Navegando por Palavras-chave "Simulação de processos"

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    Aplicação do software Aveva Process Simulation ao ensino de simulação de sistemas reacionais
    (Universidade Federal de São Paulo, 2022-09-06) Batista, Igor Gabriel Sena [UNIFESP]; Santos, Guilherme Sergio dos [UNIFESP]; Silva, Carlos Alexandre Moreira da [UNIFESP]; Ferreira, Paulo Henrique Nascimento [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4246305404524274; http://lattes.cnpq.br/7740144753810520
    O uso da simulação e controle de processos tem crescido, assim como a complexidade deles no campo da indústria química. Com isto, vários softwares voltados para simulação têm surgido com o intuito de facilitar a otimização, predição e criação de novos projetos. O AVEVA Process Simulation é uma das novas soluções criadas para o ambiente de simulação de processos. A plataforma tem como intuito auxiliar em todas as etapas da indústria química, desde a planta até a criação do modelo, e conta com uma série de funcionalidades da web moderna. Este trabalho teve como objetivo avaliar a aplicação do AVEVA Process Simulation em simulação de sistemas reacionais, utilizando como parâmetros dois exemplos presentes na literatura de Engenharia Química: a reação de etanol com dietilamina a fim de se obter trietilamina em um reator CSTR e a reação de Acetona transformando-se em ceteno e metano em um reator PFR adiabático. Foram realizadas as reproduções das simulações de ambos os processos, obtendo-se para o CSTR uma conversão de 0,936602 e para o PFR, de 0,551316, além da variação dos parâmetros de operação deles no simulador, no qual o AVEVA demonstrou gerar resultados condizentes com a literatura levantada. Outro estudo levantado foi a utilização das diversas ferramentas do AVEVA para auxiliar durante a construção dos modelos, como a geração das equações pelo Microsoft Excel, o uso de cenários e snapshots para armazenamento de informação e a exportação dos dados e criação de gráficos e analises a partir da integração entre o simulador e o Excel. Conclui-se então que o simulador AVEVA mostrou-se prático, eficiente na reprodução dos resultados e munido de uma série de ferramentas, tanto internas quanto em integração com o Microsoft Excel, que mostram grande potencial da sua utilização no ensino de reatores químicos dentro da graduação.
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    Acesso aberto (Open Access)
    Estudo computacional de recuperação de acetona no processo de produção de fibras de acetato de celulose
    (Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-30) Ruas, Camila Vieira [UNIFESP]; Falleiro, Rafael Mauricio Matricarde [UNIFESP]; Tovar, Laura Plazas [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/5957249756042771; http://lattes.cnpq.br/7264259801951867; http://lattes.cnpq.br/4823538270217800
    Em determinadas indústrias têxteis a acetona é utilizada como solvente na produção de fibras de acetato de celulose, como não é agregada ao produto, é necessária sua recuperação no final do processo, principalmente por fatores econômicos e ambientais. Com o aumento do apelo por operações mais sustentáveis e utilização responsável de recursos naturais, a busca por processos com desempenho mais eficiente, com menores consumos energéticos e de matéria prima, têm se tornado metas globais em diversos países, principalmente no setor industrial. O presente trabalho realizou um estudo do processo de destilação com modulação de pressão da acetona/água, de uma planta de produção de fibras de acetato de celulose e realizou uma análise de sensibilidade dos principais parâmetros de processos (vazão de vapor, razão de refluxo e pressão das colunas), com objetivo de avaliar o melhor condições operacionais relativo a consumos energéticos e especificações de processo. Como alternativa, é apresentado um estudo de substituição da destilação com modulação de pressão por Extração Líquido-Líquido, utilizando o solvente 3-metil-hexano. Usando o conjunto de parâmetros NRTL-RK no ambiente computacional ASPEN Plus®, o modelo proposto representou satisfatoriamente a operação do sistema, sendo a recuperação de 98,9% de acetona. A análise de sensibilidade do sistema de destilação com modulação de pressão permitiu definir o melhor ponto de operação do processo, definindo conjuntamente pressão, razão de refluxo e vazão de vapor, considerando reduzir o consumo de energia, atingindo uma pureza 97,0% e vazão 3964 kg/h. O sistema de destilação com modulação de pressão conseguiu operar com uma redução de consumo de vapor de 15,6%, quando operado a 4,4 bar na coluna de maior pressão, 1,03 bar na coluna de menor pressão, ajustando as razões de refluxo em 1,75 na coluna de maior pressão e 1,8 na coluna de menor pressão. A simulação do sistema de recuperação de acetona por Extração Líquido-Líquido reportou as correntes de extrato e refinados dentro das especificações da planta (pureza acima de 97% no destilado e acetona menor que 70 ppm na água que retorna ao processo), com recuperação de acetona com pureza acima de 99,4%, utilizando como dados as vazões e concentrações praticadas na destilação com modulação de Pressão. O sistema de Extração Líquido-Líquido é uma alternativa ao sistema de modulação de pressão para separação de água e acetona, porém ainda precisa ser otimizado para obter melhores consumos energéticos.
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    Estudo dos trocadores de calor em uma planta industrial de óxido de etileno a partir de simulação computacional
    (Universidade Federal de São Paulo, 2023-06-30) Silva, Isabella Floriano da [UNIFESP]; Falleiro, Rafael Mauricio Matricarde [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/7264259801951867; http://lattes.cnpq.br/2647972896684499
    Os trocadores de calor são equipamentos indispensáveis para praticamente todos os setores industriais. São os grandes responsáveis pela troca térmica entre fluidos, na maioria das vezes sem que ocorra contato direto entre eles e são utilizados em diversos seguimentos industriais. Um desses setores é a produção do óxido de etileno, no qual esses equipamentos são de grande importância, pois auxiliam no aumento da seletividade e da conversão da reação de formação do óxido de etileno a partir do etileno. Para analisar um trocador de calor em uma planta em operação, simplesmente interromper o processo produtivo não é o caminho mais viável, muito menos aceitável, pois acarretaria em perdas de produção e resultados financeiros. Em decorrência disso, ferramentas computacionais para simular diferentes configurações desse tipo de equipamento são utilizadas para realizar análises de processo. Estudos a partir do ASPEN PLUS® - EDR (Exchanger Design and Rating) torna possível dimensionar trocadores de calor a partir das informações de vazões, temperaturas e propriedades dos fluidos do processo. Portanto, neste trabalho o objetivo foi analisar as diferentes configurações de dois trocadores de calor industriais da produção de óxido de etileno através do simulador ASPEN PLUS® - EDR, a fim de se obter o dimensionamento dos equipamentos com a melhor eficiência de troca térmica e melhor custo-benefício para esse processo químico que possui grande importância como matéria prima no setor químico mundial. Após a realização das simulações variando os quesitos de modelo TEMA (“Tubular Exchanger Manufacturers Association” - Associação de Fabricantes de Trocador Tubular), localização do fluido quente, modelo e orientação das chicanas, arranjo dos tubos, número de passes dos tubos e comprimento dos tubos, obