN 54 Simula o da Produ o de Paraxileno Apesar da rela o entre a coluna T 0306 e a T 0307 por uma quest o de simplicidade optou se por apresentar em separado as vari veis de processo de ambas as colunas Deste modo na Tabela 3 6 apresentam se as vari veis do processo da coluna T 0307 e averigua se que no total existem 28 vari veis associadas destila o na dada coluna Tabela 3 6 Vari veis do processo da destila o na coluna T 0307 Vari vel MpEsT6 X Px DEST6 X OX DEST6 X MX DEST6 X EB DEST6 X P DEB DEST6 X C9 ARO DEST6 X BENZ DEST6 X N ARO DEST6 X TOL DEST6 Total vari veis 28 Apesar da separa o entre as vari veis do processo de destila o na coluna T 0306 e T 0307 e tendo em conta que a sua simula o foi resumida a uma fase o t
114. ar quais os factores mais significativos para a produ o e pureza de p xileno e na an lise deste conclui se de um modo geral que as vari veis que afectam em simult neo as duas respostas R1 e R2 possuem n veis distintos quer para o aumento da produ o quer para uma maior pureza de p xileno O par metro mais significativo para todos os planeamentos efectuados e para ambas as respostas R1 e R2 relativo DEST6 Conclui se que para o processo em causa o planeamento factorial completo apesar de discriminar a signific ncia dos factores n o uma ferramenta que permita a determina o do enquadramento do ptimo dado as restri es do problema Dos ensaios de optimiza o efectuados e para efeito de compara o apresenta se a Tabela 4 23 com os ensaios que representam cada hip tese e com a melhoria anual de p xileno respectiva Tabela 4 23 Valores de melhoria anual de p xileno para todas as hip teses testadas para optimizar o conjunto das colunas T 0306 e T 0307 2 Caso l Hip tese1 Hip tese2 Hip tese3 Melhoria anual de p xileno ton 1 86 Re 2 38 3 40 Conclui se que a hip tese do caso 1 e a hip tese 3 do caso 2 representam a menor e maior melhoria anual de p xileno de 1 36ton e 3 40ton respectivamente Todas as hip teses violam pelo menos uma condi o do processo o que torna os ensaios invi veis O caso 1 viola a rea do E 0310 a pot ncia necess ria da bom
115. ara cada unidade descrito na Tabela F 3 Tabela F 3 Consumo hor rio e anual de FO e FG para as fornalhas das unidades 300 e 400 Equipamento Consumo FO Consumo Consumo Consumo anual quip ton h FG ton h anual FG ton FO ton Unidade 300 H 0302 2424 2944 H 0301 12335 06 hos ol 1z Total 503 107 8746 97 4104786 Posteriormente ao c lculo do consumo anual e sabendo o custo do combust vel por tonelada efectua se um produto entre estes dois par metros obtendo o custo total do fuel leo para a fornalha H 0301 de acordo com a express o F 5 Custoro p 0301 FO consumido H 0301 X CUSO o ton F 5 Substituindo pelos valores conhecidos vem Custoron 0301 12335 06 x 344 6 4 250 661 68 ano A mesma metodologia se aplica ao fuel g s sendo o custo total anual deste na fornalha H 0301 equivalente a 50 510 24 Em suma o gasto total em fuel na unidade de destila o T 0303 equivale soma dos gastos do fuel g s e fuel leo perfazendo um custo anual de 4 301 173 22 e Custos Vapor Este custo diz respeito apenas ao reebulidor E 0307 da coluna T 0307 O custo por tonelada de vapor a alta press o equivale a 34 018 Neste caso existe recupera o do condensado assim tamb m se entra com o ganho do condensado Inicialmente determina se o consumo de vapor na dada unidade e multiplica se pelo seu custo de acordo com a express o F 6 Custo anual vapor CONSU
116. ara os blocos e uma de 0 01 para o m todo de optimiza o Os resultados para este ensaio constam na Tabela 4 28 116 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 4 28 Resultados da optimiza o da coluna T 0307 variando os 5 factores no AspenPlus pelo m todo do gradiente reduzido Produ o Pureza W7 TOLUENQ ILIQFRIO Vaporizadorsos S ara a ton Ym m 0 23988 0 011431 0 197 0 301 173 92 375 348 99 64 Atrav s do m todo do gradiente reduzido poss vel optimizar o processo obtendo se uma produ o di ria de 375 348 o que equivale a uma melhoria anual de 12 58ton ano Em compara o com o m todo sequencial quadr tico obteve se uma menor melhoria e os valores das vari veis optimizadas tamb m s o diferentes As maiores diferen as entre o m todo gradiente reduzido e sequencial quadr tica s o relativas W7 e ILIQFRIO com maiores valores aplicando o m todo do gradiente reduzido A diverg ncia de resultados entre o Minitab15 e o AspenPlus aplicando o m todo mant m se Contudo existe uma semelhan a nos resultados isto tamb m no AspenPlus os valores optimizados se encontram quase no limite da gama das vari veis mas no n vel oposto ao do Minitab15 Como referido anteriormente o programa estat stico utiliza os resultados gerados pelo simulador os valores resultantes de uma optimiza o no Minitab15 est o associados a um inexactid o que n o poss vel quantificar Qu
117. arex T 0301 e T 0302 T 0306 Coluna de remo o do dessorvente do extracto T 0307 Coluna de acabamento T 0303 Coluna de remo o do dessorvente do refinado B Unidade de isomeriza o Isomar R 0401 Descrevendo o processo com base no esquema da Figura 1 9 vem que a mistura de xilenos proveniente do tratamento da nafta que consiste em arom ticos de oito carbonos Cs a alimenta o fresca do splitter de xilenos T 0471 A base do splitter separada posteriormente para a produ o de o xileno e o topo resultante com uma frac o m ssica de 17 em paraxileno enviada para a unidade processual de adsor o da UOP Parex para uma recupera o de 97 em paraxileno por passagem No Parex A o adsorvente e dessorvente utilizados s o peneiros moleculares e o paradietilbenzeno respectivamente Esta unidade baseia se em duas colunas de adsor o de 12 leitos cada designadas de T 0301 e T 0302 1 Nomenclatura empregada na Galp na refinaria do Porto para designar os equipamentos O T representa uma coluna neste caso de destila o e o n mero seguido da letra 0471 define a localiza o do equipamento numa dada unidade Simula o da Produ o de Paraxileno Desta unidade resultam duas correntes de sa da o refinado pobre em paraxileno em massa cerca de 0 86 e o extracto rico em massa sensivelmente 24 do mesmo composto Ambas as correntes possuem dessorvente em excesso resultante do p
118. aso todos os factores influenciam significativamente a pureza de p xileno e a interac o entre Vaporizadoesos a Ts 306 tamb m significativa 113 Simula o da Produ o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos pureza de p xileno Y m m Alpha 0 05 Tipo de efeito O N o Significante E Significante Factor Nome W7 TOLUENQ 1LIQFRIO Vaporizado E306 T E306 mo o w gt Percentagem 0 2 0 1 0 0 0 1 0 2 0 3 Efeito Figura 4 21 Gr fico normal dos efeitos para R2 para a optimiza o da T 0307 Em prol de uma melhor estimativa das condi es analisa se primeiramente a interac o observada na figura anterior Da Figura 4 22 constata se que para uma maior pureza a VaporizadoEs0 a Ts e306 devem ser de 0 3745 e 174 C respectivamente Interac o sobre pureza de p xileno 99 74 99 67 99 5 Y NVaporizado E306 e 0 1745 E 0 3745 M dia Figura 4 22 Gr ficos das interac es sobre R2 para a optimiza o da T 0307 Os restantes efeitos significativos denominados de principais tamb m foram analisados e vem que a W7 a TOLUENGQ e a 1LIQFRIO devem ser respectivamente equivalentes a 0 14531 0 016565 e 0 182 Conclui se que os factores que influenciam significativamente simultaneamente a R1 e a R2 possuem n veis opostos para cada resposta Deste modo a optimiza o do Minitab15 foi aplicada e os result
119. ativa que introduz a mistura em diferentes pontos da coluna de adsor o Meyers 1997 Meyers 2004 Gary e Handwerk 2001 Chauvet et al 1989 Na Figura 1 5 o esquema do processo de adsor o Parex apresentado Tipicamente a unidade Parex tem uma coluna de 24 leitos adsorventes por m devido a restri es na constru o a maior parte das unidades possui duas colunas de adsor o com 12 leitos cada uma De acordo com a UOP no Parex o p xileno extra do preferencialmente com uma pureza de 99 9 e com cerca de 97 de recupera o por passagem UOP LLC 2006b Simula o da Produ o de Paraxileno Nesta opera o cont nua resultam duas correntes uma rica em p xileno denominada de extracto e outra contendo os restantes arom ticos designando se por refinado Uma bomba de recupera o na base da coluna remete o fluido ao topo assegurando deste modo uma contracorrente l quida cont nua Devido s particularidades do processo da UOP todas as opera es envolvidas devem ser devidamente controladas e programadas A condi o de opera o caracter stica a temperaturas inferiores a 180 C Chauvel et al 1989 e UOP LLC 2006b 1 Dessorvente Extracto E E v lvula rotativa acO POER E q Coluna do E Extraito dinda a Alimenta o 7 E eaa E 1 sa i Refinado concentrado E Refinado Coluna do Coluna de a a adsor o Alimenta o Bomba Figura 1 5 Esquema repre
120. ba P0310 e a raz o de refluxo da base da coluna T 0306 110 Simula o da Produ o de Paraxileno Do ensaio realizado na hip tese 2 apenas se constata uma viola o pot ncia necess ria da bomba P 0311 da coluna T 0306 Na hip tese 3 nomeadamente o ensaio B existem tr s infrac es duas na modifica o da coluna T 0306 devido altera o da raz o de refluxo da base e da pot ncia da bomba P0310 e outra pela rea necess ria para a transfer ncia de calor no permutador E 0310 A hip tese que menos viola as condi es do processo a segunda por m na hip tese 3 a melhoria na produ o de p xileno superior Da optimiza o da produ o de p xileno ao conjunto das colunas T 0306 e T 0307 constata se uma melhoria anual m xima de 3 40ton para a hip tese 3 Perante a melhoria m xima obtida existe a possibilidade de melhorar anualmente 11 9ton de p xileno Em compara o com a situa o actual a carga de p xileno coluna T 0307 id ntica aos ensaios da hip tese 3 com um caudal m ssico de 15639 830kg h equivalente a 375 356ton dia Deste modo conclui se que apesar da carga ser m xima a coluna T 0307 n o permite a separa o para a produ o de 375 356ton dia de p xileno De salientar que na optimiza o conjunta da coluna T 0306 e T 0307 tamb m se aplicou a optimiza o atrav s do Minitab15 contudo n o foi poss vel encontrar uma solu o impondo uma pureza m nima de p xilen
121. bril de 2009 Dispon vel na Internet em lt http lorien ncl ac uk ming distil distiltyp htm gt Trochim M K W Planeamento factorial In Factorial Designs em linha Outubro de 2006 refer ncia de 5 de Mar o de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www socialresearchmethods net kb expfact php gt UOP LLC a Isomar Aromatics b Parex Aromatics 2006 UOP LLC Aromatics and derivatives Isomar Process 1999 Verkatanathram G Gadhiraju V Timmerhaus D V eds Cryogenic Mixed Refrigerant Processes Springer 2008 Weissermel K Arpe H J Gary C R L Industrial Organic Chemistry Wiley VCH 42ed 2003 Young S Distillation principles and processes MacMillan and Co 1922 Londres 126 Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Anexos 127 Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno ndice A Documentos fornecidos pela refinaria no Porto da Galp l B Exemplo de c lculo dos caudais m ssicos de alimenta o s colunas de destila o III C Exemplo de c lculo da composi o m ssica de uma alimenta o V D Simula es do processo de produ o de paraxileno MI E Exemplo de c lculo da pot ncia da bomba PO306A S VIII F Exemplo de c lculo do custo de opera o IX G Resultados das an lises de sensibilidade XV H Exemplo de c lculo do planeamento experimental XXIX l Exemplo de
122. ca o de espectroscopia para medi o do perfil de concentra o na coluna ao inv s de uma v lvula rotativa Neste caso a unidade Eluxyl capaz de produzir paraxileno apenas com um cristalizador paraxileno com 99 9 de pureza PERP 1997 Al m da adsor o e isomeriza o o processo de produ o de p xileno tamb m abrange a destila o de forma a eliminar o dessorvente das correntes de sa da do processo de adsor o como referido outrora e separar do p xileno com elevada pureza qualquer tolueno existente na alimenta o Meyers 1997 Meyers 2004 Gary e Handwerk 2001 1 2 2 BREF Best Available Techniques Reference Document O BREF Best Available Techniques Reference um conjunto de documentos de refer ncia com os BAT s Best Available Technique que fornece informa es sobre um dado dado sector industrial suas emiss es usuais n veis de consumo e algumas t cnicas emergentes O BREF elaborado pelo Bureau Europeu IPPC Integrated Pollution Prevention and Control em Sevilha no qual os BAT s s o definidos Os documentos referidos anteriormente s o formalmente adoptados pela Comiss o Europeia De seguida apresenta se um excerto do BREF na Tabela 1 3 para a ind stria qu mica de 2003 para os processos que envolvem a produ o do paraxileno nomeadamente a isomeriza o a cristaliza o e a adsor o IPPC 2003 Tabela 1 3 Excerio retirado do BREF relativo aos processos envolvidos na pr
123. cadas constr i se uma matriz tendo em conta que o plano seleccionado foi um de 8 ensaios visto que se possui 4 vari veis Neste tipo de m todo o plano por exemplo com 8 ensaios apenas pode contemplar no m ximo 7 XXIX Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno factores e deve se incluir factores fict cios no mesmo No presente caso efectuou se um plano de N 8 n mero de ensaios com 3 factores fict cios representados de Xe x7 Na constru o da matriz os sinais na primeira linha que correspondem ao primeiro ensaio devem ser e os das restantes linhas s o obtidos deslocando os da linha anterior uma coluna para a direita exceptuando a ltima linha onde todos os sinais devem ser A matriz para a coluna T 0303 com a resposta referida anteriormente a seguinte Tabela H 3 Matriz do plano de Plackett Burman aplicado coluna T 0303 com 7 factores codificados Ensaio Resposta x X2 X3 X4 x5 Xe x7 1 2961 947 1 1 1 1 1 1 1 2925 737 1 1 1 1 1 1 1 2925 697 1 1 1 1 1 1 1 2962 008 1 1 1 1 1 1 1 2961 994 1 1 E E 1 1 1 2961 957 1 1 1 1 1 1 1 2962 023 1 1 1 1 1 1 1 o N O a A O N 2962 005 1 1 1 1 1 1 1 Elaborada a matriz e completando com a resposta em causa calcula se a interac o L e o efeito E de cada factor A interac o o somat rio do produto entre o n vel do
124. cados na Figura 1 3 O principal produto o PTA que basicamente utilizado na produ o de poli ster nomeadamente as fibras de poli ster o PET e filmes de poli ster Minceva 2004 Polietileno O Fibras poli ster cido tereft lico Filmes de poli ster Fibras de poliamida Pigmentos P xileno Dimetiltereftalato Fibras poli ster Filmes de poli ster Fibras de poliamida Pigmentos Figura 1 3 Produtos obtidos atrav s do p xileno Minceva 2004 O mercado de p xileno cresceu pelo acr scimo no consumo de PTA para produ o de poli ster Enquanto que na Asia o principal motivo de crescimento da procura do poli ster s o as fibras usadas em t xteis no norte da Am rica e na Europa constata se um forte crescimento no consumo das resinas polietilenotereftalato PET para produ o de garrafas de refrigerantes e gua mineral Apesar da procura global de poli ster crescer cerca de 6 8 por ano esta foi afectada pelo enfraquecimento econ mico assim como as resinas PET foram influenciadas pelo maior consumo de gua n o engarrafada Um dos desafios inerentes ind stria de PTA a crescente capacidade causada pelo aumento de produ o que est a ser implementada na China e noutros locais Estas expans es ir o afectar o balan o global de oferta procura pois at 2009 o aumento da Simula o da Produ o de Paraxileno capacidade de PTA ser acentuado e possivelmente excedente necessidad
125. cia requerida pela bomba de refluxo de topo aumenta pois o caudal de condensado aumenta Neste caso quer a energia necess ria para o E 0302 quer para a PO306A S mant m se de certa forma constante Logo pode se afirmar que o aumento de energia constatado da an lise da Figura 3 6 consequ ncia de um aumento de energia no condensador E 0312 e na bomba de refluxo POS06A S Influ ncia da Quo O calor da fornalha H 0301 Quso actualmente de 14722330kcal h A gama estimada entre 14721330 a 14723330 com um passo de 100kcal h Nas figuras 3 7 e 3 8 apresentam se as varia es quer da remo o de dessorvente quer da energia necess ria com o calor da fornalha H 0301 Varia o da remo o de dessorvente com o Quao desvio remo o Quao kcal h Figura 3 7 Influ ncia da Quso1 sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0303 Da Figura 3 7 uma tend ncia constante do desvio percentual de remo o de dessorvente com o aumento de calor aferido O calor fornecido pela fornalha na gama estimada n o afecta o desvio percentual de remo o de dessorvente sendo igual a 0 442 64 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da energia necess ria em T 0303 com a Qua 41360 41355 41350 41345 41340 41335 41330 41325 OO OO 41320 TT TT TT TT TDT TT TT TT TT TT Energia kWh Quaos kcal h Figura 3 8 Influ ncia da Quso1 sobre a ene
126. co de 809m h e que a altura manom trica respeita 79 53 metros de coluna de gua Este ltimo valor teve em conta a press o de entrada e de sa da da bomba de 2 e de 9 8bar respectivamente Com todos estes valores substitui se na express o anterior para determinar qual o rendimento da bomba de projecto deste modo vem 809x79 53x0 37 335 26 rendimento 71 0 Sabendo o valor de rendimento da bomba efectuou se um c lculo auxiliar com um caudal volum trico id ntico ao da simula o efectuada equivalente a 8040 46m h Isto manteve se o rendimento e a altura manom trica constante e apenas se determinou a pot ncia respectiva a um caudal volum trico referido anteriormente desta forma vem _ 8040 46x79 53x0 37 71 Demonstra se que a pot ncia obtida para um rendimento de 71 na ordem dos 2000kW logo a pot ncia obtida na bomba P0306A S apesar de extraordin ria foi influenciada pelo caudal volum trico P 3332 39cv 2484 96kW Bibliografia consultada Manual t cnico da SCHNEIDER Motobombas Pot ncia absorvida bhp e rendimento n das bombas refer ncia de 18 de Setembro de 2009 Dispon vel na Internet em lt http Avww schneider ind br slg uploads e5d64e58b1 11958f1b9d06c59a93adfe pdf gt VIII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno F Exemplo de c lculo do custo de opera o Neste exemplo de c lculo retrata se a determina o do custo de opera o para
127. crivagem para as respostas R1 R2 e R3 Tabela 4 9 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno para o caso 1 Tabela 4 10 Valores ptimos das vari veis Tre conne YDESTO W6 Quaoz W7 YILIQFRIO Ts E306 AT E307 para o caso 1 Tabela 4 11 Novos n veis da YDEST6 e de Ts 30 para caso 2 hip tese 1 Tabela 4 12 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem do caso 2 hip tese 1 para as respostas R1 e R2 Tabela 4 13 Valores obtidos da remo o de dessorvente da carga de p xileno T 0307 da pureza e produ o de p xileno anuais do ensaio no AspenPlus com a DEST6 equivalente a 0 21543 Tabela 4 14 Novos n veis da DEST6 de Ts 305 da W7 para o caso 2 hip tese 2 Tabela 4 15 Valores de tobtido para os factores avaliados no plano de crivagem do caso 2 hip tese 2 para as respostas R1 e R2 Tabela 4 16 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno para o caso 2 hip tese 2 Tabela 4 17 Valores ptimos das vari veis Tre Tconve YDESTO W7 e Ts 30 para O caso 2 hip tese 2 Tabela 4 18 Valores de toptido para os factores avaliados no plano de crivagem do caso 2 hip tese 3 para as respostas R1 e R2 Tabela 4 19 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno respectivas ao ensaio A para o caso 2 hip tese 3 Tabela 4 20 Valores ptimos das vari veis Tconve YDESTO W6 W7 e Ts E306
128. da an lise de sensibilidade para a ILIQFRIO XXVII Tabela G 15 Resultados da an lise de sensibilidade para a VaporizadoEso6 XXVII Tabela G 16 Resultados da an lise de sensibilidade para a T 5 E306 ciicii XXVIII Tabela G 17 Resultados da an lise de sensibilidade para a ATesoz XXVIII Tabela H 1 Intervalo das vari veis T s Tconns YW3 e Qno para o plano da coluna T 010E AE EEE AR E N EEEE E E A RR RR EEE A E ETA XXIX Tabela H 2 Nomenclatura aplicada a Tts Tconos YW3 e Qno para o plano da coluna ELE 056 0 5 RO Ra DDR RR RE RAD AD A RR SERRO CRM PNR ERR XXIX Tabela H 3 Matriz do plano de Plackett Burman aplicado coluna T 0303 com 7 factores COBITCADOS am sites aii as ds Si brd ia SS L A ad a RA e Da a DS a XXX Tabela H 4 Efeitos dos factores do plano efectuado coluna T 0303 sobre o caudal de dessorvente removido na base da coluna a rrerraseaaana XXXI Tabela H 5 Valores de tcaiculado para os factores do plano efectuado coluna T 0303 XXXI Tabela 1 1 Valores de caudal e densidade do l quido e g s no topo da coluna T 0303XXXV 129 Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno A Documentos fornecidos pela refinaria no Porto da Galp Os diagramas P amp l Flowsheets e Diagramas com dados reais foram disponibilizados e permitiram o enquadramento dos equipamentos em cada unidade quer na 03
129. da coluna em causa para a posterior determina o das condi es da corrente de entrada como foram retiradas a diferentes dias poder o ter influenciado na produ o de p xileno mantendo as composi es pretendidas e os c lculos interm dios das composi es e caudais m ssicos tamb m podem ter influenciado nesta diferen a A temperatura de sa da na base da coluna T 0306 apresenta um desvio de 5 5 sendo superior ao valor real 11 C Por fim o calor transferido no permutador de pr aquecimento da alimenta o coluna T 0306 Qeso4 representa um desvio de 0 7 e conv m mencionar que atingir um calor igual ou ligeiramente superior ao real originou a altera o constante da temperatura do extracto aquando a realiza o da simula o 43 E0313 gel Simula o da Produ o de Paraxileno Gos 7 60200 106 s3 2CONDe vegas x q Da TE Caudal m ssico kz hr EXTRACTO 5 6278 gt Figura 2 5 Flowsheet da etapa 2 simulada no AspenPlus 44 Simula o da Produ o de Paraxileno Na etapa 3 representada na Figura 2 6 averigua se que todos os calores dos permutadores envolvidos na destila o na coluna T 0307 E 0306 E 0307 E 0308 E 0310 e E 0314 s o superiores ao desejado o que respeita as condi es outrora referidas A excep o relativa ao permutador E 0309 pois o calor obtido inferior ao desejado apesar de se aumentar o caudal de gua de arrefecime
130. de 374 905ton respectivamente 75 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da pureza de p xileno com a Ts E306 99 70 99 65 4 99 60 99 55 m m 99 50 99 45 4 99 40 i i 1 1 a CA O O eN o A O aO AN D EPP PD EE EE O PELO AA Ts e306 C Figura 3 26 Influ ncia da T s 306 sobre a pureza de p xileno Relativamente pureza do p xileno da Figura 3 26 verifica se que quanto maior a temperatura maior a pureza Enquanto que a 174 C a pureza equivale a 99 69 a 154 C toma o valor de 99 5 m m A pureza m nima requerida de 99 64 requerida para temperaturas igual ou superior a 164 C por m a produ o o inverso Influ ncia da VaporizadoErs06 A NVaporizadorso referente vaporiza o ocorrida no permutador E 0306 reebulidor da coluna T 0307 possui um valor de 0 2745 O intervalo seleccionado para esta vari vel foi de 0 1745 a 0 3745 com um passo de 0 01 Aquando uma subida na frac o vaporizada no reebulidor E 0306 enquanto a produ o de p xileno diminui a pureza aumenta Varia o da produ o de p xileno com a Yvaporizado so6 376 0 375 8 4 375 6 4 375 4 375 2 4 375 0 374 8 374 6 4 374 4 4 374 2 4 374 0 4 373 8 ton dia Do No No No No NO NOSSO NONO No No No No So No o Os K OoN de DT DE ad ad dd De AD Odd DD ad ad DEDE dA ADOPTE ELARA ID a SD A O O O OY OY OY OY OY OY O O O O
131. de l quido a vaporizar no outro reebulidor E 0306 e aumenta a energia a transferir do fluido de aquecimento do permutador E 0307 para a corrente 1LIQFRIO O valor actual deste factor de 0 260 e a gama estabelecida teve em conta uma varia o de 30 do dado valor correspondendo a uma gama de 0 182 a 0 338 O passo seleccionado foi de 0 008 Na an lise de sensibilidade desta vari vel tamb m se verificou que certos ensaios comprometiam ao balan o m ssico ou seja apesar de convergirem no simulador a soma dos caudais de sa da da coluna T 0307 n o correspondia ao de entrada apresentado uma diferen a m xima de1kg h Este erro no balan o m ssico deriva de diferentes toler ncias utilizadas para realizar todos os ensaios Para evitar diversos extremos na varia o da produ o desprezaram se os ensaios com uma diferen a superior a 1kg h Os ensaios n o admitidos s o os relativos a uma Yde ILIQFRIO de 0 244 e 0 283 restando 19 ensaios para verificar a influ ncia Na Figura 3 23 averigua se que um aumento na 1LIQFRIO promove o acr scimo da produ o de p xileno de 375 220 a 375 358ton dia para frac es de 0 213 e 0 338 respectivamente di En L Varia o da produ o de p xileno com a 1 LIQFRIO 376 0 375 9 375 8 375 7 375 6 E 375 5 4 Q 37541 375 3 4 375 2 4 375 1 4 375 0 Y A LV A I ELA D A O A N L V A R ENT PR O A AN DD a VU aD D SO So PLVVPICENADS SP S O D R 1LIQFRIO
132. de p xileno fica superior ao actual Palavras chave p xileno Simula o Optimiza o AspenPlus Planeamento experimental Abstract The objective of this paper is the simulation and verification of the performance of 3 distillation columns T 0303 T 0306 and T 0307 of a p xylene production process based upon 2008 data of Galp s refinery of Porto The AspenPlus application was used on its simulation as well as on its optimisation being this last one complemented with experimental design and optimisation using Minitab15 application An optimisation criterion was established after an analysis of the present process which gave as maximum limits an extra production of 15 30ton year of p xylene considering both columns T 0306 and T 0307 an extra removal of 1 36ton year of desorbent and reduction of energy for the process From the optimisation of column T 0303 an extra desorbent removal of 0 34ton year was attained as well as an energy reduction to 333 24x10 kWh year To attain this optimisation it was necessary to increase the power of pump P0306A S in 109 852kW and to move the base reflux to the value of 46 1 The joint optimisation of columns T 0306 and T 0307 resulted in just an increase of 3 4ton year of p xylene production From an individual optimisation of column T 0307 keeping T 0306 conditions an increase of 14 62ton year production of p xylene was attained To attain this optimisation it was necessary to increase th
133. de remover mais 0 004ton dia de dessorvente na base da coluna T 0303 Como esta possibilidade de remo o ligeira e possivelmente insignificante outro par metro que poder ser associado a uma melhoria o consumo energ tico dos equipamentos inerentes a esta coluna Na situa o actual o consumo energ tico por parte das bombas na coluna T 0303 equivale a 50289 6kWh num dia Mas como se realiza uma an lise energia necess ria do processo actualmente esta equivale a 41324 84kW h num dia ou para um ano de 340 dias de labora o equivale a 337 21x10 kW h num ano Deste modo a avalia o de duas respostas a remo o de dessorvente e energia necess ria para a coluna T 0303 necess rio Quanto fase Il que inclui a etapa 2 e 3 o objectivo remover o dessorvente na coluna T 0306 e posteriormente separar o tolueno do p xileno na coluna T 0307 Nesta existe possibilidade de melhorar a produ o de p xileno dado que a carga de p xileno coluna T 0307 superior ao p xileno produzido com uma pureza de 99 64 No caso do conjunto de colunas T 0306 e T 0307 poder o existir 3 respostas a energia necess ria a produ o e a pureza de p xileno Sintetizando existe possibilidade de melhorar o processo de produ o de p xileno anteriormente simulado no cap tulo 2 e posteriormente uma an lise de graus de liberdade para caracterizar cada etapa efectuada 51 Simula o da Produ o de Paraxileno 3 2 Graus de
134. de um ensaio para o outro tendo em conta a resposta O ensaio cujos resultados constam na tabela anterior sofreu o procedimento referido anteriormente Deste modo uma optimiza o no AspenPlus possibilita uma melhoria anual de p xileno de 14 62ton Contudo a este aumento de produ o v m associados modifica es nos equipamentos Da Tabela 4 27 determina se que a R Riopo7 a R Rbasez equivalem a 4 21 e 88 8 respectivamente De uma an lise calor fica quer o permutador E 0306 quer o condensador E 0314 transferem mais quantidade de calor para a dada situa o Enquanto o E 0306 necessita de aquecer mais 35 74kW o fluido frio o E 0314 despende mais 35 71kW Quanto s bombas averigua se que para as condi es do dado ensaio a bomba P03014A S excede em 0 12kW a pot ncia da situa o actual Comparando os resultados obtidos pela optimiza o no AspenPlus e no Minitab15 constata se que existem mais altera es a efectuar aquando uma optimiza o no Minitab 15 Contudo aquando a valida o do ensaio ptimo no simulador averigua se uma melhoria m xima de 15 30ton ano o que n o se atinge quando se efectua uma optimiza o no AspenPlus No sentido de verificar se a diferen a de resultados se deve ao diferente m todo de c lculo empregado no Minitab15 e no simulador realizou se um novo ensaio no AspenPlus com as 5 vari veis mas com o m todo do gradiente reduzido Neste ensaio foi poss vel uma toler ncia de 0 0001 p
135. dos das an lises de sensibilidade A fraca reprodutibilidade do AspenPlus aquando uma an lise de sensibilidade impossibilitou o uso desta ferramenta Contudo uma an lise de sensibilidade manual foi efectuada isto introduziu se valor a valor de uma dada vari vel e efectuou se uma simula o com cada um dos valores admitidos para a gama a estudar Este anexo exp e os valores obtidos aquando a varia o de um dado par metro Exp em se os ensaios para cada par metro admitido como vari vel bem como o m todo e toler ncia utilizado para cada ensaio visto que mediante cercas condi es o simulador n o convergia sendo necess rio diminuir a toler ncia e alterar o m todo Nas tabelas G 1 G 2 G 3 e G 4 demonstram se os valores obtidos quando variado a Tes Tconos YW3 e Quoi par metros da T 0303 respectivamente Nas tabelas G 5 G 6 G 7 G 8 e G 9 apresentam se os valores obtidos das simula es aquando a varia o da Trs Tconve YDESTO W6 e Quo par metros da T 0306 respectivamente Quanto aos ensaios da varia o dos par metros inerentes ao processo de destila o na coluna T 0307 constam nas tabelas G 10 G 11 G 12 G 13 G 14 G 15 G 16 e G 17 para a Try Tconny W7 TOLUENGQ 1 LIQFRIO Y VaporizadoE306 T s E306 ATE307 respectivamente XV M todo Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs Wegs ein ein ein ein ein ein ein ein ein ein e
136. du es de p xileno as condi es mais adequadas s o referentes a uma Tes de 197 5 C a Tconve de 119 C e uma DEST6 equivalente e 0 21543 iii Para a pureza de p xileno apenas a DEST6 e a Tconps S o significativas sendo prop cio para uma maior pureza uma Tconve de 99 C e DEST6 de 0 21543 Constata se que o factor n o concordante com a produ o e pureza de p xileno a Tconve Este ltimo factor deve respeitar primeiramente a pureza de p xileno dado que mesmo que se produza em maior quantidade se a produ o n o tiver uma dada pureza o aumento de produ o desprez vel Neste mbito efectuou se um ensaio com os factores Tre Tconve YDEST6 nos valores de 197 5 C de 99 C e de 0 21543 respectivamente mantendo todos os outros factores constantes Deste ensaio resultou uma produ o di ria de p xileno de 373 292ton dando uma produ o inferior da situa o actual 375 31 1ton dia Averigua se que de acordo com as gamas dos factores e com o plano factorial completo com 4 factores n o se atinge uma melhoria Sendo assim a optimiza o no AspenPlus das 3 vari veis significativas Tte Tconce Y DEST6 nas respectivas gamas utilizadas para elabora o do plano de crivagem foi efectuada no sentido de maximizar a produ o de p xileno Contudo a optimiza o foi inconclusiva pois o simulador n o permitiu a converg ncia do ensaio Esta impossibilidade de converg ncia poder derivar dos factores a variar
137. du o de p xileno com a Tconpz 376 0 375 9 375 8 375 7 375 6 375 5 375 4 375 3 RR ao o 375 2 375 1 375 0 ton dia 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Tconoz C Figura 3 31 Influ ncia da Tconp7 sobre a produ o de p xileno A produ o m xima e m nima equivale a 375 354 e 375 200ton dia para uma temperatura de 36 e 55 C respectivamente Varia o da pureza de p xileno com a Tconpz 99 70 99 65 O Cd dd E 99 60 4 E E 99 55 4 o 99 50 99 45 4 9940 T T TT TT TT TT TT TT 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 484950 51 52 53 54 55 Tcono7 C Figura 3 32 Influ ncia da Tconp7 sobre a pureza de p xileno A influ ncia deste par metro sobre a pureza representada na Figura 3 32 e apenas se verifica que para temperaturas entre 35 e 37 C inclusive a pureza de 99 63 e acima de 37 C at 55 C a pureza mant m se constante nos 99 64 Logo a temperatura de sa da do condensador da coluna T 0307 n o tem grande impacto sobre a pureza na gama analisada Influ ncia da TOLUENQ A TOLUENQ frac o da corrente TOLUENQ do produto de topo da coluna T 0307 equivale a 0 011649 concernente a uma raz o de refluxo de 84 8 A gama foi determinada para a raz o de refluxo sendo 30 da actual isto de 59 4 a 110 3 correspondendo a TOLUENQ de 0 016565 a 0 008985 respectivamente Ut
138. e o nico que n o respeita a condi o do calor trocado ser igual ou superior ao desejado apresentando um desvio relativo em valor absoluto de 74 4 Apesar de violar as condi es n o foi considerado visto que uma poss vel hip tese seria colocar um outro permutador para que o calor trocado aumentasse mas como a temperatura desejada alcan ada n o se colocou esta hip tese Os permutadores E 0306 e E 0307 que s o os reebulidores da coluna T 0307 possuem desvios de 8 9 e 1 7 respectivamente A temperatura da base da coluna T 0307 Tpaser apresenta algumas diverg ncias pois o desvio relativo de 13 1 equivalente a 19 C de diferen a Face temperatura de topo da coluna T 0307 Tvz esta apresenta um desvio de 6 9 Analisando o calor do condensador da mesma coluna Qes14 a varia o m nima pois o desvio relativo de 0 6 Quanto s frac es m ssicas dos principais produtos da coluna T 0307 x pxwrz X Ta ToLuena O p Xileno e o tolueno estes desviam se ligeiramente do real mais o tolueno do que o p xileno pois apresenta um desvio de 5 4 em contraste com um de 0 1 46 Simula o da Produ o de Paraxileno WSH DESTILAT P0314AS E Caudal m ssico kg hr Figura 2 6 Flowsheet da etapa 3 simulada no AspenPlus 47 Simula o da Produ o de Paraxileno 2 4 2 Custos de opera o Neste sub cap tulo pretende se quantificar os gastos relativos ao processo outrora si
139. e actual Dados ICIS com 2009 Posteriormente o seu m todo produtivo exposto para uma melhor compreens o dos processos qu micos envolvidos 1 2 Processo de Produ o de Paraxileno De uma forma geral o reformado originado pelo tratamento da nafta separado em tr s conjuntos de arom ticos os Ce C Cs e Co 10 que tamb m cont m n o arom ticos para serem a alimenta o de uma posterior f brica de arom ticos existente na refinaria em quest o Os arom ticos Cs C produzem benzeno puro e tolueno os Cs s o utilizados para a produ o de p xileno e os Cy 10 misturam se com o tolueno e originam ap s a reac o de transalquila o reac o de transfer ncia de grupos alquilo uma mistura de xilenos para reciclar para a separa o do paraxileno e benzeno para a purifica o na unidade de destila o IPPC 2003 Partindo dos arom ticos Cs xilenos e tendo em conta os pr ximos pontos de ebuli o dos is meros que inviabilizam a destila o a separa o dos mesmos realizada por adsor o ou cristaliza o No caso da separa o se realizar por adsor o geralmente esta encontra se acoplada a um processo de isomeriza o no sentido de converter os restantes is meros em p xileno adicional Al m dos processos anteriores a destila o tamb m tem funcionalidade na produ o de paraxileno pois permite separar parte do ortoxileno dos restantes is meros remover o dessorvente caso se utilize a ad
140. e as informa es s o extensas apresentam se sobretudo na forma de flowsheet s e tabelas sendo as demais informa es apresentadas em anexos nomeadamente no anexo A Be C Partindo do processo a estudar na produ o de paraxileno existem tr s colunas envolvidas T 0303 T 0306 e T 0307 As condi es das colunas de destila o T 0303 T 0306 e T 0307 est o esquematizadas nos diagramas presentes nas figuras 2 1 2 2 e 2 3 respectivamente Nestes aparecem as temperaturas as press es e caudais m ssicos das correntes para a simula o do processo bem como a queda de press o e de temperatura da dada coluna que figuram ao lado superior esquerdo da coluna Certas especifica es da coluna tamb m s o referidas no flowsheet como o n mero de andares na base da coluna entrada da alimenta o e no caso da coluna T 0303 a sa da do produto de topo Na coluna T 0303 representada na Figura 2 1 a alimenta o FCOLUNA3 entra acima do 34 andar e o produto de topo PROD3 sai no 5 andar De referir que esta coluna de refluxo total por isso a sa da do produto de topo se realiza no prato referido anteriormente O refinado proveniente do Parex o produto de base designado na figura anterior de WF3 e o de topo de PRODS Este ltimo serve de alimenta o ao Isomar O condensador o E 0312 e o reebulidor a fornalha H 0301 que possui uma efici ncia de 82 76 As condi es de opera o do condensador e da fornalh
141. e enchimento mant m o di metro actual valor de output do simulador para as especifica es do enchimento logo apenas se tem que substituir o condensador o reebulidor e a bomba respectiva Por m a substitui o do condensador e reebulidor n o directa visto que n o se conhece qual a rea de transfer ncia de calor de cada um dos permutadores dado que n o um output do simulador mediante o equipamento seleccionado Logo adoptou se exclusivamente para determina o do custo do equipamento que as reas optimizadas representavam um excesso em 20 das reas actuais 118 Simula o da Produ o de Paraxileno Na Tabela 5 1 apresentam se os custos individuais dos equipamentos e custo total para os projectos 2 e 3 Tabela 5 1 Custos dos equipamentos para o projecto 2 e 3 i Custo E 0314 78690 49 E 0306 18157 83 P0314 5901 79 Os custos do equipamento foram determinados atrav s de rela es gr ficas presentes no Peters et al 2001 5 2 Custos de produ o O principal objectivo neste sub cap tulo determinar se os projectos 2 e 3 s o mais eficientes do que a situa o actual projecto 1 perante o aumento de produ o alcan ado de 14 62ton ano Logo atrav s dos custos e volume de produ o determina se o custo de uma tonelada de p xileno nos tr s casos de forma a avaliar se existem melhorias financeiras por unidade de produto atrav s da express o 1 3 Os custos de produ o de p xi
142. e power of condenser E 0314 reeboiler E 0306 and pump P0314A S in respectively 35 71kW 35 74kW and 0 12kW The cost of present p xylene production is 722 17 ton for a joint optimisation of columns T 0306 and T 0307 is 723 39 ton and for an optimisation of just column T 0307 is 722 81 ton Considering present p xylene sale price of 749 10 ton all situations are acceptable although present situation is the best In conclusion it is possible to optimise the process but cost of p xylene stays over the present one Key words p xylene Simulation Optimization AspenPlus Experimental design ndice Cap tulo 1 Introdu o 1 1 Mercado do p xileno 1 2 Processo de Produ o de Paraxileno 1 3 Simula o de processos qu micos 1 4 Optimiza o de um processo industrial 1 5 Planeamento experimental Cap tulo 2 Simula o do processo de produ o de paraxileno 2 1 Informa o sobre o processo 2 2 Selec o do equipamento 2 3 Aspectos b sicos do simulador 2 4 Simula o do Processo Cap tulo 3 An lise do processo 3 1 Melhoria processual 3 2 Graus de liberdade 3 3 Vari veis 3 4 Estudo de vari veis de optimiza o Cap tulo 4 Optimiza o do processo 4 1 Optimiza o da coluna T 0303 4 2 Optimiza o do conjunto T 0306 e T 0307 4 3 Optimiza o da coluna T 0307 Cap tulo 5 Altera es processuais e Custos de produ o 5 1 Altera es processuais 5 2 Custos de produ o 5 3 Conclus es Ca
143. e restabelece o equil brio na distribui o dos is meros do xileno de uma mistura pobre em paraxileno promovendo a forma o de paraxileno em detrimento dos restantes is meros num reactor A corrente de sa da do reactor geralmente dirigida para um Splitter de xilenos cujo produto de topo a alimenta o da unidade de adsor o permitindo obter uma maior recupera o de p xileno A isomeriza o distinguida em dois tipos sendo um relativo isomeriza o do o xileno e m xileno e a outra do etilbenzeno EB como se pode visualizar nas figuras 1 6 e 1 7 respectivamente CHs CH3 CH3 CH cido cido CH3 H2 H3 Figura 1 6 Isomeriza o do xileno Reac o de equil brio dos is meros de xileno na presen a de um cido no sentido de se maximizar o p xileno Enquanto que a isomeriza o do o xileno e m xileno na presen a de catalisador e hidrog nio gasoso os converte numa mistura de xilenos a reac o de desalquila o remo o das cadeias laterais transforma o etilbenzeno em benzeno As duas isomeriza es dependem do tipo de catalisador empregado na reac o e na figura posterior como supramencionado visualiza se a transforma o do etilbenzeno em benzeno e em etano na presen a de um cido metal e hidrog nio C2H5 cido Metal CGH gt H2 Figura 1 7 Isomeriza o do etilbenzeno na presen a de um cido de um metal e hidrog nio no
144. e restabelecer rapidamente uma distribui o equilibrada dos is meros do xileno Por m a selec o apropriada para o tipo de cat lise na isomeriza o depende da configura o dos arom ticos da composi o da alimenta o e do produto requerido Neste mbito torna se importante uma an lise aos catalisadores mais empregados e suas condi es de opera o de forma a reter o essencial e necess rio para um bom funcionamento deste sistema Isomar Hoje em dia o ZSM 5 um z olito muito importante na isomeriza o sendo mais econ mico operando a baixas press es tanto em fase l quida ou gasosa necessitando ainda de menor ou igual quantidade de hidrog nio e menor taxa de reciclo quando comparado a um catalisador met lico nobre No entanto e apesar de apresentar v rias vantagens ao inv s de isomerizar o EB transforma o em benzeno Reuben 2004 MckKetta 1993 Akpolat e Gunduz testaram a isomeriza o em ZSM 5 variando a alimenta o temperatura e tempo de reac o Constataram que a convers o de p xileno aumentava com a temperatura por m diminua a selectividade e que quanto maior o tempo de reac o menor a convers o atingida Referem ainda os bons resultados alcan ados pelo uso deste catalisador e que o facto de n o ter ocorrido em qualquer altura a desactiva o da actividade catal tica do ZSM 5 Takaishi et al investigaram a mudan a de fase do ZSM 5 pelo p xileno e afirmam que aumentando a press o de
145. ecimento a uma temperatura interm dia entre a eut ctica inicial e a de alimenta o efectiva para uma purifica o do p xileno O licor obtido no segundo cristalizador reciclado para o primeiro passo da cristaliza o Meyers 1997 Meyers 2004 Por vezes para alcan ar as especifica es comerciais como um m nimo de 99 5 de pureza tratamentos auxiliares s o necess rios o que acresce o custo final do produto A n vel comercial os primeiros m todos de separa o de p xileno por cristaliza o foram desenvolvidos pela Oronite agora denominada de Chevron e a Humble Oil Os Simula o da Produ o de Paraxileno processos mais conhecidos s o o de Chevron Phillips que j n o comercializado o Amoco o Esso tamb m designado de Isofining e Antar HRI Hydrocarbon Research Inc O ltimo modelo foi proposto por Krupp Maruzen e ARCO Atlantic Richfield Co e o processo denomina se de Arco Meyers 1997 Meyers 2004 Chauvet et al 1989 Estes processos s o munidos ainda de destila o na etapa final para a purifica o do p xileno removendo qualquer tolueno presente Como exemplo de separa o do paraxileno por cristaliza o apresenta se na Figura 1 4 o processo relativo a Arco Tolueno de compensa o Recipiente do filtrado do 2 est gio Recipiente do filtrado do 1 est gio ouanjo op wabere Reciclagem do p xileno impuro Alimenta o Centrifugador 1
146. eendem a electricidade gasta nas bombas centr fugas o fuel leo e o fuel g s utilizado nas fornalhas vapor a alta press o 12bar e gua de arrefecimento De referir que os exemplos abaixo s o referentes actualidade dados concernentes s simula es dos dados reais Para efeito exemplificativo realiza se o c lculo de utilidades para um s processo neste caso para coluna T 0303 Contudo esta coluna n o apresenta gastos nem de gua de arrefecimento nem de vapor logo ser apresentado um exemplo referente coluna T 0307 para estas utilidades e Custos electricidade Este foi calculado tendo em conta que o custo por kWh era de 0 094 Os equipamentos que foram considerados como consumidores de energia el ctrica foram as bombas centr fugas Neste caso como o exemplo respectivo coluna T 0303 apenas se possui no processo duas bombas Deste modo sabendo a pot ncia dos equipamentos referido o tempo de funcionamento determina se o custo anual da energia el ctrica assumindo 340 dias de opera o Tabela F 2 Custos anuais das mat rias primas do processo de produ o de p xileno Tempo de Energia anual Equipamento Pot ncia kW funcionamento Custo anual di rio h kwh P0306A S 2027 17 16541707 1554920 48 P0307A S 68 23 556757 52335 14 2095 40 48 00 17098464 00 1607255 62 O custo total anual para a coluna T 0303 em electricidade de 1607255 62 e Custos Fuel Estes custos representam
147. efectuado um c lculo auxiliar de forma a validar esta bomba e este encontra se no anexo E 40 Simula o da Produ o de Paraxileno Por fim a temperatura de base da coluna obtida 143 C n o corresponde ao valor real de 136 C nem pertence a um desvio permitido de 5 C Tabela 2 13 Par metros da coluna T 0303 o valor actual e obtido na simula o de cada um dos factores e ainda o desvio relativo em percentagem do valor real Valor Par metro Desvio Real Obtido Qesos kcal h 1217160 2131307 Qes12 kcalh 12272000 16820853 TeC Analisando os par metros da coluna T 0303 da Tabela 2 13 verifica se que os calores do condensador e permutador de pr aquecimento possuem os maiores desvios de 37 1 e 75 1 respectivamente A temperatura de topo Tvs superior temperatura real em 7 C apresentando um desvio de 5 1 41 Simula o da Produ o de Paraxileno aa ti 3 112 E cons 182878 112 e 182878 E POSOTAS RE og Figura 2 4 Flowsheet da etapa 1 simulada no AspenPlus 42 Simula o da Produ o de Paraxileno Posteriormente na Tabela 2 14 os desvios relativos para os par metros anteriormente referidos inerentes destila o na coluna T 0306 s o apresentados Tabela 2 14 Desvio relativo do valor desejado dos par metros da coluna T 0306 o valor actual e o obtido na simula o Valor F a eeo Tu Paramero Obtido A Qesos
148. elas D 1 e D 2 apresentam se os resultados mais relevantes para a coluna T 0303 e o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 respectivamente Tabela D 1 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o da T 0303 com dados de projecto Valor Desvio relativo separa R R bases 43 43 0 00 Tabela D 2 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o do conjunto T 0306 e T 0307 com dados de projecto Vari vel Valor Desvio relativo Qe313 28 46 Qesos 21 86 Qe307 3 05 QeEso6 1 44 We 00 X Px WF7 99 69 99 62 0 07 VI Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno O segundo grupo de simula es relativo utiliza o dos mesmos dados que na simula o considerada de actual mas alterando a press o no topo e base da coluna de destila o Nas tabelas D 2 e D 3 apresentam se para a coluna T 0303 e para o conjunto das colunas T 0306 e T 0307 os resultados mais relevantes bem como o seu desvio relativo ao valor desejado Tabela D 3 Valores desejados e obtidos e desvio relativo para os par metros analisados para uma simula o da T 0303 alterando a ress o da coluna Vari vel Valor Desvio relativo Desejado Obtido TREFINADO 177 172 2 82 TF3 191 186 2 62 Qe302 1217160 1572917 8 29 23 Propos 1 4 1 3 714 Phases 2 1 9 5 00 APs 0 6 0 6
149. endo mais significativa para R Contudo a Tr e a W3 influenciam mais a R do que a R com um tobtido de 3735 418 contra um de 1476 770 e um tosiido de 4134 785 contra um de 1480 611 respectivamente O par metro que influencia ambas as respostas de acordo com o planeamento de crivagem mas em sentidos contr rios a Quso1 com mais significado sobre a R Com tudo o referido anteriormente efectuaram se 2 planeamentos factoriais completos no sentido de apurar os efeitos e interac es dos factores sobre R e R O primeiro planeamento Plano 1 tem somente em conta os factores significativos do plano de crivagem sobre R e o segundo Plano 2 considera os factores que influenciam quer R quer R Estes dois planos s o apresentados em separado iniciando se o estudo pelo Plano 1 e posteriormente exp e se o Plano 2 O plano 1 e plano 2 apresentam se nos cap tulos 4 1 1 1 e 4 1 1 2 respectivamente 4 1 1 1 Plano 1 O planeamento utilizado foi do tipo 2 onde k equivale a 3 pois da Tabela 4 2 apenas 3 factores s o significativos para a remo o de dessorvente R Para preencher a matriz de um plano factorial 2 realizaram se 8 ensaios e pelo Minitab15 constru ram se dois gr ficos um relativo ao gr fico da probabilidade normal tamb m referido como gr fico normal dos efeitos e o outro das interac es sobre R apresentados nas figuras 4 1 e 4 2 respectivamente 84 Simula o da Produ
150. entuais bombas e estas vari veis s o consideradas fixas para os tr s processos de destila o em causa Na Tabela 3 7 comparecem as vari veis fixas para o processo de destila o na coluna T 0303 Al m das vari veis outrora mencionadas como fixas para este processo existe uma outra referente ao caudal do produto de topo o qual n o pode ser variado para que o balan o material seja respeitado Tabela 3 7 Vari veis fixas do processo de destila o na coluna T 0303 Vari vel fixa MREFINADO X Px REFINADO X OX REFINADO X MX REFINADO X EB REFINADO X P DEB REFINADO X C9 ARO REFINADO X BENZ REFINADO X N ARO REFINADO X TOL REFINADO Noratos 3 Nes Propos Pbases PconD3 MPROD3 Da Tabela 3 7 resultam 16 vari veis fixas inerentes ao processo de destila o na coluna T 0303 Seguidamente as vari veis consideradas como fixas para o processo de destila o na coluna T 0306 apresentam se na Tabela 3 8 Tabela 3 8 Vari veis fixas do processo de destila o da coluna T 0306 Vari vel fixa MEXTRACTO X PX EXTRACTO X OX EXTRACTO X MX EXTRACTO X EB EXTRACTO X P DEB EXTRACTO X C9 ARO EXTRACTO X BENZ EXTRACTO X N ARO EXTRACTO X TOL EXTRACTO Npratos 6 Nre Propo6 Phases Pconpe 56 Simula o da Produ o de Paraxileno Para a coluna T 0306 e de acordo com a Tabela 3 8 averi
151. er no ensaio de optimiza o efectuado no Minitab15 quer no AspenPlus com o gradiente reduzido as produ es de p xileno s o menores do que as obtidas aquando uma optimiza o com o sequencial quadr tico no AspenPlus 4 3 2 Conclus es Do planeamento experimental constata se que tr s factores n o s o significativos para ambas as respostas R1 e R2 a Te Ts e306 a ATE307 Atrav s da optimiza o no AspenPlus e no Minitab15 com os cinco factores significativos resultantes do plano de crivagem foi poss vel optimizar a produ o de p xileno para 375 341ton dia Aquando a substitui o dos valores ptimos obtidos pelo Minitab15 no AspenPlus obt m se uma produ o limite equivalente a 375 356ton dia As diferentes toler ncias aplicadas para os ensaios do planeamento experimental influenciaram a an lise de optimiza o do Minitab15 Os valores ptimos obtidos no AspenPlus apesar de n o reproduzirem uma resposta m xima isto de 375 356ton dia n o se encontram no limite da gama proposta como no Minitab15 obtendo se uma produ o 375 354ton dia Conclui se que o m todo sequencial quadr tico mais eficiente do que o gradiente reduzido obtendo se melhores resultados para o primeiro Ao optimizar apenas a coluna T 0307 poss vel uma maior melhoria do que aquando a optimiza o do conjunto de colunas T 0306 e T 0307 para as condi es actuais da coluna T 0306 Tendo em conta os valor
152. eriores do que os obtidos recorrendo optimiza o no AspenPlus As vari veis seleccionadas para a coluna T 0303 permitiram uma melhoria de remo o de dessorvente removendo 2962 005ton dia com uma energia necess ria total equivalente a 333 24 10 kWh por ano no ensaio 1C Perante as 13 vari veis seleccionadas de optimiza o para o conjunto de colunas T 0306 e T 0307 estimaram se novas gamas quer para DEST6 quer para T ses quer para a W7 o que possibilitou a diminui o do n mero de vari veis significativas para a produ o e pureza de p xileno Da optimiza o deste conjunto de colunas no AspenPlus obteve se uma melhoria de 3 4ton ano com 6 vari veis de optimiza o Uma an lise de optimiza o individual coluna T 0307 mantendo constantes as condi es actuais da coluna antecedente a T 0306 permitiu uma melhoria de 10 20ton ano 1 e 14 62ton ano aquando a utiliza o do Minitab15 e do AspenPlus respectivamente para um conjunto de 8 vari veis de optimiza o 121 Simula o da Produ o de Paraxileno Os valores ptimos das 8 vari veis que foram usadas no ensaio efectuado no Minitab15 que conduziu melhoria de 10 20ton ano foram validados no AspenPlus como simulador originando uma melhoria equivalente a 15 30 ton ano superior ao obtido por este quando funcionou como optimizador Conclui se que a coluna T 0307 o ponto mais importante na optimiza o de p xileno do processo s
153. es E 0308 e E 0309 sendo um total de 8271761 Por fim os custos de cada coluna de destila o s o somados para obter o custo total das utilidades Relativamente coluna T 0303 os custos totais calculam se recorrendo express o F 8 CUStO total utilidades na T 0303 CUSTO electricidade T 0303 CUSLO tuel T 0303 F 8 Substituindo na express o anterior os valores conhecidos vem Custo total utilidades na T 0303 7 1 607255 62 4301 1 73 22 5 908 428 83 Para as restantes colunas a mesma metodologia foi aplicada somando se as parcelas respectivas de cada coluna Custo de Laborat rio Estes geralmente correspondem a 10 20 dos custos de labora o neste caso adoptava se uma taxa de 15 mas este custo j se encontra no momento actual logo foi desprezado Custo de manuten o e repara o Esta parcela dos custos vari veis depende do capital fixo de investimento sendo geralmente 7 do mesmo contudo o capital fixo de investimento s existe no caso de uma nova aquisi o e portanto esta parcela ser discutida ap s o c lculo do capital fixo de investimento XIII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Custos suplementares Esta quota dos custos vari veis de acordo com o Peters et al 15 do custo de manuten o e repara o Pela mesma raz o que o custo anterior n o foi apresentado neste segmento este tamb m n o ser aqui discutido sendo posteriormente na determina
154. es de produ o de p xileno e os valores dos par metros optimizados o ensaio considerado como optimizado o respectivo ao ensaio de optimiza o no AspenPlus com 5 factores pelo m todo sequencial quadr tico 117 Simula o da Produ o de Paraxileno Cap tulo 5 Altera es processuais e Custos de produ o Em prol de uma melhoria na produ o de p xileno e minimiza o energ tica ou maximiza o da remo o de dessorvente no caso da coluna T 0307 e T 0303 respectivamente os ensaios adoptados consistem no ensaio 1C e no ensaio proveniente da optimiza o da coluna T 0307 no AspenPlus com 5 factores Resultados presentes na Tabela 4 27 Este cap tulo abrange a compara o do custo da quantidade em toneladas de p xileno de tr s projectos O primeiro projecto 1 relativo situa o actual o segundo projecto 2 concernente modifica o simult nea da coluna T 0303 e da coluna T 0307 e o terceiro projecto 3 referente altera o da coluna T 0307 Inicialmente e como os custos de opera o dependem de poss veis altera es processuais uma pr via an lise aos projectos 2 e 3 efectuada tendo em conta que os valores dos par metros optimizados s o diferentes dos valores actuais Este estudo compreende a determina o dos custos dos equipamentos a serem substitu dos no projecto 2 e no projecto 3 a determina o dos custos de produ o de p xileno e o c lculo do custo por tonelada de p
155. escendo com um aumento da temperatura atingindo para uma temperatura de 119 C uma pureza de 96 31 Logo e como varia o da pureza com a temperatura de sa da do condensador E 0313 diminui a partir de 110 C o valor de 109 C o valor ptimo para respeitar ambas as condi es do processo Influ ncia da Qu3oz O par metro em causa o calor cedido pela fornalha ao fluido que retorna coluna na base da mesma provoca uma grande sensibilidade no simulador logo a abordagem ser variar ligeiramente a dada vari vel de forma a obter resultados v lidos para posterior 70 Simula o da Produ o de Paraxileno an lise O valor actual de Quaoz de 7192651Kkcal h e o intervalo adoptado foi de 7190000 a 7200000kcal h a um passo de 500kcal h Face a um aumento do calor transferido na fornalha H 0302 da Figura 3 17 averigua se uma maior produ o at um calor equivalente a 7193000kcal h onde a produ o estabiliza numa produ o di ria de 375 31 1ton Varia o da produ o de p xileno com a Quao 375 5 4 375 4 4 S 375 34 Ke E 375 2 375 1 4 375 0 O O O O O O O O O O O S OD E EPE DEE LS Ss PSP o DM SD AD DSP DS ADE O ADD co OAN AO EO O A A A Q soz kcal h Figura 3 17 Influ ncia da Quso2 sobre a produ o de p xileno Por outro lado a pureza diminui a partir de uma calor equivalente a 7193000kcal h como se pode verificar na Figura 3 18 Averigua se que a pureza de p
156. factores se existir algum com grandes efeitos sobre a resposta Usualmente este tipo de planeamento designa se de plano Screening ou de crivagem e efectuado na fase inicial de um projecto onde mais prov vel que os factores considerados tenham pouco ou nenhum efeito sobre a resposta em termos estat sticos Obviamente que os factores identificados como importantes s o posteriormente investigados de uma forma mais pormenorizada utilizando por exemplo o planeamento factorial completo do tipo 2 Montgomery 2001 Um plano com 2 ensaios denominado de uma frac o de 1 2 do plano completo factorial 2 O tipo de frac o a utilizar impl cito ao n mero de factores e ao n mero de ensaios pretendidos isto quanto maior o n mero de factores k menor ser a frac o do plano completo Os planos factoriais fraccionados mais usuais do tipo 2 P s o os denominados de meia frac o frac o IV e frac o III Geralmente em experi ncias relacionadas com a ind stria o tipo de plano a empregar o denominado de tipo Ill Neste a investiga o baseia se em k N 1 factores em apenas N ensaios onde N m ltiplo de quatro o que diminui o n mero de ensaios aquando a compara o com o plano completo De forma a sintetizar os planos factoriais apresenta se a Tabela 1 5 Tabela 1 5 Varia o do n mero de ensaios perante um dado n mero de factores para os planos factorial completo e factorial fraccionado do tipo 2
157. feitos e 5 interac es de acordo com a Figura 4 13 Tamb m neste caso a avalia o das interac es foi realizada somente s de segunda ordem sendo as de maior ordem n o consideradas logo existem 4 interac es a considerar significativas De acordo com a an lise da Figura 4 12 para uma maior produ o os valores de Tre Tconve YDESTO W7 e de Ts 306 devem ser de 197 5 C 119 C 0 22067 0 20207 e de 163 C respectivamente Gr fico normal dos efeitos pureza de p xileno m m Alpha 0 05 Tipo de efeito O N o significante E Significante Factor Nome TF6 TCOND6 D6 W7 TE306 moo v gt Percentagem T 4 3 2 1 0 Efeito Figura 4 13 Gr fico normal dos efeitos para R2 para o caso 2 hip tese 2 Analisando a Figura 4 13 verifica se que por ordem crescente de efeito as interac es significativas para R2 s o entre a Tconve Y D6 a Trs e D6 a Trs e Tconpe por fim entre W7 e Ts e306 Neste caso desprezou se a interac o de terceira ordem 103 Simula o da Produ o de Paraxileno Relativamente s interac es sobre a pureza de p xileno averiguam se conflitos de valores das vari veis para uma maior pureza de p xileno A estrat gia foi analisar primeiramente as interac es com maior efeito em valor absoluto e definir quais os melhores n veis para cada vari vel Ap s a avalia o das interac es por ordem de influ ncia decresce
158. gua se que existem 15 vari veis fixas para a dada destila o Para o processo de destila o na coluna T 0307 existem 3 vari veis fixas expostas na Tabela 3 9 Al m das 3 vari veis presentes na Tabela 3 9 de referir que as 10 primeiras vari veis que constam na Tabela 3 6 tamb m foram consideradas como fixas Tabela 3 9 Vari veis fixas do processo de destila o das colunas T 0307 Vari vel fixa Propor Pbasez Pconn7 Ap s determinar as vari veis fixas indicam se as vari veis de optimiza o que s o as que podem ser modificadas no cap tulo 3 2 3 3 3 3 Vari veis de optimiza o As vari veis de optimiza o s o as vari veis do processo excep o das vari veis fixas Como as vari veis apresentadas em 3 3 1 s o especifica es dos respectivos equipamentos todas s o pass veis de modifica o logo se a estas retirarmos as vari veis fixas obt m se as vari veis de optimiza o Por an lise da Tabela 3 10 apresentada posteriormente constam 4 par metros de optimiza o no processo de destila o na coluna T 0303 De acordo com as condi es do problema somente as quatro vari veis anteriores a Trs YW3 a Tconvs a Qro podem ser admitidas como vari veis de optimiza o para a coluna T 0303 Tabela 3 10 Vari veis de optimiza o no simulador no processo da destila o na coluna T 0303 Vari vel Sistema TF3 E 0302 A W3 S1 Tconps E 031
159. i bar Propos Ptopos Ptopo7 Press o no topo da coluna T 0303 T 0306 e T 0307 bar respectivamente Qea12 QE313 QE314 Calor cedido pelo condensador da coluna T 0303 T Se 0306 e T 0307 respectivamente S mbolo Defini o Unidade Arabe Qj Calor trocado no processo para o equipamento j kcal h R Rbasea R Rbaseo R Rbasez Raz o de refluxo para a base da coluna T 0303 T i 0306 e T 0307 respectivamente R Rtopos R Riopoz Raz o de refluxo para o topo da coluna T 0306 e T H 0307 respectivamente R Remo o de dessorvente ton dia R R3 Energia necess ria para o processo de destila o na coluna T 0303 e no conjunto de colunas T 0306 e T kWh 0307 respectivamente RI o Produg odepxileno o o i tonda o R2 Pureza de p xileno Yo ri Resposta do factor x 1 TBase3 TBase6 TBase7 Temperatura na base da coluna T 0303 T 0306 e T oc 0307 respectivamente tcaculado tobtido t de student calculado e obtido respectivamente 1 Tconos Tconpe TconDz Temperatura de sa da do condensador da coluna T ac 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente Trs Tre TF7 Temperatura da corrente de alimenta o da coluna de ac destila o T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente Ti Temperatura da corrente i C Ts E306 Temperatura de sa da do permutador E 0306 C Tvs Tve Tv7 Temperatura no topo da coluna T 0303 T 0306 e T i 0307 respectivamente Ve Vari ncia do erro experimental 1 X PX REFINADO X PXEXTRA
160. ica a press o de sa da ou a queda de press o e optou se pela press o de sa da De salientar que apesar de se considerar que as especifica es mencionadas anteriormente s o as mais apropriadas para a simula o do processo actual na refinaria da Galp no Porto n o implica que sejam as mais adequadas para uma posterior optimiza o Os permutadores que funcionam como reebulidores da coluna T 0307 foram os mais problem ticos em quest o da converg ncia no decorrer da simula o e por tal as especifica es seleccionadas tiveram principalmente em conta uma converg ncia da simula o No sentido de expor quais os valores dos par metros introduzidos em cada equipamento supracitado apresenta se o cap tulo 2 2 1 2 2 1 Par metros dos equipamentos De acordo com o equipamento em causa a simular as especifica es necess rias para o classificar variam Portanto nas tabelas 2 9 2 10 e 2 11 as especifica es para cada equipamento s o discriminadas para a coluna T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente No presente caso os valores das especifica es n o foram pr definidas isto as que se apresentam de seguida s o respectivas ao ensaio que possibilitou a maior semelhan a entre o processo existente na refinaria em quest o e o obtido Esta situa o posteriormente debatida aquando a descri o da simula o do processo Tabela 2 9 Par metros introduzidos e seus valores nos equipamentos da coluna T 0303
161. ila o pode ser cont nuo por partidas ou semi cont nuo perante o mais vantajoso para a mistura a separar A destila o a t cnica de separa o de misturas l quidas menos dispendiosa de um modo geral Contudo quando as volatilidades de dois componentes com pr ximos pontos de ebuli o se aproximam de 1 1 nesse caso a destila o custosa Douglas 1988 e Mujtaba 2004 17 Simula o da Produ o de Paraxileno Decerto que o equipamento envolvido numa destila o convencional ser diferente de uma complexa no entanto refere se que a coluna de destila o de pratos ou de enchimento geralmente equipada com um reebulidor e condensador O tipo de coluna interna afecta apenas o contacto entre a fase gasosa e l quida influenciando assim na transfer ncia de massa por m como esta caracter stica n o deve ser alterada neste caso em particular n o se vai dar nfase a este par metro Tham 1997 De uma forma simplista a an lise recai sobre par metros que alterem a energia envolvida e aumentem a efici ncia do produto pretendido e n o sobre o design da pr pria coluna Sendo assim Nakaiwa et al referem a import ncia de reduzir o consumo energ tico nas colunas de destila o utilizando para o efeito a integra o de energia Deste modo avaliam a coluna de destila o com integra o de energia ideal variando alguns par metros entre os quais a diferen a de press o entre a zona rectificante e as sec
162. ilizou se um passo de 0 000379 para a TOLUENQ A produ o de p xileno diminui com o aumento da TOLUENQ como se pode visualizar pela Figura 3 33 O valor m ximo de produ o di ria corresponde a 375 356ton e 79 Simula o da Produ o de Paraxileno atingida para TOLUENQ inferiores a 0 010501 ou para raz es de refluxo superiores a 94 2 at 110 3 Varia o da produ o de p xileno com a TOLUENQ ton dia DIDO KNA NOOO Os OF Os OF Ot O O Ot O O O Os OQ O O O O O O Os Y TOLUENQ Figura 3 33 Influ ncia da TOLUENQ sobre a produ o de p xileno De acordo com a Figura 3 31 a pureza de p xileno aumenta com um acr scimo na TOLUENQ atingindo um valor m ximo de 99 65 Para valores de TOLUENQ superiores a 0 013912 a pureza do p xileno mant m se no m ximo de 99 65 Varia o da pureza de p xileno com a TOLUENQ m m to O q q 99 40 DO DA O OD Ny O O O PRA SN NA NM AN A AN S S SS SS OF OY OT OY 9 0 0 OY 9 9 OY 9 9 O O 0 9 0 0 0 O Y TOLUENQ Figura 3 34 Influ ncia da TOLUENQ sobre a pureza de p xileno Em termos produtivos e de acordo com a premissa da pureza de p xileno ser pelo menos de 99 64 s a partir de um valor de TOLUENQ equivalente a 0 011638 que se atinge este valor Esta ltima constata o v lida para a gama testada e pode se afirmar que para valores s
163. imulado concluindo se que ocorrem problemas na separa o de p xileno do tolueno influenciando a produ o de p xileno a 99 64 de pureza O melhor ensaio optimizado da coluna T 0307 o referente optimiza o no AspenPlus pelo m todo sequencial quadr tico com uma melhoria de p xileno de 14 62ton ano Constata se que o AspenPlus complementado com o planeamento experimental permite maximizar a produ o de p xileno no conjunto de colunas T 0306 e T 0307 e maximizar a remo o de dessorvente e minimizar a energia necess ria ao processo de destila o na coluna T 0303 As altera es processuais foram analisadas no cap tulo 5 onde se conclui que para atingir as melhorias anteriores s o necess rias modifica es ao processo actual Para a optimiza o na coluna T 0303 necess ria a altera o da bomba P0306A S com uma pot ncia extra de 109 85kW por hora Os resultados optimizados da coluna T 0307 implicam altera es a n vel do condensador E 0314 reebulidor E 0306 e bomba de refluxo de topo P0314A S com pot ncias superiores s actuais em 451 96 450 67 e em 1 5kW por hora respectivamente Estimaram se duas hip teses a do projecto 2 e a do projecto 3 para a mudan a simult nea das colunas T 0303 e T 0307 e para a altera o da coluna T 0307 mantendo as restantes condi es constantes respectivamente Enquanto o custo por tonelada de p xileno para o projecto 2 de 723 39 ton para o project
164. imuladores possuem dificuldades em atingir as temperaturas reais de topo da coluna o desvio nestas temperaturas pode ser de 10 C e O calor dos permutadores condensadores e reebulidores deve ser superior ao valor de projecto na aus ncia de dados reais e O destilado da coluna T 0307 pode ter uma percentagem m ssica de Tolueno superior ou inferior real desde que o caudal seja respeitado de modo a n o influenciar o paraxileno produzido na actualidade e A press o pode ter um desvio de 0 1bar pois o erro relativo dos medidores de press o De referir que as temperaturas das correntes de sa da do Parex o EXTRACTO e REFINADO t m de ser as mesmas logo a temperatura que possibilitou a melhor separa o foi a de 174 2 C e esta a utilizada quer para o processo T 0303 quer para o processo T 0306 39 Simula o da Produ o de Paraxileno Como supracitado v rias simula es foram efectuadas at atingir a simula o final dado a dificuldade de converg ncia do simulador face s condi es do processo Mediante o problema de converg ncia v rios valores foram alterados at que se atingisse uma solu o mais pr xima poss vel da situa o actual De referir que a constante altera o em procura de converg ncia para originar uma simula o mais adequada poss vel situa o actual abrangeu cerca de 60 do tempo total do projecto em causa Ap s a elabora o dos diagramas do processo no AspenPlus os resu
165. in ein ein ein ein ein Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 1 Resultados da an lise de sensibilidade para a Ts Ta quado dc a E RS E 007 183 eszse79 s730983 6aoros2 2027175 17oas88 7720001 1239509 09957 oo 184 mos seaazoo casei 2027195 171688 77200 1230521 09957 0001 185 seus sousa 64sao25 20271686 1729146 77290 1289501 09957 0001 18 rms serao 6526989 200717 1721509 7728970 1289508 09057 0001 18 nemme soso0o 6653577 2027193 1778786 7728886 123952 os 000 190 wessso ess1568 669505 202719 171228 7728886 1230518 00057 oo 191 rown aesaat rasa 2027181 1808754 772908 1230511 09957 oo 192 cosas 6761600 670598 2027182 1816176 772885 1230511 09957 0007 193 error ossos 6B28858 2027 166 18287838 7720001 123050 09957 oo 194 coesa socos cromo 2027212 1ea1502 7728848 1239531 09957 oo 195 esses ciritoao 6008701 2027 188 1853956 77200 1230515 09957 oo 196 2476755 a261 eostas 2027181 1866585 7728075 123051 09957 oo i emaa aroe osre 2027101 seios 7728018 1289518 00057 XVI Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela G 2 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tconvs wesen 000 me e sigor cicor rto 2027171 oro mresoia 7720
166. io no AspenPlus com a DEST6 equivalente a 0 21543 P dietilbenzeno removido da T 0306 111242 ton dia Carga de p xileno T 0307 ton dia 375 356 Pureza p xileno m m 96 68 Produ o de p xileno 375 155 ton dia x O ensaio viola v rias premissas sendo uma respectiva exclusividade de dessorvente no produto de base em conjunto com C9 Arom ticos pois o p dietilbenzeno a remover de 1122 78ton dia A outra condi o violada a pureza m nima de p xileno sendo inferior a 99 64 Tamb m neste caso se averigua que a carga de p xileno coluna T 0307 a m xima de 375 356ton dia mas que a coluna n o eficaz na separa o do produto pretendido do tolueno Por tal n o se pode assumir que somente a DEST6 que tem significado sobre a produ o de p xileno Neste contexto ao inv s de assumir um intervalo de confian a de 95 considera se uma nova an lise aos tobtidos para intervalos inferiores isto optou se por analisar os dados a uma probabilidade de 0 02 porque a 90 de confian a nenhum factor excep o da DESTO significativo sobre as respostas Assim para um intervalo de confian a de 80 tcaicuado 1 886 resultam quatro vari veis que influenciam em conjunto a produ o e a pureza do p xileno Estas vari veis s o relativas YDESTO Ts E306 Tre e Tconpe Neste mbito efectuou se um planeamento factorial completo de 2 perfazendo um to
167. io para o reactor de isomeriza o Sabe se que o custo da mistura de xilenos por tonelada de 651 40 e que o seu consumo no dia 1 de Abril de 2008 de 541 87ton o que equivale a 120 011 200 12 num ano Quanto ao hidrog nio para o mesmo dia consome se 13 80ton a um custo de250 ton e o seu custo anual diz respeito a 1 172 745 00 A soma entre os dois anteriores custos permite atingir o custo total das mat rias primas e que equivale a 121 183 945 12 De referir que o n mero de dias de funcionamento equivale a 340 dias e deste modo como se pode verificar na tabela posterior determina se o custo total anual das mat rias primas considerando que o consumo constante e que n o ocorrem varia es no pre o de compra no ano respectivo Tabela F 1 Custos anuais das mat rias primas do processo de produ o de p xileno Mat ria prima Pre o unit rio Er Pre o por ano as e 651 40 541 87 120 011 200 12 Hidrog nio 250 00 13 80 1 172 745 00 Total 121 183 945 12 Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Custo de labora o Este custo pode ser desprezado visto que a labora o existente n o ir ser alterada Custo de Supervis o Estes representam 15 do total dos custos de labora o mas como no caso anterior estes custos tamb m n o s o considerados Custo das Utilidades As utilidades existentes no processo de produ o compr
168. ions Simulation Optio Stream Class Substreams Units of measurement Globa settings Costing Options Input data Stream Prico Uuput results E Input mode Uinits Sets Custom Units Seen Si Aii Report Options Kaban Laca Components Ambient pressure pi Properties Howsheet Valid phases f x Streams Utilities Rincks Reactions Convergence Flowsheeting Options Model Analysis Tools EU Configuration Results Summary Dynamic Corfiguratio Tert to appear on each paqe of the report file See Help Title Hun type Ss eeakLlaraaa Free vater x a P 0 P 0 F BPRPDEDDDDELE amp gt k Input Complete k Mixers Splitters Separatoro Heat Exchangers Columnes Reactors Precoure Changero Manipulatoro Solide Lear Modelo Materia Y STREAMS Mixer FSplit SSplit Figura 1 11 Interface do AspenPlus vers o 2006 Relativamente ao uso do software Sadighi et al testaram o simulador para um tratamento da nafta numa refinaria Primeiramente identificaram os dados actuais da dada refinaria e de seguida introduziram os dados meramente necess rios simula o Ap s o decorrer da simula o compararam os resultados da mesma com os dados actuais e constataram que o AspenPlus tem boas capacidades para simular uma unidade de hidrotratamento nafta e pode ser utilizado para uma avalia o da renova o da dada unidade de tratamento Sadighi et al 200
169. ita de 512 ensaios para efectuar conclus es todavia aquando a realiza o deste plano no vig simo s timo ensaio ocorre uma inviabilidade isto n o exequ vel realizar o ensaio com os n veis das vari veis envolvidas Estas impossibilidades podem ser derivadas das gamas de certas vari veis mas como n o poss vel identificar qual ou quais as vari veis que inviabilizam o processo este plano de 2 n o foi considerado 94 Simula o da Produ o de Paraxileno Nestas circunst ncias a abordagem foi reformulada e elaboraram se dois tipos de casos 1 e 2 De uma forma geral o caso 1 apresentado no cap tulo 4 2 1 1 refere se optimiza o da produ o de p xileno tendo em conta as 9 vari veis significativas discutidas anteriormente No caso 2 que consta no cap tulo 4 2 1 2 modificam se gamas de determinadas vari veis repetindo a crivagem seguindo se um planeamento factorial completo a determina o de efeitos e interac es e por fim a optimiza o do processo 4 2 1 1 Caso 1 Este caso compreende a optimiza o no AspenPlus da produ o de p xileno variando os factores significativos resultantes do plano de crivagem Este cen rio n o tem em conta os efeitos ou interac es entre os factores resultantes como estatisticamente significativos do plano de crivagem Apesar de n o determinar os efeitos ou interac es poss vel optimizar no AspenPlus a produ o de p xileno variando as 9 va
170. ivo da isomeriza o de xileno do processo Isomar UOP LLC 2006a Na Tabela 1 2 exp em se dados referentes capacidade de produ o pureza e afins para diferentes processos de isomeriza o Tabela 1 2 Dados para processos de isomeriza o de xilenos e para sistemas que operam na presen a de metais nobres Processo dejsomerza o Octatining lsomar isone T cnica de separa o de p xileno E e eai a a d P Cristaliza o Parex Aromax Cristaliza o Capacidade de producao dep 100000 100000 100000 300000 xileno ton ano Grau de reciclagem raz o entre o reciclado e a alimenta o fresca Adaptado de Chauvel et al 1989 pg 288 McKetta e Weismantel 1999 Weissermel et al 2003 Simula o da Produ o de Paraxileno Por an lise da Tabela 1 2 constata se que todos os processos processo de adsor o juntamente com a isomeriza o excep o do IFP produzem p xileno puro a 99 5 Apesar do IFP produzir p xileno com menor pureza tem uma maior capacidade de produ o do que os restantes processos O fabricante IFP Institut Fran ais du Petrole n o apresenta um processo de isomeriza o pois atrav s da cristaliza o alcan a uma produ o de paraxileno superior aos restantes contudo a informa o anterior data de 1989 e actualmente a IFP possui uma unidade de adsor o selectiva designada de Eluxyl Esta t cnica muito semelhante ao processo do Parex difere na apli
171. iza o seleccionadas influenciam individualmente pelo menos uma das respostas analisadas As 4 vari veis de optimiza o da destila o na coluna T 0303 s o a Tes a W3 a Tconns a Quaor Das 13 vari veis de optimiza o do conjunto de colunas T 0306 e T 0307 5 s o referentes coluna T 0306 e 8 s o relativas coluna T 0307 As vari veis relativas coluna T 0306 s o relativas a Trs a W6 a DEST6 a Tconve a Quaoz Quanto s restantes 8 respeitantes coluna T 0307 s o a Tr a W7 a 1LIQFRIO a Ts 306 a vaporizadoesos a ATE307 aTconp7 e a TOLUENQ No cap tulo 4 constam as optimiza es realizadas coluna T 0303 ao conjunto de colunas T 0306 e T 0307 e ainda coluna T 0307 Antes de proceder optimiza o do processo o planeamento experimental foi aplicado s vari veis de optimiza o e permitiu a diminui o do n mero inicial das mesmas demonstrando ser uma ferramenta til para a presente optimiza o A optimiza o efectuada no AspenPlus foi complementada no Minitab15 onde todas as solu es encontradas pelo Minitab15 foram validadas numa simula o no AspenPlus introduzindo os valores dos par metros optimizados Aplicando o Minitab15 como optimizador no caso da optimiza o do conjunto de colunas T 0306 e T 0307 n o se alcan ou uma solu o para a melhoria e na optimiza o individual da coluna T 0307 e da coluna T 0303 os resultados obtidos em termos de melhoria s o inf
172. izar a presente na express o 1 3 G Vap XPa 1 3 Seguidamente a rea da sec o recta determinada pela raz o entre o caudal de g s e a velocidade superficial do g s de acordo com a express o 1 4 G A 1 4 Pr 1 4 rea anterior deve se estabelecer uma margem de aproximadamente 12 de acordo com Douglas para os distribuidores Por fim o di metro determina se recorrendo express o 1 5 0 5 D 1 5 m Esta a t pica formula o aquando a determina o do di metro de uma coluna Exemplificando para a coluna T 0303 para o ensaio 1C do AspenPlus retiram se os caudais m ssicos de g s G e de l quido L para uma mesma zona da coluna Note se que XXXIV Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno esta coluna de refluxo total e portanto as propriedades do l quido no topo da coluna foram assumidas como as do produto de sa da no 5 prato Na posterior tabela exp em se os valores de caudais m ssicos para o topo da coluna T0303 e as massas vol micas respectivas Tabela 1 1 Valores de caudal e densidade do l quido e g s no topo da coluna T 0303 Par metro Topo coluna L kg h7 216746 779 G kg n 180610 894 p kg m 724 82 pa kg m 4 68 Determinou se o factor para o topo da coluna e corresponde a 0 0964 Assumindo um espa amento de 0 61m do diagrama consultado do Douglas retira se o valor A da express o 1 2 e este
173. jo balan o material apresenta um desvio de 1kg h Como a pureza de p dietilbenzeno se mant m em 99 57 um desvio como o mencionado anteriormente possibilita as oscila es observadas na Figura 3 1 60 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da energia necess ria em T 0303 com a Trs 43000 42000 41000 40000 Energia kWh 39000 38000 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 Tra C Figura 3 2 Influ ncia da Tf sobre a energia necess ria na coluna T 0303 Quanto energia necess ria em T 0303 esta aumenta com um aumento da Tra O valor m nimo e m ximo de energia corresponde a 38675 7 e 42701 8kWh para uma temperatura de alimenta o coluna T 0303 de 183 e 198 C respectivamente De uma forma geral a TF3 influencia quer a remo o de dessorvente quer a energia necess ria para o funcionamento da coluna T 0303 Influ ncia da W3 A W3 equivale a 0 022385 correspondente a uma raz o de refluxo na base da coluna R Rbases de 43 7 Neste caso o intervalo de estudo teve em conta a raz o de refluxo e variou se a W3 de 0 037309 e 0 015989 o que corresponde a raz es de refluxo de 25 8 e 61 5 40 7 da R Rbases 43 7 respectivamente Como a W3 a vari vel a introduzir no simulador o passo foi respectivo mesma e corresponde a 0 001066 Os ensaios com os valores de W3 de 0 023451 e de 0 024517 n o foram considerados pois
174. l leo e fuel g s para a unidade 300 no dia 1 de Abril de 2008 equivalentes a 44 939 e 19 574 ton dia respectivamente b Calculou se o calor total cedido pela queima do fuel leo e g s na unidade 300 Este c lculo efectua se recorrendo ao poder calor fico inferior e ao consumo de cada combust vel na dada unidade Assim calculando o calor cedido pela queima do fuel leo utiliza se a express o F 2 Q FO unidade 300 7 PClro xConsu mo unidade 300 9628064 6 xX 44 939 F 2 432675593 2kcal dia 18028149 72kcal h A O mesmo se realiza para o fuel g s obtendo se um calor de 10208235 68kcal h Em suma o calor total real na unidade 300 equivale soma das duas parcelas de calor respectivas ao fuel leo e fuel g s perfazendo um total de 28236385 4kcal h Na unidade 300 existem 3 fornalhas a H 0301 H 0302 e H 0303 e esta ltima apenas consome fuel g s Dos ficheiros referentes fornalha H 0303 vem que o calor real corresponde a 263631kcal h logo o calor poss vel de ceder pela queima de fuel g s s fornalhas H 0301 e H 0302 equivale a 7384550 28kcal h Nas fornalhas o combust vel prim rio isto o combust vel que utilizado primeiramente o fuel leo Depois a restante taxa de calor necess ria de transferir atrav s da queima do fuel g s Como se sabe qual o calor dispon vel atrav s da queima quer do FO quer do FG realizou se um sistema de equa es que foram posterior
175. la o da Produ o de Paraxileno Das tr s colunas os par metros com maior e menor desvio de 172 4 e 0 1 s o relativos ao calor do permutador de pr aquecimento da alimenta o coluna T 0307 e frac o m ssica de p xileno no produto de base da mesma coluna respectivamente Apesar das diferen as apresentadas anteriormente esta simula o a que melhor retrata a situa o actual De acordo com a simula o adoptada o gasto total com utilidades para as 3 colunas de destila o em estudo a T 0303 a T 0306 e T 0307 corresponde a 8 411 275 77 As vendas da produ o dos produtos das duas unidades 300 e 400 de 144 091 004 92 Para o momento actual as receitas equivalem a 101 346 55 50 Simula o da Produ o de Paraxileno Cap tulo 3 An lise do processo Uma an lise ao processo antes de uma optimiza o importante para identificar os graus de liberdade e as vari veis de optimiza o Este cap tulo compreende a an lise de uma poss vel melhoria processual a determina o dos graus de liberdade dos processos de destila o inerentes s colunas T 0308 T 0306 e T 0307 e a determina o das vari veis de optimiza o e sua an lise A an lise da melhoria processual descrita no sub cap tulo 3 1 para cada fase simulada anteriormente no Cap tulo 2 No sub cap tulo 3 2 apresentam se os graus de liberdade para o processo de destila o na coluna T 0303 T 0306 e T 0307 Este est
176. la 4 22 Valores ptimos das vari veis Tre Tconve YDESTO W6 W7 e Ts 306 respectivos ao ensaio B para a hip tese 3 Vari vel Valor ptimo Valor actual Tre 192 2 198 Tconve 115 6 109 DESTO R Ripos 0 20855 3 79 0 20824 3 80 YW6 R Rbases 0 294 2 4 0 35 1 86 YWT R Rbase7 0 18083 4 53 0 18101 4 52 Ts E0306 163 6 164 No ensaio B a DESTO a W7 e a Ts toso S O OS factores que podem ser considerados como inalterados de acordo com os desvios reais permitidos Confere se que o permutador E 0308 excede em 0 85m a rea actual de 22 66m a bomba P0310 necessita de uma pot ncia superior de 10 4kKW do que a existente equivalente a 61 8kW e por fim a bomba P0311 ultrapassa a pot ncia actual de 22 4kW em 0 1kW Apesar de ser considerado um ensaio invi vel dado a viola o das condi es de processo o ensaio que possibilita uma maior produ o de p xileno aquando uma optimiza o conjunta das colunas T 0306 e T 0307 4 2 2 Conclus es A optimiza o da produ o de p xileno atingida para todas as hip teses testadas excep o da hip tese 1 onde apenas se variam 3 vari veis inerentes coluna T 0306 Constata se que a optimiza o recorrendo ao AspenPlus pelo m todo sequencial modular com o m todo de Kuhn Tucker exequ vel excep o da hip tese 1 cuja converg ncia n o foi poss vel O planeamento factorial completo permitiu avali
177. lador AspenPlus na simula o e optimiza o abordadas neste relat rio a sua pormenoriza o efectuada posteriormente 1 3 2 Simulador Aspen No presente caso o simulador de processo utilizado foio ASPEN vers o acad mica do Instituto Superior de Engenharia do Porto ISEP disponibilizada pela AspenTech O ASPEN possui v rios m dulos e o mais utilizado o AspenPlus e este possui diversas caracter sticas entre as quais e Base de dados robusta incluindo propriedades qu micas e f sicas de diversos compostos 12 Simula o da Produ o de Paraxileno e Elabora o eficiente de modelos de equipamentos unidades industriais de uma dado processo e estimativa preliminar de custos e Optimiza o de um processo e An lise de sensibilidade e Combina o de simulador sequencial modular e resolu o por equa es facilitando a integra o de processos qu micos e Permite uma liga o para a Microsoft Excel ou Visual Basic Al m das particulares descritas anteriormente o m dulo AspenPlus possui diversas op es desde destila o por partidas Aspen Batch Distillation m todos e especifica es de pol meros e modelos de polimeriza o presente no Aspen Polymers Plus Aspentech 2008 Para a visualiza o da interface do dado simulador AspenPlus apresenta se a Figura 1 11 Data Browse 5S oG EEN E jee ja m gt 0 N gt A Setup Global Description Accounting Diagnostics Specificat
178. leno dependem dos gastos relativos ao consumo de mat ria prima utilidades e custos fixos como manuten o e despesas suplementares No anexo F encontra se um exemplo de c lculo dos custos de produ o O volume de produ o a quantidade de p xileno em toneladas produzido durante um ano De salientar que no momento inicial ano 1 o per odo de labora o dos projectos 2 e 3 diferente do projecto 1 isto enquanto um ano para os projectos 2 e 3 equivale a 283 dias para o projecto 1 equivale a 340 dias Neste contexto para o momento inicial apenas se pode comparar o custo de produ o de uma tonelada de p xileno para cada um dos projectos Na Tabela 5 2 apresenta se o custo de uma tonelada de p xileno para cada um dos projectos para o momento inicial durante um ano de labora o Tabela 5 2 Custo de tonelada de p xileno para os tr s projectos no momento inicial Projecto 1 Projecto 2 Projecto 3 Custo de uma tonelada de p ton xileno 722 17 723 39 722 81 Verifica se da Tabela 5 2 que o custo de p xileno inferior no projecto 1 aquando compara o com os projectos 2 e 3 O projecto 2 o que apresenta um maior custo de p xileno de 723 39 ton O projecto 3 apresenta um menor custo de p xileno do que o projecto 2 Apesar de se produzir mais 14 62ton ano de p xileno quer no projecto 2 quer no 3 do que no projecto 1 este aumento n o permite uma diminui o do custo de p xileno Uma vez
179. liberdade Neste sub cap tulo analisam se os graus de liberdade do processo de destila o na coluna T 0303 T 0306 e T 0307 no sentido de classificar o sistema Nas tabelas 3 1 3 2 e 3 3 constam os graus de liberdade para os equipamentos associados destila o na coluna T 0303 T 0306 e T 0307 respectivamente A an lise dos graus de liberdade realizada ap s a apresenta o da tabela de cada processo em causa No caso de um processo simulado como referido outrora o n mero de graus de liberdade determinado pelo n mero de especifica es necess rias por bloco logo explicitam se os graus de liberdade por equipamento envolvido no processo de destila o em causa Tabela 3 1 Graus de liberdade de cada sistema inerente destila o na coluna T 0303 Sistema Graus de liberdade E 0302 T 0303 H 0301 E 0312 S1 N a Na destila o na coluna T 0303 verifica se que todos os sistemas integrantes t m mais vari veis do que equa es independentes pois s o sistemas com um ou mais graus de liberdade O sistema respectivo coluna T 0303 o que apresenta maior n mero de graus de liberdade Tabela 3 2 Graus de liberdade de cada sistema inerente destila o na coluna T 0306 Sistema Graus de liberdade E 0304 T 0306 H 0302 E 0313 S2 S3 alalonialwola Verifica se que todos os sistemas da destila o na coluna T 0306 t m graus
180. lida o do modelo por uma an lise residual Esta an lise residual aplicada mediante gr ficos tamb m elaborados pelo Minitab15 como por exemplo o gr fico de probabilidade normal em fun o do res duo Neste gr fico se os pontos se apresentarem junto da linha de probabilidade normal isto se o quadrado do somat rio dos res duos for pequeno ent o pode se concluir que o gr fico satisfat rio e por tal n o h raz es para suspeitar sobre a validade do modelo e consequentemente das conclus es sobre os efeitos e interac es Contudo no planeamento factorial do tipo 2 conforme o n mero de factores aumenta tamb m o n mero requerido de ensaios para um plano deste tipo aumenta e por vezes n o est ao alcance da maior parte dos investigadores realizar um elevado n mero de ensaios Esta a principal desvantagem do planeamento factorial completo pois um elevado n mero de ensaios influi sobre a economia e efici ncia da experi ncia Uma alternativa ao elevado n mero de ensaios a aplica o de um planeamento experimental fraccionado Num planeamento fraccionado de dois n veis poss vel realizar se uma frac o do plano factorial completo assumindo se que certas interac es de elevadas ordens podem ser admitidas como insignificantes e assim apenas se obt m informa es relativas a efeitos principais e interac es de baixas ordens O principal intuito ao utilizar um plano fraccionado identificar quantos
181. lor actual e obtido na simula o de cada um dos factores e ainda o desvio relativo em percentagem do valor real Tabela 2 14 Desvio relativo do valor desejado dos par metros da coluna T 0306 o valor actual e o obtido na simula o Tabela 2 15 Desvio relativo do valor desejado dos par metros da coluna T 0307 o valor actual e o obtido na simula o Tabela 2 16 Custos anuais das utilidades para a coluna T 0303 T 0306 e T 0307 de acordo com a simula o actual Tabela 2 17 Produ o pre o unit rio e vendas anuais para cada produto obtido na unidade 0300 e 0400 Tabela 3 1 Graus de liberdade de cada sistema inerente destila o na coluna T 0303 Tabela 3 2 Graus de liberdade de cada sistema inerente destila o na coluna T 0306 Tabela 3 3 Graus de liberdade de cada sistema inerente destila o na coluna T 0307 Tabela 3 4 Vari veis do processo da destila o na coluna T 0303 Tabela 3 5 Vari veis do processo da destila o na coluna T 0306 Tabela 3 6 Vari veis do processo da destila o na coluna T 0307 Tabela 3 7 Vari veis fixas do processo de destila o na coluna T 0308 Tabela 3 8 Vari veis fixas do processo de destila o da coluna T 0306 Tabela 3 9 Vari veis fixas do processo de destila o das colunas T 0307 Tabela 3 10 Vari veis de optimiza o no simulador no processo da destila o na coluna T 0303 32 32 36 37 37 41 43 4
182. ltados gerados na simula o do processo de produ o de paraxileno foram armazenados e ser o expostos no cap tulo posterior 2 4 1 2 4 1 Resultados Visto que outrora se apresentaram Flowsheets para os processos em estudo com as condi es referentes ao ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto neste sub cap tulo tal informa o tamb m disponibilizada mas referente simula o obtida Ou seja para cada etapa definida anteriormente de 1 2 e 3 exibe se um flowsheet onde se exp em os resultados principais nomeadamente nas figuras 2 4 2 5 e 2 6 respectivas a cada etapa Relembrando certos par metros introduzidos s o os pr prios resultados por exemplo na fornalha da coluna T 0303 insere se o calor desta logo o resultado a taxa de transfer ncia de calor inserida como especifica o do equipamento portanto n o se apresenta como resultado Os par metros importantes a reter s o as temperaturas da coluna calores dos permutadores os quais utilizam como especifica o uma temperatura e n o a taxa de transfer ncia de calor bem como as reas dos mesmos raz es de refluxo determinadas atrav s das frac es inseridas nos separadores de correntes frac es m ssicas e pot ncia das bombas centr fugas Para uma melhor estudo dos resultados analisa se individualmente cada etapa ap s a apresenta o do respectivo flowsheet Para melhor visualiza o de cada diverg ncia optou se por estabelecer um desvio
183. m tica aplicada engenharia qu mica 2004 ISEP Planeamento factorial completo O planeamento factorial completo foi auxiliado pelo Minitab15 Deste modo neste exemplo apenas se evidenciam os gr ficos relativos valida o do modelo gr ficos residuais e o m todo de optimiza o dispon vel na dada ferramenta computacional Deste modo esta sec o foi separada em duas partes na parte 1 demonstram se os gr ficos residuais para o plano 1 e na parte 2 descreve se o m todo de optimiza o do Minitab15 1 Valida o do modelo Para todos os planos efectuados se recorreu elabora o dos gr ficos dos res duos de modo a validar o modelo aplicado Todos os planos s o v lidos e portanto todas as XXXI Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno conclus es retiradas ao longo do trabalho s o aut nticas Para efeito exemplificativo apenas se apresentam os gr ficos residuais para o plano 1 Na Figura H 1 visualizam se os quatro gr ficos residuais poss veis de se realizar no Minitab1 5 Residual Plots for Remo o de dessorvente Normal Probability Plot Versus Fits 99 90 50 Percent 10 Standardized Residual OoOo e e N U 2 0 2 4 2930 2940 2950 2960 Standardized Residual Fitted Value Histogram Versus Order 12 T 5 3 g 9 22 g v Tl E o Eo 3 k G 1 0 b maae 2 1 0 1 2 3 1234567 8 910111213141516 Standardized Residual Observation Order Figura H 1
184. m as seguintes Resolu o da destila o do refinado proveniente do Parex para posteriormente alimentar o reactor de isomeriza o Il Interliga o do destilado da coluna de destila o T 0306 alimenta o da coluna de destila o T 0307 unindo deste modo a etapa 2 3 Todos estes passos compreendem a inser o dos dados referidos nos cap tulos anteriores e a admiss o de que os equipamentos seleccionados s o os mais aptos informa o presente no cap tulo anterior De referir que muitas simula es foram efectuadas ocorrendo em todas desvio da actualidade quer em termos de temperaturas calores quer em composi es m ssicas Tais desvios relativos foram apresentados a um respons vel do processo em causa de forma a aconselhamento da simula o mais adequada tendo em conta a actualidade da refinaria da Galp no Porto Neste contexto apenas se apresentam neste sub cap tulo as simula es referentes as colunas de destila o T 0303 T 0306 e T 0307 que foram admitidas para uma posterior optimiza o As restantes simula es encontram se em anexo e faz se a refer ncia dos desvios relativos que posteriormente ser o definidos consultar anexo D Nesta fase simula o do processo algumas condi es foram efectuadas entre as quais e As temperaturas obtidas podem ter um desvio de 5 C do valor desejado pois a gama que inclui o desvio de leitura dos medidores de temperatura e Dado que geralmente os s
185. m respectivas a W7 e Ts E306 Tre Tconve Tree YDEST6 e por fim Tconve YDEST6 por ordem crescente de efeito absoluto Gr fico normal dos efeitos Produ o de p xileno ton dia Alpha 0 05 Tipo de efeito O N o Significante E Significante Factor Nome TF6 TCOND6 D6 W7 TE306 mo o wvxr Percentagem Efeito Figura 4 11 Gr fico normal dos efeitos para R1 para o caso 2 hip tese 2 Averigua se que para uma interac o entre a W7 e a Ts E306 O impacto sobre a produ o de p xileno semelhante aquando a utiliza o de uma W7 ou de Ts 306 No n vel m ximo ou m nimo Este facto pode ser visualizado na Figura 4 12 pela quase sobreposi o da linha respectiva do n vel m ximo e m nimo de W7 aquando o aumento da temperatura de sa da do permutador E 0306 Portanto apesar de ser mais adequado utilizar os valores anteriormente referidos para W7 e para Ts 306 para uma maior produ o de p xileno os valores nos n veis contr rios tamb m podem ser admitidos 102 Simula o da Produ o de Paraxileno Interac es sobre produ o de p xileno 99 119 0 18399 0 22067 0 16423 0 20207 163 174 TF6 H 360 e Lm 320 TF6 188 0 E 197 5 TCOND6 TCOND6 90 Figura 4 12 Gr ficos das interac es sobre R1 para o caso 2 hip tese 2 Quanto pureza de p xileno para 95 de confian a v m 5 e
186. ma raz o de refluxo na base de 1 86 Neste caso estabeleceu se a gama tendo como base a raz o de refluxo sendo 30 da raz o de refluxo actual Isto variou se a raz o de refluxo de 1 30 a 2 41 o que equivale a uma W6 de 0 435 e 0 293 respectivamente O passo usado foi de 0 007 tendo em conta a frac o pois o inserido no simulador Varia o da produ o de p xileno com a W6 Figura 3 11 Influ ncia da W6 sobre a produ o de p xileno Da Figura 3 11 averigua se que a W6 de 0 293 a 0 350 a produ o constante e a partir de 0 350 diminui 67 Simula o da Produ o de Paraxileno Do gr fico anterior Figura 3 11 afere se que a partir de W6 igual a 0 350 a produ o diminui ligeiramente de 375 311 a 374 835ton dia quando possui o maior valor de W6 equivalente a 0 435 Varia o da pureza de p xileno com a W6 100 00 99 90 99 80 99 70 99 60 Egg TR 99 50 Y m m D PL N X ox O W A MOLA DO D aN N P DSP PAO PL ML E N VAN VA Vo q o gt AEN D o N o o N o N Ni o N Na o Sr Sr Sa a HW6 Figura 3 12 Influ ncia da W6 sobre a pureza de p xileno Verifica se da Figura 3 12 um aumento da pureza com um aumento da W6 no intervalo de 0 293 a 0 350 Aumentando a W6 a partir de 0 350 a pureza de p xileno mant m se em 99 64 Influ ncia da DESTO Esta vari vel possui um valor actual de 0 202824 o que resulta numa raz
187. mat rias primas do processo de produ o de p xileno IX Tabela F 2 Custos anuais das mat rias primas do processo de produ o de p xileno X Tabela F 3 Consumo hor rio e anual de FO e FG para as fornalhas das unidades 300 EAD aa a ca DD a A AE e RN XII Tabela G 1 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tra XVI Tabela G 2 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tconpa o XVII Tabela G 3 Resultados da an lise de sensibilidade para a W3 XVIII Tabela G 4 Resultados da an lise de sensibilidade para a Quaor iii XIX Tabela G 5 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tee XX Tabela G 6 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tconpe oo XXI Tabela G 7 Resultados da an lise de sensibilidade para a YDESTE XXII Tabela G 8 Resultados da an lise de sensibilidade para a WWG sssssssssseeessssrrrrrnn XXIII Tabela G 9 Resultados da an lise de sensibilidade para a Quao2 o XXIV Tabela G 10 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tpz iiiii XXV Tabela G 11 Resultados da an lise de sensibilidade para a Tconpz i XXV Tabela G 12 Resultados da an lise de sensibilidade para a W7 XXVI Tabela G 13 Resultados da an lise de sensibilidade para a TOLUENQ XXVI Tabela G 14 Resultados
188. mente resolvidas pela ferramenta do Excel Solver O sistema de equa es refere se s express es F 3 e F 4 O x representa a frac o de fuel leo utilizado para a queima na fornalha H 0301 e 1 x a frac o de queima relativa ao FG Enquanto a express o F 3 referente ao calor cedido na unidade 0300 pelo FO a express o F 4 relativa ao calor dispon vel para as tr s fornalhas pela queima de FG XI Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Qro unidades0o X1 X Quisor X2 X Quaoz F 3 QEG unidade300 1 X4 X Quaor 1 x x Quaoz Quisoa F 4 O sistema foi resolvido pelo Solver tendo como inc gnitas as frac es de fuel leo das fornalhas H 0301 e H 0302 x e x2 com o objectivo de minimizar o res duo ao quadrado do somat rio das equa es F 3 e F 4 O resultado obtido respeita um x de 0 988 e um x de 0 423 Consequentemente com as frac es poss vel determinar o consumo de FO e FG para cada uma das fornalhas e assim calcular o consumo anual Estes c lculos apenas foram efectuados para a unidade 300 para discriminar o consumo de FO e FG para as fornalhas do processo a optimizar As fornalhas inerentes unidade 400 n o foram discriminadas quanto ao consumo de cada fuel apenas se determinou neste caso de acordo com o consumo no dia 1 de Abril o consumo anual A unidade 400 compreende as fornalhas H 0401 H 0402 H 0471 e H 0472 O consumo anual de cada combust vel p
189. mento experimental aplicado s vari veis de optimiza o e as solu es obtidas pela optimiza o do processo com o AspenPlus e com o Minitab15 finalizando se com uma conclus o sobre os resultados No cap tulo 5 apresenta se a an lise das altera es processuais derivadas da optimiza o e uma compara o do custo de produ o actual com os dos projectos Por fim no Cap tulo 6 as conclus es finais bem como recomenda es para futuros trabalhos s o apresentadas Simula o da Produ o de Paraxileno Cap tulo 1 Introdu o Os xilenos s o hidrocarbonetos arom ticos conhecidos como dimetilbenzenos compostos por oito tomos de carbono Cs com f rmula molecular CsH e utilizam se em larga escala como solventes industriais ou intermedi rios para v rios derivados Akpolat e Gunduz 2005 Minceva e Rodrigues Na classe dos xilenos existem essencialmente quatro tipos de is meros o etilbenzeno o p xileno o o xileno e o m xileno Dickneider Estes possuem a mesma cadeia molecular mas enquanto o p xileno o o xileno e o m xileno possuem dois grupos metilo e diferem apenas na posi o de um dos radicais metilo o etilbenzeno possui um radical diferente o etilo Na Figura 1 1 constata se que o radical do etilbenzeno o etilo e que nos restantes is meros o radical metilo difere na sua posi o o que cria compostos de isomeria plana de posi o Figura 1 1 Is meros do Xileno a ortoxileno b para
190. mula o com os dados reais e a simula o da reforma da nafta foi validada prosseguindo com a optimiza o Mohaddecy et al 2008 Face ao aumento da competi o nas ind strias de refinaria Shokri et al testaram o tempo real de optimiza o aproxima o de uma melhoria econ mica e processual ajustando ou evidenciando o conjunto de dados ptimos a serem alterados de um processo da unidade de modo a verificar se havia melhorias a n vel econ mico e processual Um dos exemplos das companhias que adoptam este m todo a refinaria de Sannazzaro em It lia que utiliza a tecnologia providenciada pelo AspenTech Inc e obt m como beneficio dez c ntimos por barril para uma produ o total de 200000 barris por dia Conclu ram que a implementa o da t cnica do tempo real de optimiza o RTO era ben fica para uma melhoria do processo e que j era empregue em diversas unidades industriais como na de produ o de etileno na unidade de FCC craqueamento catal tico em leito fluido entre outras Shokri et al 2009 Em suma perante o referido anteriormente constata se que o Aspen uma ferramenta computacional capaz de simular um dado processo De seguida a optimiza o de um processo industrial ser discutida no cap tulo 1 4 1 4 Optimiza o de um processo industrial A melhoria dos processos de produ o como constante preocupa o de um Engenheiro Qu mico permitiu o desenvolvimento de tecnologias de modo a to
191. mulado Para tal os custos de opera o foram determinados e estes englobam de uma forma geral os custos fixos e vari veis do processo Enquanto os custos fixos abrangem a deprecia o o financiamento as taxas locais os seguros bem como as rendas os vari veis s o inerentes s despesas associadas s mat rias primas labora o e supervis o s utilidades entre outras de menor significado Relativamente aos custos fixos estes foram assumidos de 31707 ano e ser o analisados no caso de uma modifica o de um equipamento inerente ao processo a estudar logo n o ser o abordados neste sub cap tulo Dado a interliga o entre a unidade 0300 e unidade 0400 o balan o aos custos de opera o teve que ter em conta as duas unidades para um per odo anual de labora o equivalente a 340dias Na unidade 0300 constam as colunas de destila o T 0303 T 0304 T 0305 T 0306 T 0307 T 0308 T 0309 T 0310 e T 0311 e seus equipamentos auxiliares permutadores bombas condensadores reebulidores e condensadores Al m das colunas de destila o tamb m o Parex se encontra neste unidade A unidade 0400 inclui no processo as colunas de destila o T 0401 T 0403 T 0471 e T 0472 e ainda o reactor de isomeriza o Isomar A interliga o entre as duas unidades deve se ao ciclo Parex Isomar Os custos vari veis para a simula o em causa e tendo em conta que se assume uma carga constante t m em conta ambas as unidades e como
192. na valida o do balan o material verifica se um desvio superior a 1kg h Da Figura 3 3 averigua se um aumento no desvio percentual de remo o de dessorvente com o acr scimo da W3 o que equivale a uma diminui o da raz o de refluxo na base da coluna T 0303 Deste modo com um aumento da W3 menos dessorvente removido no produto da base O valor m nimo de desvio obtido corresponde a 0 075 para um W3 igual a 0 018121 o que equivale a uma raz o de refluxo de 54 2 61 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da remo o de dessorvente com a W3 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 4 0 000 D O AAN A DD DIDO A DAI NO NA DO PV PDD AO DSG SS PASO SD ASUS ADIDAS DAS ONDAS ADO SD nO A SS YMMMMLSMVVILSDILDSLS DLL SPSS SS o ee e o 0 0 07 07 0 0 0 Y W3 desvio remo o Figura 3 3 Influ ncia da W3 sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0303 Perante a tend ncia visualizada na Figura 3 4 afirma se que com um aumento da Y W3 a energia necess ria diminui Varia o da energia necess ria em T 0303 com a W3 43000 42000 41000 Energia kWh O O N AD D DDDANDAO DANADOS P T d E AN D GD AA DI SD PN PLS ALLENS TFTT LE A LGLPVYIDSLSOL LDL ASAS ASAS ASA SA SAS ASAS SASE SA SE SAIAS YW3 Figura 3 4 Influ ncia da W3 sobre a energia necess ria na coluna T 0303 Neste caso quer a energi
193. nado Parex Isomar Este processo a jun o de duas unidades como j referido a unidade 300 e 400 Neste conjunto de informa o apresentam se diagramas P amp l e de processo especifica es de equipamentos sendo estes de projecto dados da carga de xilenos e produ o di ria os consumos das fornalhas e ainda os caudais das correntes envolvidas Al m do referido anteriormente as composi es m ssicas di rias das correntes de sa da das colunas de destila o bem como as de entrada no Isomar do ano de 2008 tamb m foram fornecidas Os custos m dios do ano de 2008 relativos mat ria prima e de funcionamento de certos equipamentos tamb m foram proporcionados para a determina o do custo de opera o 2 1 1 Tratamento de informa es Uma an lise individual de cada documento foi efectuada dando particular import ncia aos diagramas P amp l e do processo para um posterior enquadramento dos equipamentos Ap s a dada an lise delimitaram se os caudais e composi es m ssicas das correntes envolvidas no processo bem como as condi es de opera o de cada equipamento Os dados relevantes foram seleccionados tendo em conta o programa de simula o utilizado e os restantes apresentam se em anexos Consultar Anexo A e B Em suma as informa es indispens veis para a simula o pretendida s o as condi es de entrada da corrente de alimenta o a uma dada coluna e de opera o dos equipamentos inerentes ao
194. nar do programa de simula o deve ser efectuado Tipicamente um programa de um simulador cont m as etapas demonstradas na Figura 1 10 10 Simula o da Produ o de Paraxileno INPUT Equipamento Sub rotinas Livraria 3 S w P E Termodin mica a Sub rotinas x 9 OUTPUT Converg ncia E Sub rotinas a G w H Propriedades 5 f sicas o a q g Custos T E Figura 1 10 Programa o t pica de um simulador Sinnot et al 2005 O programa de execu o controla e mant m a sequ ncia do c lculo do fluxo e informa o para e das sub rotinas Um outro conceito reflecte as sub rotinas dos equipamentos dispon veis m dulos que ap s a simula o disponibiliza os dados de sa da calculados atrav s dos dados de entrada Quanto s propriedades termodin micas existem sub programas dispon veis para o c lculo As propriedades f sicas podem ou n o estar dispon veis na forma adequada no simulador Aquando a sua aus ncia a sua inser o pode ser morosa e perante a disponibilidade de propriedades f sicas no programa um m todo de c lculo adequado s mesmas deve ser seleccionado A estimativa de custos de equipamentos e de opera o permite ao utilizador a r pida compara o entre custos de opera o de um flowsheet com outro Sinnott et al 2005 Em suma a simula o permite prever o comportamento de um processo para determinadas condi es sendo o resultado a vari
195. ncia da Quaoz sobre a produ o de p xileno s 71 Figura 3 18 Influ ncia da Qusoz sobre a pureza de p xileno i 71 Figura 3 19 Influ ncia da Tr sobre a produ o de p xileno 72 Figura 3 20 Influ ncia da Tr sobre a pureza de p xileno esee 72 Figura 3 21 Influ ncia da W7 sobre a produ o de p xileno 73 Figura 3 22 Influ ncia da W7 sobre a pureza de p xileno 73 Figura 3 23 Influ ncia da 1LIQFRIO sobre a produ o de p xileno 74 Figura 3 24 Influ ncia da 1LIQFRIO sobre a pureza de p xileno 75 Figura 3 25 Influ ncia da T s 306 sobre a produ o de p xileno ssssseeeeeeessessserrerrrnreessee 75 Figura 3 26 Influ ncia da T s E306 sobre a pureza de p xileno 76 Figura 3 27 Influ ncia da vaporizadoezos sobre a produ o de p xileno 76 Figura 3 28 Influ ncia da vaporizador30e sobre a pureza de p xileno 77 Figura 3 29 Influ ncia da ATE307 sobre a produ o de p xileno 78 Figura 3 30 Influ ncia da ATE307 sobre a pureza de p xileno 78 Figura 3 31 Influ ncia da Tconvz sobre a produ o de p xileno 79 Figura 3 32 Influ ncia da Tconpz sobre a pureza de p xileno
196. no AspenPlus Equipamento Par metro introduzido Valor do s par metro s Npratos 3 65 Pratos Nes Entrada acima do 34 prato Propos 1 4bar T 0303 P abar Npron3 5 Prato PROD3 77290kg h E 0302 TF3 193 C S1 AW3 0 022385 T 112 C ERNA io 1 2bar H 0301 Quo 14722330kcal h PO306A S Ppases1 9 8bar LV0302 Pwas 2 6bar POS07A S Pros 8 5bar 36 Tabela 2 10 Par metros introduzidos e seus valores nos equipamentos da coluna T 0306 no Simula o da Produ o de Paraxileno AspenPlus Equipamento Par metro a introduzir Valor do s par metro s Npratos 6 50 Pratos Nro Abaixo de 27 prato 1 090 Propos 1 4bar i Phases 1 9bar E 0304 Tre 198 C S2 W6 0 35 S3 DESTO 0 20824 eos E H 0302 Qhaoz 7192651kcal h P0310A S PBasE61 10 6bar LV0320 Pwas 3bar PO311 PoconDe 7bar Tabela 2 11 Par metros introduzidos e seus valores nos equipamentos da coluna T 0307 no AspenPlus Equipamento Par metro a introduzir Valor do s par metro s Noratos 7 60 Pratos Nez Acima do 21 prato T 0307 Propor 1 4bar Phaser 1 9bar Enchimento sea E 0310 Tez 142 C S4 YW7 0 18101 S6 TOLUENQ 0 011649 S5 1LIQFRIO 0 260 Tconn7 452C Ends Pconn7 1 2bar Vaporizadoe306 0 2745 E 0306 TEn 164 C E 0307 ATE307 23 C E 0308 Twez 422C E 0309 Tro
197. nta o por exemplo R indica que um registador ESTS 2007 Estes apresentam ainda alguma informa o extra sobre alguns equipamentos na zona superior do dado documento em pesquisa Os diagramas considerados de Flowsheet do processo designados por PFD s s o realmente teis no sentido de possu rem os valores de projecto da temperatura press o caudal e determinadas especifica es das colunas de destila o A partir destes foram retiradas as informa es denominadas de projecto Por fim os diagramas que cont m os dados reais t m informa o respectiva a um momento efectivo na produ o de paraxileno Nestes as unidades utilizadas s o C m h e Gauge para a temperatura caudal e press o respectivamente Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno No global no que relativo identifica o de cada equipamento esta alcan ada tendo em conta a primeira letra isto no caso de um aquecedor a nomenclatura ser um E seguido da malha em quest o Note se que as letras e o seu significado s o coerentes na l ngua inglesa onde por exemplo uma bomba descrita pela letra P pois em ingl s refere se como pump Al m dos documentos anteriores tamb m as especifica es dos equipamentos inerentes ao processo de produ o de p xileno foram disponibilizadas Por fim neste conjunto de informa es tamb m se enquadram as composi es m ssicas de uma dada corrente envolvente quer na unidade 0300 q
198. nte de acordo com a Figura 4 14 averigua se que a DEST6 a W7 e a Ts 30 S o mais adequados a 0 18399 0 16423 e 174 C respectivamente Interac es sobre pureza de p xileno 99 1 19 0 18399 0 22067 0 16423 0 20207 163 a il aa E N 100 0 es e s EE e s V5 TF6 188 0 M950 E 197 5 100 0 TF6 TCOND6 M 97 5 e 99 119 TCOND6 95 0 100 0 D6 9 e 0 18399 Do E 0 22067 s e u 95 0 100 0 W7 0 16423 WE 0 20207 a gs W7 H 95 0 Figura 4 14 Gr ficos das interac es sobre R2 para o caso 2 hip tese 2 Para os outros dois factores n o poss vel concluir quais as condi es mais favor veis para a pureza pois as interac es n o s o concordantes contudo visando satisfazer as interac es em causa para uma melhor pureza considera se que a situa o mais favor vel equivale a Tconve de 99 C pois n o altera os valores mais favor veis descritos anteriormente para a pureza Na mesma linha de racioc nio a Tre deve ser igual a 188 C para uma maior pureza de p xileno Das interac es analisadas verifica se que todas as vari veis possuem n veis contr rios quanto ao aumento na produ o ou na pureza logo um ensaio de optimiza o no AspenPlus variando os 5 factores foi efectuado Neste ensaio as condi es iniciais s o as actuais excep o de
199. nterac es sobre R para o plano 2 Por an lise da Figura 4 4 averigua se que para uma maior remo o de p dietilbenzeno a Tr e a W3 devem corresponder a 183 C e 0 015989 respectivamente 88 Simula o da Produ o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos Energia necess ria kWh Alpha 0 05 99 957 90 4 Factor Nome A TF3 B YW3 0 QH301 D TCOND3 804 704 604 507 404 304 204 Percentagem 104 5d 15 T T T T T T T 4000 3000 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 Efeito Figura 4 5 Gr fico normal dos efeitos para R para o plano 2 Quanto energia necess ria ap s visualizar o gr fico normal dos efeitos presente na Figura 4 5 verifica se que duas interac es e os 4 factores analisados t m efeito significante sobre a energia Conv m referir que os efeitos AB AD Ce D s o significativos apesar de parecerem estar sobre a linha devido s dimens es do gr fico no presente relat rio As interac es s o respectivas rela o entre Tr e W3 e entre Tr e Tcons Dado que as interac es demonstram o impacto de um factor sobre outro aquando a modifica o do n vel e podem aumentar ou diminuir os efeitos principais a sua avalia o extremamente importante Deste modo na Figura 4 6 apresentam se as interac es sobre a energia necess ria Interac es sobre a energia necess ria 0 015989 0 037309 102 122 45000 q E N E
200. ntexto variados autores revelam que a gama dos par metros deve ser efectuada tendo em conta a varia o que a mesma causa na fun o objectivo isto estabelece se primeiramente uma gama pretendida para o objectivo e de seguida calcula se a escala das vari veis escolhidas de acordo com o desvio pr estabelecido do objecto de optimiza o Seider et al referem que o m todo de procura pela gama de varia o da fun o objectivo designado por sec o de ouro determina a solu o ptima para um dado intervalo pr definido por m para se aplicar o m todo a fun o tem de ser cont nua e apenas com uma vari vel a manipular Estudaram ainda uma outra hip tese para casos com duas ou mais vari veis e verificaram que durante a constru o de uma simula o envolvendo balan os materiais e energ ticos etc para a dada unidade processual uma an lise do n mero de graus de liberdade deve ser efectuada Seider et al 2004 1 4 2 Optimiza o de um leito m vel simulado Parex O processo denominado como Parex como referido anteriormente um m todo de separa o inovativo que se baseia na adsor o selectiva para a recupera o de paraxileno 1 4 dimetilbenzeno de uma mistura de is meros arom ticos Cs consistindo em etilbenzeno o xileno m xileno e p xileno Kurup e tal 2005 Id ntico a um leito simulado m vel a unidade Parex consiste num conjunto de colunas interligadas em s rie onde o caudal de s lido
201. nto factorial foi empregado seguindo se a optimiza o da produ o 4 2 1 2 1 Hip tese 1 Para a produ o de p xileno existem 9 factores significativos e como o planeamento factorial completo n o pode ser aplicado s 9 vari veis nesta hip tese alteraram se as gamas da DEST6 e da Ts E306 A selec o destas ltimas vari veis teve como consequ ncia uma an lise aos factores significativos para a produ o e pureza de p xileno Como os valores de R2 para os 16 ensaios eram inferiores pureza pretendida 99 64 nesta hip tese estimaram se novas gamas para os dois factores YDEST6 e Ts 96 Simula o da Produ o de Paraxileno E306 que influenciam com uma confian a de 90 a pureza de p xileno O prop sito principal de evitar purezas de p xileno inferiores a 90 logo a estimativa das novas gamas al m de ser estipulada pelo plano estat stico efectuado apoiou se tamb m na an lise individual de ambas as vari veis No caso da DEST6 sabe se que quanto maior for menores purezas s o alcan adas logo optou se por diminuir o valor m ximo da gama de 0 24163 para 0 21543 Esta diminui o permite a varia o de uma raz o de refluxo de 3 64 a 4 94 Relativamente influ ncia da Ts 306 Verifica se que quanto maior a temperatura maior a pureza de p xileno Como a temperatura actual de 164 C optou se por diminuir o valor m nimo da gama deste par metro para 163 C Os novos n veis dos factores alterad
202. nto em 25 contudo como este permutador apenas para assegurar uma temperatura de sa da da corrente TOLUENQ e esta mantida esta incongru ncia foi desprezada Tamb m no permutador E 0308 o caudal de gua de arrefecimento foi aumentado em 25 de forma a obter um calor igual ou superior ao desejado o que foi atingido A rea de cada permutador foi obtida pelo simulador excep o dos equipamentos que n o permitiam que o simulador a determinasse Para o E 0307 E 0308 E 0309 E 0310 v m reas de 25 25 22 70 0 13 e 15 06m respectivamente Al m dos permutadores ali s da taxa de calor tamb m as temperaturas de base e de topo da coluna T 0307 foram violadas equivalendo a 164 e 124 C respectivamente quando os valores reais correspondem a 145 e 116 C A nica solu o para que as temperaturas se aproximassem das desejadas seria modificar a press o contudo esta altera o provocaria uma modifica o nas v lvulas e possivelmente na configura o da coluna e portanto estas diferen as foram desprezadas da mesma forma do que as temperaturas para a coluna T 0306 Um outro problema detectado consiste no que j foi retratado na carga de p xileno e de tolueno coluna T 0307 Como a carga de tolueno superior desejada existe uma implica o de uma maior frac o m ssica deste no destilado da coluna T 0307 equivalente a 0 9590 Neste caso no produto de base da T 0307 a frac o m ssica de tolueno de 0 0475
203. nvertidos em p xileno originando uma mistura de is meros arom ticos Ca em equil brio A corrente de sa da do reactor adicionada alimenta o fresca do Splitter de xilenos O caso de estudo de processo de produ o de p xileno na refinaria Galp no Porto aplica o ciclo Parex Isomar da UOP 1 3 Simula o de processos qu micos Actualmente a compreens o de um processo industrial cada vez mais relevante para o aumento da sua competitividade pois permite o conhecimento necess rio para posteriores implementa es ou modifica es em prol de uma melhoria ao dado processo Uma avalia o de um processo qu mico pode ser realizada quer por resolu o ou por altera o quer por modelagem ou simula o No mbito da simula o geralmente utilizam se simuladores de processo que permitem alcan ar resultados com o m nimo esfor o adicional pois s o dotados de propriedades f sicas e qu micas de compostos v rios tipos de equipamento entre outros revelando se um tema de interesse nas reas cient ficas Mediante a crescente procura de meios computacionais capazes de formular um processo de uma dada unidade industrial uma grande variedade de ferramentas de simula o disponibizada no com rcio nos dias de hoje Contudo o simulador de processos a adoptar num dado processo qu mico n o pr definido pois deve se ter em conta os existentes no mercado e as suas caracter sticas principais isto um estudo prelimi
204. nzeno 74 52 99 65 Posteriormente na Figura 2 3 apresenta se o flowsheet da coluna de purifica o do paraxileno T 0307 Neste a alimenta o corrente FCOLUNAY entra na coluna acima do 21 andar possuindo no total 60 andares A corrente FCOLUNAY7 o destilado da coluna T 0306 DESTO que pr aquecida no permutador de carca a e tubos E0310 com o produto de base quente WQY7 Esta coluna apresenta uma particularidade dado ser de enchimento e possui tr s zonas de enchimento A primeira zona respeita os primeiros 20 andares a segunda do 21 ao 40 andar e a terceira do at ao 60 andar Tendo em conta que o primeiro andar relativo ao topo da coluna Todas as zonas possuem um enchimento estruturado da MELLAPAK comercializado pela Sulzer que para a primeira e segunda zona do tipo 210XS e para a terceira do tipo 250XS As alturas de enchimento das zonas por ordem de sequ ncia equivalem a 11 2 10 7 e 9 8m Como no simulador utilizado quer o tipo 250XS quer o tipo 210XS n o existem como op o representaram se a primeira e segunda zona pelo tipo 170X e a terceira zona pelo tipo 250X O produto de base quente WQ7 ap s pr aquecer a alimenta o no E 0310 denomina se de WF7 e de seguida arrefecido no arrefecedor E 0308 com gua fria a 30 C WECOOL Tamb m o destilado que por ser principalmente tolueno se denomina de TOLUENQ arrefecido de 46 a 33 C no arrefecedor E 0309 utilizando gua fria a 30
205. o 3 equivale a 722 81 ton sendo melhor alterar somente a coluna T 0307 de um ponto de vista financeiro Quanto situa o actual projecto 1 esta apresenta o menor custo por tonelada de p xileno equivalente a 722 17 ton apesar de um menor volume de produ o do que os projectos 2 e 3 isto de 375 31 1ton dia Uma melhoria de 14 62ton ano de p xileno nos projectos 2 e 3 n o permite a diminui o do custo por tonelada do mesmo Conclui se que para um pre o de venda de p xileno por tonelada de produto equivalente a 749 10 todos os projectos anteriores apresentam uma margem de lucro superior a zero Em suma nem o projecto 2 nem o projecto 3 permitem alcan ar uma solu o ptima a n vel econ mico logo a situa o actual a mais ben fica Recomenda es a trabalhos futuros e Desenvolvimento da simula o do processo de produ o de p xileno isto simular o conjunto Parex Isomar e Varia o das especifica es de cada equipamento na simula o e verificar influ ncia sobre a optimiza o e Simula o no modo din mico do processo no Aspen Realiza o de testes de recupera o de p xileno na coluna T 0307 com diferentes cargas de p xileno 122 Simula o da Produ o de Paraxileno Refer ncias bibliogr ficas Akpolat O Gunduz G Isomerization of M xylene Journal of Applied Sciences 5 2 2005 pag 236 248 Aspentech AspenPlus em linha 2008 refer
206. o Plackett Burman seguindo se um plano factorial completo do tipo 2 este auxiliado pelo Minitab15 programa estat stico o Minitab15 que permite a an lise e quantifica o da signific ncia dos factores De referir que os gr ficos elaborados neste programa foram constru dos para um intervalo de confian a de 95 alpha 0 05 De salientar que esta ferramenta estat stica uma vers o acad mica disponibilizada pelo Minitab15 durante um per odo de experimenta o 4 1 Optimiza o da coluna T 0303 Pretende se maximizar o caudal m ssico de p dietilbenzeno dessorvente no produto de base da coluna A restri o manter a composi o m ssica de dessorvente igual a 0 9965 no produto de base Outra fun o objectivo ser o consumo energ tico onde se assumiu que a soma de todas as pot ncias dos equipamentos envolvidos por uma hora representavam a energia necess ria para o dado processo em kWh Isto o outro objectivo minimizar a soma das pot ncias em valor absoluto mantendo a remo o de dessorvente e as composi es m ssicas No sub cap tulo 4 1 1 descreve se o planeamento experimental e dado que existem duas fun es objectivo efectuaram se dois tipos de planos denominados de plano 1 e plano 2 O plano 1 e plano 2 apresentam se nos cap tulos 4 1 1 1 e 411 2 respectivamente O plano 1 tem em conta a remo o de dessorvente e o plano 2 al m da remo o de dessorvente tamb m analisa a energia neces
207. o corte lateral dado que este n o se encontra presentemente funcional 25 Simula o da Produ o de Paraxileno gt O permutador E 0306 tem dois tipos de fluidos o frio origin rio da coluna T 0307 e o quente proveniente de outro processo nomeadamente a T 0308 e por tal foi assumido para simplifica o que este permutador um aquecedor visto que o processo do fluido quente n o foi avaliado gt Os calores dos permutadores e condensadores devem ser superiores aos valores de projecto dado que n o se possuem os valores reais de efici ncia assumindo se que desde o ano de implementa o at ao momento a transfer ncia de calor n o ideal isto ocorrem perdas Quanto aos caudais assumidos conv m referir que os valores destes s o provenientes de um balan o m ssico a cada uma das colunas tendo em conta a informa o cedida Os balan os materiais encontram se no anexo B Outras condi es foram adoptadas respeitantes a equipamentos auxiliares como press o de sa da de uma bomba temperatura do fluido quente num permutador entre outras Todavia estas n o ser o discutidas por uma quest o de simplicidade sendo demonstrados os valores assumidos na simula o no sub cap tulo posterior isto seguidamente demonstram se quais as informa es a utilizar no simulador 2 1 3 Informa o para o simulador A fase final da recolha de dados consistiu em expor os dados que se utilizariam no AspenPlus Dado qu
208. o de refluxo no topo de 3 80 Neste caso estabeleceu se a gama tendo como base a raz o de refluxo sendo 30 da raz o de refluxo actual ou seja de 2 66 a 4 94 o que equivale a uma DEST6 de 0 27307 a 0 16827 respectivamente O passo usado foi de 0 00524 tendo em conta a frac o pois o inserido no simulador Por m no decorrer da an lise de sensibilidade a partir da DEST6 equivalente a 0 24163 ocorria o crossover do permutador E 0307 derivado a um aumento na temperatura de base da coluna T 0307 de 164 a 167 C Deste modo esta vari vel foi analisada entre 0 16827 a 0 24163 68 Simula o da Produ o de Paraxileno Varia o da produ o de p xileno com a Y DEST6 Figura 3 13 Influ ncia da DEST6 sobre a produ o de p xileno Um aumento da DEST6 promove um acr scimo na produ o at 375 355 ton dia at 0 21019 Para valores de DEST6 superiores a 0 21019 a produ o de p xileno tende a estabilizar sendo na gama de 0 21019 a 0 24163 que se deve trabalhar para maximizar a produ o Varia o da pureza de p xileno com a YDESTO Figura 3 14 Influ ncia da DEST6 sobre a pureza de p xileno Todavia a gama que promove uma maior produ o tamb m privilegia uma diminui o na pureza de p xileno como se pode visualizar na Figura 3 14 No caso da pureza de p xileno os valores mais pr ximos a 99 64 m m referem se a YDEST6 entre 0 19447 e 0 21019 Influ nci
209. o de 99 64 Em suma nenhuma das hip teses analisadas permite a melhoria anual m xima prevista de 15 30ton ano de p xileno Perante tal acontecimento uma outra alternativa estudada que descrita no cap tulo 4 3 4 3 Optimiza o da coluna T 0307 Neste sub cap tulo pretende se realizar uma optimiza o individual coluna T 0307 mas com as melhores condi es da coluna antecedente a T 0306 Deste modo do sub cap tulo anterior sabe se que quer na situa o actual quer nos ensaios da hip tese 3 a carga de p xileno coluna T 0307 a m xima de acordo com uma alimenta o fixa coluna T 0306 contudo a situa o actual mais fi vel dado que n o viola nenhuma condi o logo foi a assumida para optimiza o da coluna T 0307 Para a presente optimiza o as vari veis de optimiza o consideradas s o as 8 relativas coluna T 0307 isto a Trz a Tconvy a W7 a ILIQFRIO a TOLUENQ YvaporizadoE306 aT s E306 AT E307 Analogamente optimiza o do conjunto das colunas T 0306 e T 0307 neste caso tamb m se pretende maximizar a produ o de p xileno contudo as condi es associadas optimiza o individual da coluna T 0307 n o s o as mesmas que as adoptadas anteriormente Neste caso a fun o objectivo a diferen a entre o p xileno de entrada e o de sa da em W7 na coluna T 0307 pois com as condi es iniciais sendo as actuais o sistema era dif cil de convergir Al m disso teve
210. o de colunas de 24 a 28 No entanto constataram que 24 colunas seriam o n mero ptimo A informa o referente optimiza o do Parex sem d vida contradit ria pois Minceva e Rodrigues consideram que vantajoso trabalhar com uma recupera o de p xileno de 90 pois na gama de 90 a 98 quanto maior a recupera o menor a produtividade e maior o consumo de dessorvente E de interesse referir que a recupera o n o de todo o factor mais importante dado que o p xileno perdido no refinado reciclado no processo circulando para o reactor de isomeriza o o Isomar antes de entrar novamente no Parex atrav s da corrente de alimenta o As condi es de opera o mais comummente alteradas ou testados para uma melhoria no processo de adsor o selectiva s o o tipo de adsorvente como o Pot ssio modificado Y ze lito Kurup et al 2005 e o B rio modificado Faujasite Minceva e Rodrigues e ainda ocorrem estudos para aplicar o ZSM 5 Takaishi et al 1998 o tempo de troca dura o de tempo de uma dada posi o da v lvula rotativa que segundo Minceva deve ser menor cerca de 4 e superior cerca de 2 6 relativamente s condi es de opera o do Parex a configura o da coluna como o n mero de colunas comprimento e di metros entre outras condi es e volumes de recolha De acordo com Kurup et al existem tr s m todos capazes de simular o processo Parex com bons resultados e estes encontram se presentes
211. o do capital fixo de investimento Um outro tipo de custos de opera o como referido anteriormente o custo fixo associado a uma dada produ o Os custos fixos englobam a deprecia o o finaciamento as taxas locais os seguros bem como as rendas De salientar que neste caso apenas se ir considerar o financiamento a manuten o e despesas suplementares pois as taxas locais os seguros e as rendas j se encontram inclu dos na situa o actual n o acrescentando qualquer valor a uma varia o do processo ou aquisi o de equipamento por exemplo Apesar dos custos anteriores se estimarem atrav s do capital fixo de um projecto verifica se que os custos fixos do projecto 2 e 3 s o os mesmos no valor de 31707 relativo a manuten o e despesas suplementares Para possibilitar uma base de compara o semelhante na situa o actual com as restantes tamb m se adoptou que os custos fixos do projecto 1 equivalem a 31707 ano Face outra parcela dos custos de opera o as despesas gerais que dizem respeito a custos de distribui o marketing e publicidade investiga o e desenvolvimento entre outros ser o desprezadas pois considera se que j se encontram presentes no momento actual Bibliografia consultada Peters S M Timmerhaus D K West E R Plant design and economics for chemical engineers Mc Graw Hill 5 ed 2008 XIV Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno G Resulta
212. o processo de destila o da coluna T 0307 com as condi es do ano de 2008 na refinaria da Galp no Porto 31 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 2 6 Valores do caudal de entrada nos permutadores E 0306 e E 0307 Caudal entrada Permutador kg h E 0306 17368 E 0307 40978 Dado os caudais de entrada apresentados na Tabela 2 6 sabe se que a frac o da corrente LIQDY7 em termos de caudais m ssicos a percorrer o E 0307 de 0 298 contudo o valor adaptado simula o foi 0 260 mediante os problemas de converg ncia Consultar valor adoptado para a frac o de 1LIQFRIO na Tabela 2 11 As composi es m ssicas quer do produto de topo DESTILAY7 quer do produto de base WF7 t m como refer ncia o dia 1 de Abril de 2008 Na Tabela 2 7 apresentam se as composi es m ssicas das correntes anteriormente referidas bem como a da alimenta o FCOLUNAY coluna de destila o T 0307 Tabela 2 7 Dados das composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna T 0307 Componentes Composi es m ssicas WF7 N o Arom ticos 0 008 Benzeno EE Tolueno Etilbenzeno 0 150 Paraxileno 99 69 Metaxileno 0 106 Ortoxileno 0 040 0 038 Finalizando as informa es referentes s colunas de destila o do processo apresenta se na Tabela 2 8 o calor cedido dos permutadores existentes nas figuras 2 1 2 2 e 2 3 Tabela 2 8 Calor cedido dos aquecedo
213. o volume quer os custos de produ o no projecto 1 s o os menores aquando compara o com os projectos 2 e 3 Apesar dos projectos 2 e 3 apresentarem um maior volume de produ o apresentam custos de produ o de p xileno superiores ao projecto 1 Averigua se que o projecto 2 o que apresenta maiores custos de produ o apesar da produ o ser superior do que no projecto 1 e id ntica ao do projecto 3 Apesar de se aumentar a remo o de dessorvente a altera o da coluna T 0303 aumenta os custos de produ o de p xileno Em suma da Tabela 5 3 verifica se que um maior volume de produ o de p xileno implica maiores custos de produ o 5 3 Conclus es O custo por tonelada de p xileno inferior no projecto 1 e superior no projecto 2 Todos os projectos 1 2 e 3 apresentam um custo por tonelada de p xileno inferior ao de venda nos valores de 722 17 723 39 e 722 81 ton respectivamente Conclui se que para um pre o de venda de p xileno por tonelada equivalente a 749 10 todos os projectos apresentam uma margem de lucro n o nula Quanto ao volume de produ o de p xileno o menor valor referente ao projecto 1 de 127605 74ton ano e o maior valor respectivo aos projectos 2 e 3 de 127620 36 ton ano O custo de produ o de p xileno menor no projecto 1 equivalente a 93 188 708 38 ano e maior para o projecto 2 referente a 93 360 162 60 ano Conclui se que apesar do aumento de produ
214. odu o de paraxileno E Condi es do processo Objectivo do Outras Processo Processo ee do tara Catalisador e caracter sticas Isomeriza o Semelhante ao Aumentar a Isomar UOP Octafining propor o de p 10 30 425 480 Pt Z olito H2 Isoforming xileno Exxon e Isarom IFP Separar o MAHI paraxileno de Fase Cat lise M bil uma mistura de gasosa ZSM 5 xilenos Cristaliza o Produ o de Cristaliza o de AMOCO paraxileno Atmos 2AP a E dois est gios Adsor o Separar o Peneiros Recupera o de Parex paraxileno de Fase 120 175 moleculares 97 de UOP uma mistura de l quida num leito as paraxileno xilenos m vel Fonte IPPC 2008 cap 8 pg 203 Na Tabela 1 3 apresentam se as condi es de opera o para as melhores t cnicas dispon veis para a isomeriza o cristaliza o e adsor o e os fabricantes das unidades Estas informa es s o de interesse para compara o a uma instala o j implantada ou para um eventual projecto de uma planta industrial que envolva as opera es apresentadas Simula o da Produ o de Paraxileno 1 2 3 Processo de produ o de paraxileno GALP Neste sub cap tulo ser dado nfase ao m todo processual adoptado na Galp da Refinaria do Porto para a produ o de paraxileno processo que se situa na f brica de arom ticos Para um enquadramento da f brica de arom ticos e sua rela o com a p
215. oler ncia de 0 0001 Neste sub cap tulo realizou se um planeamento experimental seguido de uma optimiza o descrito no cap tulo 4 2 1 Como diversas alternativas foram testadas apresentam se dois casos de planeamento o Caso 1 e o Caso 2 O Caso 1 respectivo a uma hip tese onde todos os par metros significativos resultantes do plano de crivagem s o optimizados no AspenPlus O Caso 2 relativo a uma tentativa de diminuir o n mero de vari veis significativas resultantes do plano de crivagem por altera o da gama de certas vari veis no intuito de possibilitar um planeamento factorial completo facilitando uma posterior optimiza o No Caso 2 estudaram se 3 situa es denominadas de Hip tese 1 2 e 3 que diferem nas vari veis cujas gamas foram alteradas ou na nova gama estimada Enquanto na Hip tese 1 se alterou a gama da Ts 30 YDESTO na Hip tese 2 alteraram se as gamas de Ts 30 YDESTO e W7 Na Hip tese 3 estimou se uma nova gama para DEST6 Por fim no cap tulo 4 2 2 apresentam se as conclus es gerais da optimiza o realizada 4 2 1 Planeamento experimental Da an lise de sensibilidade efectuada anteriormente concluiu se que treze vari veis podem ser consideradas como vari veis que influenciam as respostas na gama proposta Contudo quando o n mero de vari veis elevado deve se efectuar um planeamento experimental no sentido de diminuir o n mero de vari veis de decis o e selecciona
216. oler ncia quer o n mero de 115 Simula o da Produ o de Paraxileno itera es de um dado m todo alterado o que pode afectar ligeiramente as respostas obtidas de R1 e R2 e por sua vez influenciar o ptimo Neste mbito optimizou se no AspenPlus a coluna T 0307 variando os 5 factores filtrados do plano de crivagem Os resultados obtidos a uma toler ncia de blocos de 0 005 e para o m todo de optimiza o SQP a uma toler ncia de 0 0707 com 40 itera es apresentam se na posterior Tabela 4 27 Esta diminui o na toler ncia foi efectuada para que existisse uma converg ncia para uma solu o visto que o Aspen apresentou diversas dificuldades para alcan ar a resposta Ainda neste ensaio se ensaiou com o m todo de resolu o por equa es mas tamb m n o atingiu uma solu o pelo que a op o foi a diminui o da toler ncia mantendo o m todo sequencial modular Tabela 4 27 Resultados da optimiza o da coluna T 0307 variando os 5 factores no AspenPlus Factor Respostas Produ o Pureza YW7 TOLUENQ WILIQFRIO Vaporizadorsoe A e e ton m m 0 19177 0 011203 0 237 0 2765 166 77 375 354 99 64 Para averiguar que o ptimo encontrado n o se trata de um ptimo local procedeu se substitui o das condi es obtidas no ensaio anterior e realizou se uma nova optimiza o no AspenPlus Este procedimento foi efectuado at que as condi es geradas pelo simulador n o se alterem
217. oluna T 0303 plano 1 sendo a resposta o caudal di rio de p dieltilbenzeno removido pela base da coluna em ton dia Primeiramente seleccionam se as vari veis a estudar para discriminar o intervalo de cada uma a analisar Deste modo vem a seguinte tabela com as vari veis discriminadas bem como as suas gamas de trabalho Tabela H 1 Intervalo das vari veis Trs Tconoa YW3 e Quao para o plano da coluna T 0303 e e ne a ne fe 183 194 102 122 0 015989 0 037309 14721330 14723330 Sabendo que cada uma das vari veis assume apenas dois n veis inicia se a codifica o dos factores de modo a atribuir ao n vel mais elevado o valor de 1 e ao n vel menos elevado o valor 1 Esta codifica o realiza se empregando a express o 1 5 sendo a seguinte gt AA AR vo Onde x Valor do factor ap s codifica o X Valor do factor expresso em unidades de medi o correntes X AX m dia e amplitude dos valores de X para os dois n veis considerados expressa em unidades de medi o correntes Exemplificando para a vari vel Tes vem e des 885 h O mesmo se aplica para o n vel 1 para o qual o X seria 194 C ao inv s de 183 Em suma apresenta se de seguida a nomenclatura utilizada para cada vari vel para a posterior elabora o do plano Tabela H 2 Nomenclatura aplicada a Trs Tconps YW3 e Qh3o1 para o plano da coluna T 0303 E E it Eu nd eo Ap s ter todas as vari veis codifi
218. olver equivale ao n mero de vari veis Nya O problema neste caso reside nas v rias solu es poss veis o que se torna um desafio na maior parte dos casos para encontrar uma solu o que satisfa a o ptimo O segundo caso usual nos processos experimentais e unidades processuais onde Neq excede o Narn O que torna o problema sobre especificado Este acontecimento pode ser por exemplo originado por valores de caudais medidos que se encontram associados a erros de leitura e podem n o satisfazer as equa es de balan o material O outro caso prende se a um problema que n o se encontra totalmente especificado ou seja o n mero de equa es inferior ao das vari veis Neste caso utiliza se a optimiza o onde a diferen a entre o n mero de vari veis e de equa es equivale ao n mero de vari veis de decis o Np As vari veis de decis o s o as que s o iterativamente alteradas at atingir uma solu o ptima para a fun o objectivo Seider et al 2004 No caso de um simulador do tipo sequencial modular o n mero de graus de liberdade de um dado sistema equivale ao n mero de especifica es cedido pelo utilizador Definido o n mero de graus de liberdade e consequentemente as vari veis que ser o alteradas ou manipuladas para a procura do ptimo da fun o objectivo o m todo de procura do ptimo mediante as restri es do problema uma etapa delicada e que geralmente se apoia numa ferramenta computacional Ne
219. omposi o m ssica de tolueno Xror toLuena Na corrente de 0 9102 vem um caudal de destilado equivalente a 0 139ton h Seguidamente atrav s de um balan o material calcula se a carga da coluna T 0307 que equivale ao destilado da coluna T 0306 presente na express o B 2 O balan o o seguinte F TOLUENQ WF 15 694 0 139 15 833ton h B 2 Relativamente coluna T 0306 foi assumido de acordo com um parecer t cnico o caudal de alimenta o coluna de 62 78ton h logo realizou se um balan o de massa para determinar o produto de base Wre Ap s o balan o de massa constata se que o produto de base de 46 947ton h Por fim resta a determina o dos caudais envolvidos na coluna T 0303 e neste caso realizaram se algumas considera es dentre as quais e No produto de topo da T 0306 a composi o de dessorvente xp pp era nula assumindo se que o paraxileno existente era no destilado e No produto de topo da T 0303 a composi o em para dietilbenzeno Xprop pp era nula contendo somente paraxileno para efeito de c lculo Deste modo realizando um balan o ao paraxileno existente isto o que entra no Parex e o que sai no extracto e refinado resulta a express o D 3 PxXppx F x Xpx ra Fe X Xpx re tonpx h D 3 Onde P Caudal de carga ao Parex ton h F Caudal de alimenta o da coluna T 0303 ton hY Fs Caudal de alimenta o da coluna T 0306 ton h Anexos
220. on Columns Using Rigorous Models Computers and Chemical Engineering 2005 vol 29 pag 1203 1215 Hall Andreia Oliveira Planeamento Factorial In An lise de Vari ncia com dois ou mais factores Planeamento factorial em linha Universidade de Aveiro 2007 refer ncia de 12 de Mar o de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www2 mat ua pt pessoais ahall Bioestat C3 ADstica ANOVAcontinua pdf gt Haydary J Pavl k T Steady state and dynamic simulation of crude oil distillation using AspenPlus and Aspen Dynamics Petroleum amp Coal vol 51 2 pag 100 109 15 de Abril de 2009 Dispon vel na Internet em lt www vurup sk pc gt Hommerich U Rautenbach R Design and optimization of combined pervaporation distillation processes for the production of MTBE Journal of Membrane Science 1998 vol 146 pag 53 64 Hunt M J Petroleum geochemistry and geology Freeman 2 ed 1995 Nova lorque Invensys Sebenta Simulator PROII In PRO II Comprehensive Process Simulation em linha refer ncia de 3 de Junho de 2009 Dispon vel na Internet em lt http ips invensys com en products processdesign Documents PROIIComprehensive pdf gt IPPC Integrated Pollution Prevention and Control IPPC Reference Document on Best Available Techniques in the Large Volume Organic Chemical Industry em linha Fevereiro de 2003 refer ncia de 15 de Mar o de 2009 Dispon vel na Internet em lt http Avww
221. onsiderados de significantes sobre a remo o de dessorvente na base da coluna T0303 2 M todo de optimiza o do Minitab15 Como j referido utilizou se a optimiza o no Minitab15 pelo Response Optimizer Este programa permite determinar o ptimo global que o melhor de todas as solu es ptimas locais A solu o ptima global n o mais do que a melhor combina o dos n veis dos factores para alcan ar as devidas respostas Dado que para o plano 1 se optimizou a remo o necessita se apenas de definir o m nimo poss vel e qual o valor pretendido para optimizar O m todo de procura o gradiente reduzido e apoia se sobre uma fun o designada de desirability XXXII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Quanto mais perto se situar do valor pretendido o seu valor se aproxima da unidade e quanto menor mais perto de zero se situa O valor obtido desta fun o permite averiguar se o ptimo alcan ado fidedigno Em todos os casos de optimiza o efectuados a fun o possuiu valores superiores a 0 7 e foram admitidos como fi veis No presente caso como se pretende maximizar a remo o de dessorvente a fun o desirability d tem a forma presente na Figura H 2 D lt d lt 1 d 0 Figura H 2 Formato da fun o desirability para o caso de uma maximiza o XXXIII Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno Exemplo de c lculo di metro de coluna de destila o
222. os encontram se na Tabela 4 11 Tabela 4 11 Novos n veis da DEST6 e de Ts 306 para caso 2 hip tese 1 N vel DESTO Ts esoe C 1 0 16827 163 1 0 21543 174 Ap s o estabelecimento dos novos n veis dos factores anteriormente referidos elabora se um novo plano de crivagem id ntico ao presente na Tabela 4 7 com as respostas R1 e R2 De salientar que os valores de R2 para os 16 ensaios neste caso reflectiam purezas de p xileno superiores a 93 Os resultados do totido para os factores de an lise para a R1 e R2 apresentam se na Tabela 4 12 Tabela 4 12 Valores de tobtido sai os factores avaliados no plano de crivagem do caso 2 hip tese para as respostas R1 e R2 aa e F7 Para um intervalo de confian a de 95 e consequentemente um teaiculado de 4 303 apenas um factor relevante a DEST6 para R1 A pureza de p xileno designada como R2 para o mesmo n vel de probabilidade n o possui qualquer factor relevante Do plano de crivagem conclui se que o nico par metro significativo a DEST6 no seu valor m ximo de 0 21543 No sentido de se validar o plano realizou se um ensaio no simulador alterando apenas a DEST6 para 0 21543 e os resultados obtidos encontram se na Tabela 4 13 97 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabela 4 13 Valores obtidos da remo o de dessorvente da carga de p xileno T 0307 da pureza e produ o de p xileno anuais do ensa
223. otal de vari veis para a fase Il simula o do conjunto das colunas T 0306 e T 0307 de 20 e 18 vari veis respectivas s colunas T0306 e T 0307 Isto como as colunas foram simuladas em conjunto as dez primeiras vari veis na presente Tabela 3 6 n o s o consideradas Foo y O 92 De uma forma geral caso n o existissem imposi es ao processo as vari veis de optimiza o assumidas seriam as anteriormente apresentadas Contudo neste presente caso o processo apresenta certas condi es a manter constantes e deste modo no cap tulo 3 3 2 segue se um estudo s vari veis fixas 55 Simula o da Produ o de Paraxileno 3 3 2 Vari veis fixas A determina o das vari veis fixas permite reduzir o n mero de vari veis do processo para posterior an lise e simultaneamente respeitar as imposi es do processo A configura o quer da coluna T 0303 quer da coluna T 0306 n o pode ser alterada e portanto nem o n mero de andares nem o prato de entrada de alimenta o e nem a press o de topo e base da coluna podem ser alterados Nestas duas colunas T 0303 e T 0306 a corrente de alimenta o deve ser mantida constante quer a n vel de caudal m ssico quer a n vel de composi o m ssica e de temperatura pois adv m de um processo anterior As press es de sa da do condensador dos permutadores e das v lvulas n o podem ser alteradas para evitar a substitui o das v lvulas de controlo do processo e ev
224. ou se de ensaio 1A 85 Simula o da Produ o de Paraxileno De salientar que apesar da Qua n o ser significativo para a remo o de dessorvente de acordo com a Figura 4 1 na optimiza o efectuada no Minitab15 esta vari vel comparece no valor m nimo Esta influ ncia refor a o anteriormente referido no plano de crivagem onde se constatou que este factor afecta negativamente a R Desta optimiza o no Minitab15 os valores mais adequados dos factores bem como a resposta disponibilizada pelo Minitab15 e pelo AspenPlus encontram se na Tabela 4 3 Tabela 4 3 Valor dos par metros a utilizar no ensaio 1A de acordo com o Minitab15 e os resultados da remo o de dessorvente recorrendo ao Minitab15 e ao AspenPlus Factor Remo o di ria de dessorvente ton Tes A Quao1 ini C kcal h Minitab1 5 AspenPlus 0 015989 14721330 2962 006 2962 006 Verifica se que o valor obtido pelo Minitab15 e pelo AspenPlus da remo o de dessorvente o mesmo Enquanto que no Minitab15 se efectuou uma optimiza o no AspenPlus realizou se uma simula o com os par metros e seus valores como os indicados na tabela anterior A simula o no AspenPlus teve o intuito de verificar se existiam viola es ao processo e verificaram se duas viola es A bomba P0306A S excede em 810 919kW a pot ncia actual equivalente a 2027 166kW violando as condi es do processo Tamb m a W3 alterada resultando numa raz o de refl
225. p tulo 6 Conclus es finais e Recomenda es Refer ncias bibliogr ficas Anexos 10 14 21 24 24 32 38 38 51 51 52 53 59 82 82 91 111 118 118 119 120 121 123 127 ndice de Figuras Figura 1 1 Is meros do Xileno a ortoxileno b paraxileno c metaxileno d etilbenzeno 1 Figura 1 2 Reac o de oxida o do p xileno para produ o de cido tereft lico Moraes e EA OLO K h R S E E A E AE E RR 2 Figura 1 3 Produtos obtidos atrav s do p xileno Minceva 2004 2 Figura 1 4 Esquema representativo da separa o de paraxileno por cristaliza o num processo de duas fases denominado de Arco Chauvel et al 1989 4 Figura 1 5 Esquema representativo da separa o de paraxileno por adsor o do processo Parex UOP LLC 2006 b escuna dana nina dai nd caia ra esse 5 Figura 1 6 Isomeriza o do xileno Reac o de equil brio dos is meros de xileno na presen a de um cido no sentido de se maximizar o p xileno c isssisssseeaa 6 Figura 1 7 Isomeriza o do etilbenzeno na presen a de um cido de um metal e hidrog nio no sentido de se produzir um produto do benzeno 6 Figura 1 8 Esquema representativo da isomeriza o de xileno do processo Isomar UOP EEEO AE arsenal Si ERE Ad ae S EE EE E T A 7 Figura 1 9 Esquema representativo da produ o de paraxileno na Refinaria Galp no Porto Legenda T 0471
226. p xileno a 300K o catalisador muda de fase e ocorre uma adsor o de maior n mero de mol culas Segundo Reuben et al v rios autores referem que o uso de aluminosilicatos permite a isomeriza o do Etilbenzeno EB convertendo em xilenos evitando a desalquila o aumentando assim a quantidade produzida de paraxileno Neste contexto Lee et al pesquisaram uma isomeriza o em cat lise cida com um z olito natural modificado com i o met lico Ap s a sua activa o numa atmosfera de azoto a temperaturas superiores a 623K por 2h variaram o tempo e a temperatura de reac o com os xilenos Aferiram que um aumento no tempo de reac o implica a diminui o quer da convers o de o xileno em p xileno quer da selectividade do p xileno Um incremento da temperatura referido como um factor de acr scimo na convers o mas tamb m como uma decr scimo na actividade catal tica do catalisador Verificaram que quanto maior o tamanho do i o met lico maior a selectividade do p xileno e que a acidez se relaciona com a actividade catal tica do z olito A tentativa de utilizar membranas z olitas de MFI foi ensaiada por Dyk et al que pretendiam demonstrar o uso de um extractor catal tico para testar a selectividade da isomeriza o de metaxileno em paraxileno Ap s o pr tratamento membrana semelhante aos z olitos neste caso a 673K em azoto durante 4h variaram a temperatura de reac o e compararam os resultados de um reactor
227. peratura de entrada do fluido frio que depende do funcionamento de coluna T 0307 o que impossibilita por vezes numa dada simula o a transfer ncia de calor Para evitar estes obst culos assumiu se a especifica o supra mencionada Relativamente ao permutador com duas correntes do tipo HEATER como foi representado o E 0306 e tamb m no caso dos Aircoolers condensadores E 0312 E 0313 e E 0314 necessitam se de duas especifica es que podem ser duas das seguintes Temperatura Press o Frac o vaporizada da corrente de sa da Calor Graus de sobreaquecimento Graus de sobre arrefecimento Correla o dos par metros da press o DAS Q gt Em ambos os casos a temperatura de sa da do permutador foi uma das especifica es seleccionadas dado que foram disponibilizadas as temperaturas reais entrada e sa da dos condensadores No caso do E 0306 a temperatura de sa da foi assumida pois o fluido quente n o foi considerado assumindo que o permutador um aquecedor permitindo deste modo evitar um aquecimento n o exequ vel na actualidade No caso dos Aircoolers a outra especifica o a press o pois como n o se consideraram os recipientes que se seguiam condensa o e estes asseguravam uma dada press o e temperatura corrente de retorno coluna de destila o estas especifica es s o as mais apropriadas Quanto ao permutador E 0306 o outro factor seleccionado foi a frac o de vapo
228. posta Por planeamento factorial entende se um estudo completo de todas as combina es poss veis aos n veis dos factores a investigar Este mais eficiente quando a um conjunto de v rias experi ncias se encontra ligado um estudo de efeitos de dois ou mais factores Um n vel de um factor n o mais do que o valor que ele toma numa dada experi ncia e geralmente por conveni ncia ocorre a codifica o dos factores para que ao maior e menor valor do factor sejam atribu dos os valores 1 e 1 respectivamente Esta convers o baseia se na aplica o da express o 1 5 RR pas 1 5 Onde x Valor do factor ap s codifica o X Valor do factor expresso em unidades de medi o correntes X AX m dia e amplitude dos valores de X para os dois n veis considerados expressa em unidades de medi o correntes Quando as vari veis em quest o apenas possuem dois n veis para o estudo do efeito das mesmas sobre a resposta normalmente utiliza se um planeamento factorial do tipo 2 onde k representa o n mero de vari veis Para um plano do tipo 2 o modelo completo deve conter 2 1 efeitos e pode ser de replica o nula dupla ou afim Neste caso assumida uma resposta linear na gama dos n veis dos factores correspondentes Quando a altera o do n vel de um factor provoca uma mudan a na resposta define se como efeito principal Em certas experi ncias pode se constatar que a diferen a da resposta entre dois n
229. r a gama que mais influencia a resposta em causa Neste contexto aplica se o planeamento factorial completo do tipo 2 mas para 13 vari veis necess rio realizar 8192 2 ensaios logo precedeu se um planeamento de crivagem na tentativa de diminuir o n mero de vari veis O planeamento de crivagem aplicado foi o de Plackett Burman com um N 16 com 15 factores sendo 2 factores fict cios As gamas a utilizar deveriam ser as anteriormente referidas por m ao variar todos os par metros existiam inviabilidades crossover nos permutadores E 0304 e E 0307 que apenas se superaram alterando as gamas de duas vari veis Tre ATE307 temperatura m xima da corrente de alimenta o coluna T 0306 era limitada pelo ensaio n mero 5 e a diferen a de temperaturas do fluido quente e frio do E 0307 era confinada pelo ensaio 15 Para ambas diminuiu se o valor m ximo da respectiva gama isto a temperatura de alimenta o da coluna T 0306 passou de 201 a 197 5 C e a diferen a de temperaturas entre o fluido quente e fluido frio do permutador E 0307 em vez de ter o m ximo em 24 5 C tem o limite de 22 6 C para permitir os 16 ensaios a realizar neste plano de crivagem Ap s a elabora o dos ensaios realiza se um teste estat stico com o t de student e neste caso como o n mero de factores fict cios equivale a 2 das tabelas do t de student a um n vel de probabilidade de 95 e 2 graus de liberdade vem t 4 303 Da mesma forma para
230. r na corrente de sa da Para esta escolha n o se consideraram certas op es e s o posteriormente justificadas e A press o n o se altera o que invalida as especifica es b e 9 e O calor n o deve ser inserido devido aos c lculos que o AspenPlus tem de realizar e n o convergir nos ciclos iterativos iniciais como anteriormente referido no caso dos permutadores de pr aquecimento e N o se forma vapor sobreaquecido ou l quido comprimido o que invalida as especifica es e e f Nas bombas centr fugas tamb m obrigat rio a inser o de uma caracteriza o da mesma que pode ser a Press o de descarga b Aumento da press o c Raz o de press o press o de sa da para press o de entrada 35 Simula o da Produ o de Paraxileno d Pot ncia e Curva da bomba Na simula o efectuada optou se pela press o de descarga dado que todos os par metros permitem a determina o da pot ncia excep o da al nea d que determina a press o de descarga No entanto n o se possuem as curvas das bombas logo esta especifica o n o admitida e deve se evitar um c lculo interm dio como o indicado na c logo este par metro tamb m n o foi considerado Bem como as bombas as v lvulas necessitam de uma especifica o e apesar de serem de controlo assumiu se para efeito de simula o v lvulas cujo objectivo manter uma press o Neste caso apenas existem duas alternativas ou se especif
231. re a Tconve a YDESTO a W6 a Quaos W7 a 1LIQFRIO a Ts e306 ATE307 DOS 9 factores em termos absolutos enquanto o maior valor de tobtido pertence DESTO equivalente a 187 126 o menor referente a Quso gt respectivo 9 875 Para a R2 a an lise id ntica e para um n vel de probabilidade de 0 05 existe apenas um factor com significado estat stico a DEST6 com um tobido de 9 4 sinal contr rio do que quando a resposta a produ o de p xileno O factor id ntico s duas respostas R1 e R2 a 95 de confian a a DEST6 contudo enquanto o factor para a R1 tem uma influ ncia positiva para a R2 tem uma negativa Quanto R3 energia necess ria esta possui 5 factores com influ ncia a YDESTS a Tre a frac o de W7 a vaporizadogso a Ts E306 excep o do vaporizadorsos todos os outros par metros tamb m afectam a produ o de p xileno Determinado o n mero de factores com significado estat stico deve se verificar os efeitos e interac es das vari veis sobre a resposta Como o objectivo principal maximizar a produ o de p xileno a uma pureza de pelo menos de 99 64 o consumo energ tico n o vai ser assumido como resposta neste momento logo a vaporizado soe n o ser integrante das vari veis para um plano completo A determina o dos efeitos e interac es auxiliada por um planeamento factorial completo com 9 vari veis a dois n veis cada 2 O plano 2 necess
232. relativo ao desejado para compara o entre o valor desejado e valor obtido para os par metros que promovem uma discrep ncia Este desvio relativo determinado pela express o 2 2 Valor desejado 7 Valor obtido DesviO relativo 00 2 2 Valor desejado As diverg ncias verificadas para a etapa 1 s o respectivas aos calores do condensador e permutador de pr aquecimento Qes 2 Qeso pot ncia da bomba POS06A S O calor transferido quer no E 0312 quer no E 0302 superior ao desejado contudo este excesso de calor permitido de acordo com as condi es no cap tulo 2 4 Como o equipamento seleccionado para o condensador n o permite a determina o da rea esta n o apresentada contudo sabe se que a rea do permutador E 0302 da simula o equivalente a 198 9m Como nem todos os equipamentos representados na simula o que constituem processos de transfer ncia de calor possibilitam a determina o da rea necess ria este resultado n o foi debatido A op o foi assim verificar se o calor inerente a um processo era igual ou superior ao desejado dado que n o poss vel controlar ambos os par metros no simulador Uma outra diferen a verificou se na pot ncia da bomba P0306A S pois a pot ncia obtida de 2027kW o que um valor extraordin rio aquando compara o com 250kW valor de projecto Contudo e como o caudal de entrada na bomba n o o mesmo que a situa o actual foi
233. res arrefecedores existentes nos processos de destila o da coluna T 0303 T 0306 e T 0307 Q Inser o no diagrama Equipamento kcal h de processo da coluna de destila o E 0302 1217160 T 0303 E 0304 829000 T 0306 E 0308 549360 E 0309 2772 T 0307 E 0310 103320 Ap s a apresenta o das informa es teis para o simulador a escolha do equipamento de forma a assemelhar o existente no processo em avalia o discutida 2 2 Selec o do equipamento O equipamento no AspenPlus foi selecto de acordo com as especifica es dos mesmos os resultados gerados e os dados poss veis de inserir nas fichas dos mesmos Neste contexto apresentam se os equipamentos que melhor representam o processo de produ o de paraxileno utilizando para o efeito o AspenPlus gt As colunas de destila o T 0303 T 0306 e T 0307 foram representadas por coluna simples do conjunto da PetroFrac pois al m de espec ficas para opera es de destila o de petr leo permitem projectar colunas complexas incluindo o enchimento calcular quedas de press o integrar uma fornalha coluna de destila o e n o necessitam de estimativas 32 Simula o da Produ o de Paraxileno gt As fomalhas H 0301 e H 0302 necessitam de uma especifica o e a seleccionada foi a taxa de transfer ncia de calor gt Os aeroarrefecedores igualaram se aos Aircoolers introduzindo se a press o e temperatura de sa da
234. rgia necess ria na coluna T 0303 Um aumento ligeiro da energia necess ria em T 0303 com o aumento do calor da fornalha H 0301 constatado na Figura 3 8 O valor m nimo e m ximo de energia corresponde a 41322 6 e 41324 9kWh para um calor de 14721330 e 14723330kcal h respectivamente Em suma o calor fornecido pela fornalha apenas afecta em termos energ ticos Conclus es gerais A remo o de dessorvente n o influenciada individualmente por Quao1 Quanto energia necess ria para o processo todos os par metros avaliados a influenciam Enquanto para as varia es da energia com os factores avaliados visualizava se uma certa tend ncia para o desvio percentual de dessorvente esta era ausente Conclui se que a remo o de dessorvente por depender exclusivamente do caudal m ssico um desvio igual ou inferior a 1kg h origina diferentes resultados para as mesmas condi es A Tconps a 117 C e a R Rbases de 54 2 s o os par metros que possibilitam um menor desvio de 0 033 e 0 075 respectivamente Para estes valores a energia consumida equivale a 41351 4 e 42304 0kWnh respectivamente Tendo em conta uma maior remo o de p dietilbenzeno a melhor condi o diz respeito a uma temperatura de sa da do condensador de 117 C Apenas 3 vari veis influenciam na gama estipulada a remo o de dessorvente e correspondem Tts W3 e Tconos Para a energia necess ria ao processo conclui se que todos os par
235. ri veis resultantes do plano de crivagem para a resposta R1 na gama seleccionada para realiza o da matriz presente na Tabela 4 7 Nesta hip tese realizou se no simulador um ensaio de optimiza o pelo m todo sequencial quadr tico com as 9 vari veis resultantes do planeamento de crivagem e variaram se nas respectivas gamas Na Tabela 4 9 evidencia se a produ o ptima e a melhoria anual para 340 dias de opera o Para as condi es iniciais sendo os valores da simula o actual v m na Tabela 4 10 os valores ptimos para as 9 vari veis Tabela 4 9 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno para o caso 1 Produ o de p xileno Melhoria anual ton dia ton ano 375 315 1 36 Verifica se uma ligeira melhoria anual equivalente a 1 36ton quando comparada com a possibilidade de aumento de produ o de 15 30ton ano Contudo o problema neste caso reside na separa o de p xileno do tolueno pois a carga de p xileno coluna T 0307 de cerca de 375 355ton dia e esta apenas produz 375 315ton dia Eventualmente sem alterar a carga coluna T 0307 a melhoria anual m xima permitida seria de 15 26ton A possibilidade de melhoria produ o de p xileno consiste ap s a optimiza o no caso 1 de 13 94 ton ano Tabela 4 10 Valores ptimos das vari veis Tre Tconve YDESTO W6 Quaoz YW7 HILIQFRIO Ts E306 AT E307 para o caso
236. rnar o dado processo mais competitivo e o mais actual poss vel Com efeito o estudo de um processo fornece toda a informa o sobre o mesmo e possibilita a an lise de uma potencial optimiza o Relvas et al 2002 De facto a optimiza o de um processo fundamenta se na sua melhoria permitindo aumentar a competitividade da unidade industrial e alcan ar a procura do dado produto com menores gastos quer energ tica quer economicamente O objectivo da optimiza o a procura do ptimo que seja solu o do sistema em causa que poder ser maximizar os proveitos o que implicar uma minimiza o dos custos de opera o da unidade maximizar rendimentos reduzir a manuten o ou reduzir custos de labora o entre outros crit rios estabelecidos pela gest o industrial A primeira etapa numa optimiza o a defini o do objectivo principal e esta pode ser efectuada no projecto de uma nova unidade ou sobre uma j existente Actualmente com o desenvolvimento de novas tecnologias para optimiza o de um processo o n mero de ferramentas associadas a m todos computacionais vasto e estas por sua vez possuem um menor tempo associado ao c lculo inerente As ferramentas computacionais permitem uma maior organiza o de informa o pois consistem em base de dados apropriadas para o desenvolvimento de um processo qu mico Contudo apesar de se utilizar um m todo computacional a formula o do problema continua a ser um dos
237. rocesso de adsor o e por conseguinte a sua remo o deve ser efectuada para n o prejudicar os processos posteriores A remo o do p dietilbenzeno efectua se por destila o onde o produto obtido na base da coluna de destila o e o dessorvente removido quer do extracto quer do refinado s o misturados e reenviados ap s purifca o para a coluna de adsor o pela v lvula rotativa De referir que para manter a qualidade do dessorvente a corrente anterior passa por um conjunto de colunas T 0308 e T 0309 para a recupera o de dessorvente Apesar de n o se encontrarem inseridas na Figura 1 9 geralmente encontram se acopladas ao Parex de modo a facilitar o reenvio de dessorvente aos leitos de adsor o A coluna T 0306 permite remover o dessorvente do extracto e reencaminhar o topo obtido com cerca de 98 8 de paraxileno para uma posterior coluna de purifica o designada de T 0307 com a fun o de remover qualquer tolueno existente e alcan ar uma pureza de 99 6 em paraxileno Antes do refinado entrar no processo Isomar tratado na coluna de destila o T 0303 onde se remove o dessorvente pela base da coluna e a alimenta o do reactor o produto de topo da mesma que cont m essencialmente m xileno o xileno e etilbenzeno sendo o paraxileno uma frac o m ssica muito reduzida cerca de 2 No reactor de isomeriza o B num meio catal tico em presen a de hidrog nio os xilenos o xileno e m xileno s o co
238. rodu o de p xileno posteriormente sintetiza se o processo Assim iniciando se pela f brica de combust veis sabe se que desta que prov m o reformado que servir de alimenta o unidade 0100 Desta unidade U0100 resulta um corte de Cs que encaminhada para a unidade 0300 com o objectivo de produzir p xileno de elevada pureza Outra unidade inserida neste processo a unidade 0400 que promove a produ o de p xileno atrav s de uma reac o pois o resultante desta ap s remo o de o xileno retorna unidade 0300 De salientar que a UO300 e U0400 possuem o Parex e o Isomar respectivamente como principais unidades A unidade U0300 e U0400 s o as de maior interesse pois focalizam a produ o de p xileno e como os processos de adsor o selectiva e isomeriza o j foram discutidos nos subcap tulos anteriores apenas se realizar a descri o do processo da Galp tendo em conta estas duas unidades De uma forma geral o processo constitu do por quatro colunas de destila o e duas unidades processuais o Parex e o Isomar tal como esquematizado na Figura 1 9 Tolueno Mistura de xilenos Extaeto Paraxileno Alimenta o fresca gt Produ o de o xileno T 0303 Refinado Reciclagem Figura 1 9 Esquema representativo da produ o de paraxileno na Refinaria Galp no Porto Legenda T 0471 Coluna de separa o de xilenos Splitter de xilenos A Unidade de adsor o P
239. rrefecedor e aquecedor respectivamente Esta admiss o foi efectuada porque no momento actual o calor respeitado O custo total das utilidades para a unidade 0300 e unidade 0400 equivale a 22 774 006 20 Deste modo para as duas unidades em quest o os custos de produ o equivalem a 143 989 658 37 o que equivale soma entre os gastos das mat rias primas e despesas inerentes s utilidades e os custos fixos Al m dos custos conv m mencionar o ganho nas unidades 0300 e 0400 e na Tabela 2 17 constam as produ es e vendas anuais para cada produto obtido nestas unidades tendo em conta um pre o de venda m dio relativo ano de 2008 Tabela 2 17 Produ o pre o unit rio e vendas anuais para cada produto obtido na unidade 0300 e 0400 Produ o ton dia Pre o venda ton Vendas anuais 375 311 749 10 95589459 83 3 360 603 60 689552 64 46 514 588 91 9313470 31 126 755 31159959 21 20 307 3182850 14 Arom ticos Pesados 19 241 635 24 4155712 79 Do Ta Soa areor T44 091 004 92 Tendo em conta que as vendas correspondem a 144 091 004 92 de acordo com a Tabela 2 17 e os custos totais de produ o da unidade 0300 e 0400 equivalem a 144 049 165 62 as receitas equivalem a 101 346 55 Adoptando um perfil de produ o de 64 para o p xileno determinam se os custos de produ o de p xileno utilizando a express o 1 3 e o custo anual de p xileno de 722 17 ton De seguida uma
240. rtir de uma an lise ao processo actual na qual se averiguou que se poderia no limite produzir mais 15 30ton ano de p xileno no conjunto de colunas T 0306 e T 0307 remover mais 1 36ton ano de dessorvente na coluna T 0303 e diminuir a energia necess ria para o processo Da optimiza o coluna T 0303 obteve se uma melhoria de remo o de 0 34ton ano de dessorvente e uma diminui o na energia necess ria para 333 24 10 kWh por ano Para obter esta optimiza o houve necessidade de ultrapassar em 109 852kW a pot ncia da bomba P0306A S e alterou se a raz o de refluxo na base para 46 1 A optimiza o conjunta das colunas T 0306 e T 0307 apenas possibilita uma melhoria de p xileno de 3 4ton ano De uma optimiza o individual da coluna T 0307 mantendo a coluna T 0306 nas condi es actuais obteve se uma melhoria na produ o de p xileno de 14 62ton ano Neste ensaio as pot ncias do condensador E 0314 do reebulidor E 0306 e da bomba P0314A S excedem as actuais em respectivamente 35 71kW 35 74kW e 0 12kW Enquanto para a situa o actual o custo de p xileno equivale a 722 17 ton para a optimiza o simult nea da coluna T 0303 e T 0307 de 723 39 ton e para a optimiza o de apenas da coluna T 0307 de 722 81 ton Perante um pre o de venda actual de p xileno de 749 10 ton todas as situa es s o favor veis Em suma poss vel uma optimiza o processual mas o custo por tonelada
241. s ria ao processo de destila o na coluna T 0308 82 Simula o da Produ o de Paraxileno Todos os ensaios efectuados apoiaram se sobre o tipo sequencial modular no modo de simula o ou de optimiza o de acordo com o prop sito Os ensaios realizados no modo de simula o por regra geral utilizam o m todo Wegstein para resolu o do problema Contudo quando este n o possibilitava a converg ncia dos ensaios ap s aumento do n mero de itera es e aumento da toler ncia o m todo de Broyden era seleccionado A optimiza o foi realizada no AspenPlus com o m todo sequencial quadr tico com uma toler ncia de 0 01 visto que a toler ncia dos blocos era 0 0001 para uma melhor optimiza o a toler ncia do m todo de optimiza o deve ser a raiz quadrada da dos blocos No sub cap tulo 4 1 2 apresentam se as conclus es gerais sobre o planeamento experimental e a optimiza o efectuada ao processo de destila o na coluna T 0308 4 1 1 Planeamento experimental Da an lise de sensibilidade efectuada anteriormente quatro vari veis podem ser consideradas como vari veis de optimiza o na gama proposta para a coluna T 0303 tendo em conta ambas as respostas Por m para a remo o de dessorvente um par metro n o influenci vel e no sentido de validar as influ ncias de todas as vari veis outrora referidas optou se por realizar um planeamento de crivagem para verifica o das vari veis de decis o
242. s variados presentes na Tabela 4 20 o estudo das reas de transfer ncia de calor e pot ncias das bombas deve ser realizado a fim de se determinar se existem viola es ao processo Neste mbito verifica se que o permutador E 0310 excede em 0 13m a rea actual de 15 06m e que a bomba P0310 necessita de uma pot ncia superior existente equivalente a 61 8kW de 10 1kW Este ensaio viola tr s premissas do processo a modifica o da coluna T 0306 devido altera o da raz o de refluxo da base e da pot ncia da bomba P0310 e pela rea necess ria para a transfer ncia de calor no permutador E 0310 Como o ensaio anterior invi vel experimentou se avaliar a resposta variando para o efeito as 6 vari veis Assim um ensaio de optimiza o da produ o denominado de ensaio B realizado no AspenPlus variando a Tres a YDESTO a W6 a Tconvs a W7 e a T s E306 Tabela 4 21 Produ o de p xileno optimizada e a melhoria anual de p xileno respectivas ao ensaio B para o caso 2 hip tese 3 Produ o de p xileno ton dia Melhoria anual ton ano 375 321 3 40 A melhoria anual de p xileno obtida no ensaio B apresentada na Tabela 4 21 equivale a 3 4ton e superior obtida no ensaio A Deste modo a vari vel T n o pode ser assumida como constante Os valores ptimos dos par metros variados apresentam se na Tabela 4 22 109 Simula o da Produ o de Paraxileno Tabe
243. scutido no cap tulo 2 de acordo com a Tabela 4 17 Contudo importante validar as condi es do processo no que respeita a rea de transfer ncia de um dado permutador e a pot ncia requerida pelas bombas Verifica se que o permutador E 0308 excede em 0 42m a rea actual que equivale a 22 66m mas n o considerada como viola o devido possibilidade de mudan a Uma viola o respectiva bomba P 0311 da coluna T 0306 excedendo em 0 1kW o valor da pot ncia da bomba actual referente a 22 40kW Dado que uma das condi es do processo seria n o alterar o equipamento da coluna T 0306 este ensaio invi vel 4 2 1 2 3 Hip tese 3 A formula o desta hip tese concentrou se na altera o da gama da DESTOS visto que em todas as hip teses foi o par metro mais significativo quer na produ o quer na pureza de p xileno Ou seja dado que possu a o maior valor absoluto aquando o teste estat stico efectuado em qualquer um dos planeamentos anteriores do que as restantes vari veis considerado como o factor mais importante A gama estabelecida para esta vari vel teve em conta a an lise individual da mesma isto optou se por analisar dentro de uma gama que permitisse a varia o de pelo menos uma unidade na raz o de refluxo e que existisse na mesma uma tend ncia quer na produ o quer na pureza do produto Neste sentido optou se por analisar a DEST6 entre 0 18399 e 0 23115 correspondentes a raz es de
244. se 2 103 Figura 4 14 Gr ficos das interac es sobre R2 para o caso 2 hip tese 2 104 Figura 4 15 Gr fico normal dos efeitos para R1 para o caso 2 hip tese 3 107 Figura 4 16 Gr ficos das interac es sobre R1 para o caso 2 hip tese 3 107 Figura 4 17 Gr fico normal dos efeitos para R2 para o caso 2 hip tese 3 108 Figura 4 18 Gr ficos das interac es sobre R2 para o caso 2 hip tese 3 108 Figura 4 19 Gr fico normal dos efeitos para R1 para a optimiza o da T 0307 113 Figura 4 20 Gr ficos das interac es sobre R1 para a optimiza o da T 0307 113 Figura 4 21 Gr fico normal dos efeitos para R2 para a optimiza o da T 0307 114 Figura 4 22 Gr ficos das interac es sobre R2 para a optimiza o da T 0307 114 ndice de Tabelas Tabela 1 1 Valores do ponto de ebuli o dos is meros do xileno base de dados AspenPlus 2006 Tabela 1 2 Dados para processos de isomeriza o de xilenos e para sistemas que operam na presen a de metais nobres Tabela 1 3 Excerto retirado do BREF relativo aos processos envolvidos na produ o de paraxileno Tabela 1 4 Compara o dos resultados obtidos de recupera o pureza de p xileno e tempo de CPU aplicando para optimiza o do Pare
245. se em conta a sa da de p xileno no destilado juntamente com o tolueno e como prefer vel um sistema a optimizar com o menor n mero de constri es evitou se a inser o de uma outra constri o onde se impediria a sa da de p xileno no destilado Deste modo com a fun o objectivo descrita acima efectuou se uma minimiza o impondo uma pureza final de p xileno igual a 99 64 pois a pureza actual Ap s estabelecer a fun o objectivo e suas restri es a abordagem a mesma que efectuada outrora isto inicia se com um plano de crivagem no sentido de estimar quais as vari veis mais significativas do conjunto das 8 anteriormente referidas em ordem produ o de p xileno R1 e pureza de p xileno R2 Seguidamente aplica se o planeamento factorial completo com o aux lio do Minitab 15 terminando com uma optimiza o 111 Simula o da Produ o de Paraxileno A optimiza o efectuada no Minitab15 e no AspenPlus pelo m todo sequencial modular com a fun o quadr tica sequencial Por fim uma breve conclus o sobre a optimiza o efectuada coluna T 0307 apresentada no cap tulo 4 3 2 4 3 1 Planeamento experimental O plano aplicado o Plackett Burman com N 16 com 15 factores sendo 7 fict cios Para o t estat stico O taiculado retirado a um n vel de probabilidade de 0 05 e a sete graus de liberdade tomando o valor de 2 365 Na Tabela 4 24 apresentam se OS tobtido do plano de criv
246. sentativo da separa o de paraxileno por adsor o do processo Parex UOP LLC 2006b Relativamente ao Aromax este conduz a adsor o na fase l quida numa coluna horizontal com v rios andares que se encontram totalmente isolados e preenchidos com z olitos Tal como no Parex o dessorvente no refinado e no extracto recupera se por destila o e de seguida reciclado para a unidade de adsor o Contudo este processo n o permite extrair p xileno de uma mistura isomerizada de xilenos Weissermel et al 2003 Neste caso o caudal do s lido l quido tamb m simulado em contracorrente pelo controlo de v lvulas previamente programadas Isto provoca a desloca o progressiva das v rias zonas do fim de uma coluna para a outra alcan ando assim uma produ o cont nua No processo Aromax tanto a carga como a descarga e regenera o do adsorvente pode ser efectuada em qualquer andar da coluna e esta unidade possui uma vida total til de aproximadamente 10 anos Geralmente as condi es de opera o para este processo Aromax s o a temperaturas inferiores a 200 C e a press es menores que 2x10 Pa press o absoluta Chauvel et al 1989 Como referido anteriormente a adsor o permite em compara o com a cristaliza o quando associada isomeriza o reduzir o tratamento necess rio para uma dada quantidade a produzir de paraxileno Simula o da Produ o de Paraxileno A isomeriza o uma reac o onde s
247. sentido de se produzir um produto do benzeno Geralmente quando o objectivo principal maximizar a produ o de paraxileno selecciona se a primeira cat lise referida a de isomeriza o do xileno presente na Figura 1 6 Meyers 1997 Gary e Handwerk 2001 Para um processo em fase l quida a cat lise pode ser promovida por z olitos ou Friedel Crafts cidos halogenados halog neos met licos ou mistura de ambos que permitem a alquila o do benzeno ou do tolueno No entanto para processos em fase gasosa o tipo de catalisador divide se em tr s variantes Simula o da Produ o de Paraxileno a Aluminosilicatos z olitos naturais operando na aus ncia de hidrog nio b Metais nobres suportados numa atmosfera de hidrog nio c Metais n o nobres operando na presen a de hidrog nio De acordo com a fase em causa e o catalisador seleccionado as condi es de opera o variam relativamente atmosfera temperatura e press o Chauvet et al 1989 Os processos industriais mais comuns s o e Isoforming da Esso Research and Engineering Company Exxon e Isomar da UOP exposto na Figura 1 8 e Isolene Ida Toray Refinado Q J YV Fuel g s Aquecedor Purga de g s Reactor gt l e m Separador a Ge N E E Para a recupera o de e benzeno gt gt Deheptanizador A ptani Q Vapor YO Para o Splitter o de xilenos Hidrog nio de compensa o Figura 1 8 Esquema representat
248. so Quanto ao Qusoz verifica se que o seu valor superior ao actual logo influi sobre um maior consumo de combust vel nomeadamente de fuel leo e fuel g s Constata se que existem viola es no processo entre eles a rea do E 0310 a pot ncia necess ria da P0310 e a raz o de refluxo da base da coluna T 0306 Devido a estas viola es efectuaram se mudan as e estas s o discutidas no Caso 2 seguidamente 4 2 1 2 Caso2 O caso 2 relativo altera o das gamas de determinados factores com o intuito de diminuir o n mero total de vari veis a optimizar para uma dada resposta possibilitando um planeamento factorial completo Neste efectuaram se 3 hip teses para a optimiza o conjunta das colunas T 0306 e T 0307 e foram as seguintes e Hip tese 1 Diminui o da gama das vari veis Ts 306 YDESTO realiza o de um novo plano de crivagem planeamento factorial dos factores que influenciam a resposta e optimiza o da produ o e Hip tese 2 Como a hip tese anterior n o foi eficaz diminuiu se a gama das vari veis Ts 30 YDEST6 e W7 Refez se um novo plano de crivagem realizou se um planeamento factorial dos factores que influenciam a resposta e por fim optimizou se a produ o e Hip tese 3 Perante os resultados obtidos na Hip tese 1 e 2 modificou se apenas a gama de DEST6 e realizou se um novo plano de crivagem Ap s identificar os factores que influenciam a resposta um planeame
249. solu o de problemas de n o converg ncia mais dif cil Marchetti et al 2001 Posteriormente tendo em conta tudo o referido a simula o do processo em estudo no AspenPlus relatada no cap tulo 2 4 2 4 Simula o do Processo O processo geral constitu do pelas colunas principais T 0471 7 0303 T 0306 e T 0307 assim como pelo Parex e Isomar de dif cil constru o no simulador utilizado tendo em conta todos os equipamentos auxiliares e deve ser efectuado por partes 38 Simula o da Produ o de Paraxileno Apesar do processo em estudo apenas constituir uma parte do processo de produ o de p xileno nomeadamente as colunas T 0303 T 0306 e T 0307 este processo foi efectuado por etapas dentre as quais 1 Destila o na coluna T 0303 do refinado do Parex 2 Destila o do extracto do Parex na coluna T 0306 3 Separa o do paraxileno e do tolueno na coluna T 0307 As etapas referidas anteriormente t m o intuito de alcan ar se n o o resultado actual na refinaria da Galp no Porto pr ximo do mesmo efectuando as altera es necess rias quer a n vel de equipamento quer a n vel dos valores interm dios obtidos no decorrer da simula o Seguidamente conclus o das etapas 1 a 3 estas foram resumidas a 2 fases e Il isto acoplou se a etapa 2 3 e manteve se a 1 de modo a obter numa fase a purifica o do paraxileno e na outra a destila o do refinado Em suma as fases fora
250. sor o e purificar o p xileno removendo o tolueno existente Seguidamente apresenta se uma breve descri o sobre os processos existentes em 1 2 1 as melhores t cnicas dispon veis de acordo com a Comiss o Europeia em 1 2 2 e no cap tulo 1 2 3 o m todo produtivo implantado na refinaria da Galp no Porto 1 2 1 Processos existentes Na produ o de paraxileno tanto se pode optar pela adsor o selectiva ou cristaliza o como m todo de separa o do p xilenos dos restantes is meros do xileno Posteriormente a t cnica processual de ambos os m todos descrita Quanto a um dos m todos de separa o de p xileno a cristaliza o este n o t o vulgarmente utilizado como a adsor o pois considerado menos vantajoso Uma das vantagens da adsor o face cristaliza o a alta taxa de recupera o de paraxileno que sendo combinada com a isomeriza o permite a redu o da capacidade de tratamento em cerca de 40 para uma produ o id ntica de p xileno A t cnica para a separa o de p xileno por cristaliza o consiste no arrefecimento da alimenta o a uma temperatura ligeiramente superior do ponto eut ctico temperatura na qual ocorre mudan a de fase sendo os cristais formados separados por filtra o ou centrifuga o De referir que a alimenta o mencionada uma mistura de Cs proveniente de um Splitter de xilenos Seguidamente promove se um aquecimento para a fus o dos cristais e um novo arref
251. st ncia de vapor a alta press o na ind stria em quest o Isto o vapor gerado na caldeira n o analisado apenas se admite que existe aquela quantidade de vapor para o processo de transfer ncia de calor Nos permutadores E 0308 e E 0309 todas as vari veis respectivas a estes n o foram consideradas Enquanto que os caudais de arrefecimento WECOOL e WINCOOL resultariam numa an lise final de integra o de calor de forma por exemplo a diminuir o quantidade de fluido a utilizar as temperaturas de sa da Twrz Trouenr influenciam um outro processo ou equipamento que n o ir ser estudado Por estes motivos n o se consideraram estes ltimos 4 factores relativos aos permutadores E 0308 e E 0309 WECOOL e Twr e WINCOOL e Trocuenr respectivamente A configura o da coluna T 0307 apenas deve ser abordada ap s uma optimiza o do processo sem a altera o da dada coluna Logo inicialmente as vari veis compreendidas na configura o da coluna como o n mero de pratos Npratos 7 O prato de alimenta o Nez n o s o consideradas Ap s a considera o efectuada para as 7 vari veis anteriores como primeira estimativa existem 8 vari veis de optimiza o para a coluna T 0307 As vari veis em quest o apresentam se na Tabela 3 13 Tabela 3 13 Vari veis de optimiza o da coluna de destila o T 0307 como primeira estimativa Vari vel Te Yo W7 1LIQFRIO T s E306 vaporizadoE306 ATE307 Tconp7 T
252. st E R Plant design and economics for chemical engineers Mc Graw Hill 5 ed 2003 Programa PERP Purity p xylene In Developments in para Xylene Tecnology em linha Julho de 1997 refer ncia de 2 de Junho de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www chemsystems com reports search docs abstracts 96s7 abs pdf ProSim Sebenta Simulator ProSim In ProSimPlus Steady State process simulation and optimization em linha 2008 refer ncia de 3 de Junho de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www prosim net PDF brochures en prosimplus pdf gt PSE Process System Enterprises Limited An equation oriented approach em linha refer ncia de 3 de Junho de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www psenterprise com gproms technologies index html eo gt Relvas S Fernandes C M Matos A H Nunes P C Integra o de Processos Uma metodologia de optimiza o energ tica e ambiental PolarPress Lda 2002 Reuben G B Plotkin S J Witicoff A H Industrial Organics Chemicals Wiley IEEE 2 ed 2004 125 Simula o da Produ o de Paraxileno Sadighi S Mohaddecy S R S Ghabouli O Bahmani M Revamp of naphtha hydrotreating process in na iranian refinery Petroleum amp Coal vol 51 pag 45 50 7 de Janeiro de 2009 Dispon vel na Internet em lt www vurup sk pc gt Seider D W Seader D J Lewin R D Products amp Process Design Principles
253. ste contexto Seider et al afirmam que a forma mais eficaz de melhorar uma dada fun o objectivo por simula o repetida ou seja atribuem se valores para as vari veis e completa se a simula o e seguidamente utilizando uma estrat gia considerada 15 Simula o da Produ o de Paraxileno sistem tica ajustam se as vari veis e repete se a simula o Note se que este tipo de simula o repetida realizada por um m todo estoc stico pois a atribui o de valores de certa forma aleat ria Para conhecer a fun o objectivo geralmente antes de aplicar um m todo de optimiza o efectua se uma an lise de sensibilidade nos simuladores de processos onde de acordo com a gama e incremento de uma dada vari vel se verifica a sua influ ncia sobre a resposta a analisar Apesar da informa o obtida numa an lise de sensibilidade esta consome muito tempo e pode gerar dados excessivos de acordo com os par metros estabelecidos como a gama e incremento da vari vel Uma estrat gia alternativa geralmente mais eficiente utilizar a optimiza o dispon vel no simulador aquando a sua utiliza o no sentido de ajustar determinadas vari veis Todavia no caso de v rios ciclos iterativos tamb m esta alternativa pode ocupar tempo em demasia para convergir para o ptimo do problema pois determina o ptimo para cada itera o realizada tornando se um processo extensivo Note se que um ciclo iterativo um m todo de
254. tal de 16 ensaios Inicialmente analisaram se os efeitos e interac es relativas a R1 Na Figura 4 7 visualiza se os efeitos significativos e averigua se que existem duas interac es e tr s efeitos O efeito de Ts E306 n o significativo para a produ o o que vai de acordo com o plano de crivagem efectuado Gr fico normal dos efeitos resposta a Produ o de p xileno ton dia Alpha 0 05 Factor Nome A TF6 B TCOND6 Cc D6 D T E306 Percentagem Figura 4 7 Gr fico normal dos efeitos para R1 para o caso 2 hip tese 1 98 Simula o da Produ o de Paraxileno Dado que uma interac o pode ampliar ou reduzir um efeito principal a avalia o prim ria das interac es extremamente importante Neste sentido recorre se a gr ficos de interac es sobre uma resposta para demonstrar o impacto que a altera o de um factor provoca sobre o outro factor Interac es sobre a produ o de p xileno 119 0 16827 0 21543 TCOND6 330 0 99 119 TCOND6 Figura 4 8 Gr ficos das interac es sobre R1 para o caso 2 hip tese 1 A interac o entre a Trs e a Tconve tem um efeito negativo sobre a produ o de p xileno Analisando a sua interac o na Figura 4 8 a Tr e a Tconve devem estar nos valores m ximos 197 5 C e 119 C para uma maior produ o de p xileno Quanto outra interac o entre a Tconve
255. te na coluna T 0308 60 Figura 3 2 Influ ncia da Ts sobre a energia necess ria na coluna T 0303 61 Figura 3 3 Influ ncia da W3 sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0308 62 Figura 3 4 Influ ncia da W3 sobre a energia necess ria na coluna T 0303 62 Figura 3 5 Influ ncia da Tconvs sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0303 63 Figura 3 6 Influ ncia da Tconns sobre a energia necess ria na coluna T 0303 63 Figura 3 7 Influ ncia da Qua sobre a remo o de dessorvente na coluna T 0303 64 Figura 3 8 Influ ncia da Quao1 sobre a energia necess ria na coluna T 0303 65 Figura 3 9 Influ ncia da Tre sobre a produ o de p xileno i 66 Figura 3 10 Influ ncia da Tre sobre a pureza de p xileno ii 67 Figura 3 11 Influ ncia da W6 sobre a produ o de p xileno 67 Figura 3 12 Influ ncia da W6 sobre a pureza de p xileno 68 Figura 3 13 Influ ncia da DEST6 sobre a produ o de p xileno 69 Figura 3 14 Influ ncia da DEST6 sobre a pureza de p xileno 69 Figura 3 15 Influ ncia da Tconve sobre a produ o de p xileno 70 Figura 3 16 Influ ncia da Tconve sobre a pureza de p xileno i 70 Figura 3 17 Influ
256. tos Os efeitos E incluindo os dos factores fict cios representam o somat rio do produto entre o n vel do factor x 1 ou 1 e a resposta obtida no mesmo ri sendo posteriormente dividido pelo n mero de sinais positivos presentes nessa coluna n e s o determinados pela express o 1 6 n 2X E 1 6 n Posteriormente ao c lculo dos efeitos o erro experimental V determinado recorrendo express o 1 7 Nr E V f 1 1 7 Ng Onde E Efeito do factor fict cio n N mero de factores fict cios No sentido de eliminar os efeitos sem significado estat stico procede se a um teste t comparando o valor de tcaiculado qUe retirado das tabelas de estat stica para um n vel de probabilidade e graus de liberdade equivalente ao n mero de factores fict cios com O tovtido Pela express o 1 8 determina se O teaiculado E toalculadoi NA Se o tobtido para um dado factor for igual ou superior ao teaiculado ent o esse factor tem efeito significativo sobre a resposta para o dado intervalo de confian a Montgomery 2001 e Lopes 2004 Como a fun o distribui o de t student sim trica a sua an lise pode ser realizada com o valor absoluto ou n o de acordo com o pretendido Caso n o se analise no valor absoluto pode se verificar se a vari vel em causa influencia negativamente ou positivamente a resposta aquando um tobiido Negativo ou positivo respectivamente Darani et al 20
257. tos principais e 6 interac es significativas As interac es significativas s o respectivas s interac es entre W6 e W7 W6 eT S E306 COND6 e W7 Y W7 eT S E306 D6 e W6 Tre e Tconps por ordem decrescente de efeito sobre a produ o 106 Simula o da Produ o de Paraxileno Gr fico normal dos efeitos Produ o de p xileno ton dia Alpha 0 05 Tipo de efeito O Nao Significante E Significante Factor Nome TF6 TCOND6 D6 Percentagem 200 0 200 400 600 800 1000 Figura 4 15 Gr fico normal dos efeitos para R1 para o caso 2 hip tese 3 Interac es sobre a produ o de p xileno 99 119 0 18399 0 23115 0 293 0 435 0 14531 0 23991 154 174 TF6 Fe 1880 E 195 TCOND6 e 99 119 D6 e 0 1839 E 0 23115 YW6 e 0 293 E 0435 NT W7 a o e 0 14531 e gt Lago WE 0 23991 Figura 4 16 Gr ficos das interac es sobre R1 para o caso 2 hip tese 3 Aplicando a mesma abordagem do que outrora analisam se as interac es mais significativas sobre a produ o de p xileno observando as interac es na Figura 4 16 Desta an lise determinam se as condi es mais favor veis para a produ o de p xileno paras as vari veis W6 W7 Tse306 DEST6 Tre Tconve correspondentes a 0 435 0 23991 174 C 0 23115 197 5 C e 119 C respectivamente
258. trabalhe directamente com o modelo matem tico possibilitando deste modo a adapta o a variadas situa es Verkatanathram 2008 A t tulo exemplificativo os simuladores baseados em equa es vulgarmente utilizados s o o gPROMS Process System Enterprise Limited e o Aspen Dynamics Aspen Tecnology Inc PSE e AspenTech 2008 Este tipo de abordagem designa se por resolu o por equa es e ao contr rio do tipo sequencial modular providencia o modelo de todo o processo onde todas as equa es s o resolvidas para as vari veis em quest o Geralmente o utilizador tem acesso ao conjunto de equa es e de vari veis e consequentemente existe a possibilidade de modificar os modelos existentes ou as especifica es al m de novos modelos poderem ser adicionados Uma outra vantagem sobre o tipo sequencial modular a capacidade de simular em condi es din micas Al m das vantagens anteriores na simula o utilizando a resolu o por equa es n o existem problemas de converg ncia associadas ao rec lculo como na sequencial modular Por m como as condi es de uma corrente como a temperatura ou press o n o s o fixas e o input de uma unidade n o determinada pelo output de uma pr via na sequ ncia de c lculo como no estado estacion rio verifica se que a utiliza o da resolu o por equa es para simula es din micas ocasiona um maior tempo de resolu o do que a sequencial modular Dado a inser o do simu
259. troleum amp Coal vol 50 2 pag 60 68 15 de Maio de 2008 Dispon vel na Internet em lt www vurup sk pc gt Montgomery C D Design and analysis of experiments 52ed 2001 EUA Moraes L L M Rubim C J Realpozo R R Tavares M F M Analysis of impurities in crude and highly purified terephthalic acid by capillary electrophoresis Journal of Brazilian Chemical Society Vol 15 Junho 2004 Dispon vel na Internet em lt http www scielo br scielo php pid S0103 50532004000300010 amp script sci arttext gt Mujtaba M Batch distillation design and operation Imperial college Press Vol 3 2004 Londres Nakaiwa M Huang K Naito K Endo A Akiya T Nakane T Takamatsu T Parameter analysis and optimization of ideal heat integrated distillation columns Computers and Chemical Engineering vol 25 2001 pag 737 744 Neves J M F Silva C M D e Oliveira M C N A robust strategy for optimizing complex distillation columns Computers and Chemical Engineering 2005 vol 29 pag 1457 1471 Pereira Filho R E Poppi J R Arruda Z A M Emprego de Planejamento factorial para a optimiza o das temperaturas de pir lise e atomiza o de Al Cd Mo E Pb POR ETAAS em linha Qu mica Nova Vol 25 num 2 pag 246 253 2002 refer ncia de 10 de Mar o de 2009 Dispon vel na Internet em lt http www scielo br pdf qn v25n2 10452 pdf gt Peters S M Timmerhaus D K We
260. udo tem o sentido de eliminar a informa o redundante como equa es e dados antes de se proceder a qualquer c lculo Posteriormente as vari veis relativas a cada um dos processos referidos anteriormente s o apresentadas no sub cap tulo 3 3 Este estudo relevante na medida que permite de um vasto conjunto de vari veis eliminar os par metros n o suscept veis de mudan a Logo inicia se o mesmo indicando as vari veis associadas a cada processo seguindo se a explicita o das vari veis fixas no sentido de seleccionar as vari veis de optimiza o No cap tulo 3 4 uma an lise s vari veis de optimiza o efectuada e esta dividido em duas partes o 3 4 1 e o 3 4 2 para as vari veis de optimiza o da coluna T 0303 e paras as do conjunto T 0306 e T 0307 respectivamente Em ambas as fases estima se as gamas das vari veis de optimiza o e realiza se uma an lise de sensibilidade para averiguar a influ ncia individual de uma vari vel sobre as respostas referidas no cap tulo 3 4 3 1 Melhoria processual As duas fases simuladas e apresentadas no cap tulo 2 t m diferentes fun es Enquanto a fase tem somente o objectivo de remover o dessorvente a fase Il al m de remover o dessorvente tamb m separa o tolueno do p xileno Deste modo um estudo aos resultados anteriores sob o ponto de vista de melhoria realizado neste sub cap tulo Dos resultados obtidos no Cap tulo 2 averigua se uma possibilidade
261. uer na U0400 e a carga de xilenos a produ o de paraxileno entre outros compostos e os consumos das fornalhas ao longo do ano de 2008 Anexos Simula o da Produ o de Paraxileno B Exemplo de c lculo dos caudais m ssicos de alimenta o s colunas de destila o Tendo em conta os dados inseridos no ficheiro BMat300 400 xIs presente no anexo A realizaram se os balan os m ssicos s tr s colunas de destila o Iniciando o exemplo com a coluna T 0307 sabe se que a produ o no dia 1 de Abril de 2008 de paraxileno e de tolueno de 375 499 e 3 029ton dia respectivamente O tempo de funcionamento do processo de 24 horas o que faz com que a produ o hor ria de paraxileno e de tolueno equivalha a 15 6458 e 0 1262 ton h respectivamente Tendo as produ es hor rias e as composi es m ssicas sa da da coluna T 0307 quer do paraxileno quer do tolueno determina se o caudal de produto de base e de topo da coluna Iniciando o c lculo do caudal de produto de base sabe se que o paraxileno produzido prov m desta corrente logo utiliza se a express o B 1 Paraxileno produzido WF x Xpx wrz 15 646ton h B 1 Sabendo que a composi o m ssica de paraxileno xpx wrz 0 9969 e substituindo na express o anterior vem que o caudal de produto de base equivale a _ 15 646 15 694ton h 0 9969 Na mesma linha de racioc nio o caudal de destilado calculado sabendo que a c
262. ulador permite que o utilizador seleccione o tipo de especifica es de um dado conjunto n o descurando o n mero de especifica es necess rias para caracterizar um dado equipamento Neste contexto efectua se de seguida uma an lise s especifica es poss veis para cada equipamento presente no processo a simular A an lise inicia se com a coluna de destila o prossegue para a fornalha de seguida estudam se as especifica es dos permutadores de calor bem como das bombas centr fugas terminando com as v lvulas A coluna de destila o seleccionada tem diversas especifica es sendo algumas as necess rias para configura o da mesma n o existindo uma possibilidade de escolha neste tipo de informa o requerida Neste sentido para a configura o de uma coluna de destila o do tipo PetroFrac introduziram se os seguintes dados a N mero de pratos b Tipo de condensador e reebulidor Para permitir uma futura altera o a n vel dos condensadores e reebulidores configurou se a coluna como ausente em termos de condensador e reebulidor e que existia uma alimenta o externa no topo e base da coluna de destila o Os restantes dados a introduzir s o relativos ao prato de entrada de cada corrente indica o das correntes de sa da e especifica o da press o no topo da coluna 33 Simula o da Produ o de Paraxileno De salientar que apenas era necess rio a press o no topo da coluna mas devido aos
263. uperiores a 0 011638 a pureza de p xileno pelo menos de 99 64 80 Simula o da Produ o de Paraxileno Conclus es gerais De uma forma geral todas as vari veis influenciam quer a produ o quer a pureza de p xileno A tend ncia da produ o e pureza do produto s o inversas para uma dada vari vel em estudo isto a pureza diminui no mesmo sentido do aumento da produ o de p xileno ou vice versa O m ximo da produ o di ria nas condi es actuais de 375 356ton e apenas se verificou esta produ o na an lise das seguintes vari veis T7 W7 TOLUENGQ e AT 307 Para a produ o di ria m xima de 375 356ton os valores mais adequados de Tp Y W7 Y TOLUENQ e ATes07 s o de 132 C 0 20207 equivalente a R Rbaser 3 95 0 010501 equivalente a R Ripo7 94 2 e de 25 5 C respectivamente Nos valores anteriores das vari veis v m purezas inferiores a 99 64 de 99 61 99 57 99 57 e de 99 47 respectivamente Conclui se que as vari veis que mais influenciam a produ o para atingir um m ximo de produ o s o par metros da coluna T 0307 Para os valores mais altos de purezas de p xileno a VaporizadoEs06 a T s E306 1LIQFRIO e a W7 s o os factores mais influenci veis nos valores de 0 3445 174 C 0 198 e 0 15004 equivalente a R Rbasez 5 66 respectivamente Os valores obtidos pelas vari veis anteriores de pureza foram de 99 69 99 69 99 67 e de 99 69 respectivamente Averigua
264. uxo de 61 5 o que poder influir no di metro da coluna e assim alterar a configura o da mesma e portanto assume se que o ensaio 1A n o vi vel Assim uma optimiza o maximizando a remo o de dessorvente no produto de base foi efectuada recorrendo ao AspenPlus O ensaio designa se de 1B e na Tabela 4 4 os valores dos par metros optimizados assim como a remo o di ria de dessorvente exposta De salientar que este ensaio foi repetido 3 vezes pois existia uma viola o quer na rea do permutador E 0302 quer na pot ncia requerida da bomba P0306A S Consequentemente para alcan ar os resultados presentes na tabela posterior duas constri es foram adicionadas ao problema inicial uma relativa rea de E 0302 inferior ou igual a 198 9m e outra respectiva a uma pot ncia da bomba P0306A S igual ou inferior a 2027 166kW Os valores para as contri es quer da rea do E 0302 quer da pot ncia requerida pela PO306A S correspondem aos valores actuais Tabela 4 4 Resultados do ensaio 1B nomeadamente os valores dos par metros optimizados e a remo o di ria de dessorvente recorrendo numa optimiza o no AspenPlus Factor Remo o di ria de dessorvente ton TF3 Qho1 eC kcal h 0 022404 14722887 55 2962 002 Neste caso n o existem viola es ao processo pois apenas o calor a fornecer pela fornalha deve ser superior O Quar superior em 557 85kcal h do calor actualmente cedido Esta altera
265. vel de sa da para um dado conjunto de vari veis de entrada e par metros de caracteriza o como por exemplo as propriedades de um composto qu mico Contudo como qualquer ferramenta computacional o poss vel elevado tempo dispendido aquando uma simula o mais complexa e a necessidade de verificar a viabilidade s o desvantagens associadas aos simuladores Na simula o existem dois modos de simula o o sequencial modular e o de resolu o por equa es posteriormente retratados No entanto apesar da posterior distin o entre estes dois modos de referir que alguns simuladores n o trabalham num modo exclusivo como no caso do Aspen 1 3 1 Tipos de simuladores Os tipos de simulador diferem essencialmente no programa de resolu o existindo como referido outrora o sequencial modular e o de resolu o por equa es Enquanto o sequencial modular configura a sequ ncia do flowsheet identifica o reciclo e controla os c lculos da unidade de opera o o de resolu o por equa es configura o flowsheet e o conjunto de equa es que o descrevem resolvendo as posteriormente 11 Simula o da Produ o de Paraxileno Os simuladores de processos mais frequentemente utilizados a n vel industrial s o do tipo sequencial modular destacando se o ASPEN Aspen Tecnology Inc o PROII Simulation Sciences Inc e o ProSim Software amp Services in Process Tecnology Nestes o utilizador tem acesso a um conjunto de informa
266. x o MOL o OCFE e o gPROMS Tabela 1 5 Varia o do n mero de ensaios perante um dado n mero de factores para os planos factorial completo e factorial fraccionado do tipo 2 Montgomery 2001 Tabela 1 6 Sinais da primeira linha da matriz do plano Plackett Burman para 7 11 15 e 19 vari veis Montgomery 2001 Tabela 2 1 Calores associados a E 0312 e H 0301 Tabela 2 2 Dados das composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna T 0303 Tabela 2 3 Calores associados a E 0313 e H 0302 Tabela 2 4 Dados das composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna T 0306 Tabela 2 5 Calores associados a E 0314 E 0306 e E 0307 Tabela 2 6 Valores do caudal de entrada nos permutadores E 0306 e E 0307 Tabela 2 7 Dados das composi es m ssicas das correntes de entrada e de sa da da coluna T 0307 Tabela 2 8 Calor cedido dos aquecedores arrefecedores existentes nos processos de destila o da coluna T 0303 T 0306 e T 0307 Tabela 2 9 Par metros introduzidos e seus valores nos equipamentos da coluna T 0303 no AspenPlus Tabela 2 10 Par metros introduzidos e seus valores nos equipamentos da coluna T 0306 no AspenPlus Tabela 2 11 Par metros introduzidos e seus valores nos equipamentos da coluna T 0307 no AspenPlus Tabela 2 12 Condi es para a simula o do processo no AspenPlus Tabela 2 13 Par metros da coluna T 0303 o va
267. xileno c metaxileno d etilbenzeno Para alcan ar o n vel de produ o de xilenos de acordo com a procura mundial sendo cerca de 80 relativa ao p xileno a separa o dos is meros imperativa Dyk 2005 A dificuldade de separa o de um dado is mero de xileno dos restantes por meios convencionais acentuada pelas baixas efici ncias devido proximidade dos pontos de ebuli o Actualmente aplicam se m todos de separa o que permitem uma boa extrac o a custos m dios Na Tabela 1 1 constam os pontos de ebuli o dos is meros do xileno e constata se que os is meros meta e para possuem temperaturas de ebuli o muito pr ximas n o permitindo assim uma separa o efectiva por meios convencionais Tabela 1 1 Valores do ponto de ebuli o dos is meros do xileno base de dados AspenPlus 2006 Xilenos Ortoxileno Metaxileno Etilbenzeno Paraxileno Propriedade Ponto de ebuli o C 144 43 139 12 136 20 138 36 De um modo geral as aplica es industriais dos xilenos s o de import ncia relevante Enquanto o o xileno representa o reagente para a produ o de anidrido ft lico o m xileno empregue na produ o de pl sticos na preserva o de madeira entre outros O etilbenzeno vulgarmente utilizado como solvente no fabrico de tintas e a principal mat ria prima na produ o de estireno Quanto ao p xileno se for sujeito a uma oxida o forma cido tereft
268. xileno para cada projecto incluindo o projecto 1 situa o actual De referir que o momento inicial referente ao primeiro ano de produ o e neste enquanto para os projectos 2 e 3 equivale a 283 dias para o projecto 1 equivale a 340 dias No ano 2 e nos seguintes todos os projectos possuem 340 dias de opera o Seguidamente verifica o das altera es processuais determinou se o custo da quantidade em toneladas de p xileno de cada um dos tr s projectos adoptando que o perfil de produ o de p xileno de 64 da carga de xilenos Por fim realizam se as conclus es gerais face ao realizado neste cap tulo 5 1 Altera es processuais Iniciando o estudo com a coluna T 0303 nomeadamente o ensaio 1C sabe se que a bomba P0306A S e a raz o de refluxo na base s o alteradas logo o impacto destas sobre a configura o da coluna ir ser abordado A determina o do di metro da coluna nas condi es do ensaio respectivo permite verificar se uma nova coluna necess ria A coluna T 0303 n o necessita de substitui o consultar anexo 1 A bomba P0306A S deve ser substitu da contudo esta apresenta uma elevada pot ncia o que impossibilita a determina o do custo da mesma admitindo uma bomba centr fuga logo apenas se admitiu a sua influ ncia na energia el ctrica Quanto coluna T 0307 constatou se que as modifica es eram a n vel do condensador E 0314 do reebulidor E 0306 e da bomba P0314A S A coluna d
269. xture of C8 Aromatics Ind Eng Chem Res 2005 Volume 44 pag 5703 5714 124 Simula o da Produ o de Paraxileno Lee J Y Shim M J Kim S W Isomerization of o Xylene on the metal ion exchanged natural z olito Jounarl of Korean Ind amp Eng Chemistry Vol6 No 4 Agosto de 1995 pag 658 663 Lopes C M M J Planeamento experimental Sebenta de matem tica aplicada engenharia qu mica 2004 ISEP Marchetti M Rao A Vichery D Mixed Mode simulation adding equation oriented convergence to a sequencial modular simulation tool Elsevier science 2001 McKetta J J Weismantel G E Encyclopedia of Chemical Processing and Design Volume 67 Water and Wastewater Treatment Protective Coating Systems to Zeolite CRC Press 1999 McKetta J J Chemical Processing Handbook CRC Press 1993 Meyers A Robert Handbook of petrochemicals production processes McGraw Hill Professional 2004 Meyers A Robert Handbook of Petroleum Refining processes McGraw Hill 2 ed 1997 Minceva M Separation lsomerization of xylenes by simulated bed technology Tese Doutoramento 2004 Porto Minceva M Rodrigues E A UOP S Parex Modeling Simulation and Optimization 2 Mercosur Congress on Chemical Engineering Brasil Mohaddecy S S R Sadighi S Banmani M Optimization of catalyst distribution in the catalytic naphtha reformer of tehran refinery Pe

Simulação da Produção de Paraxileno

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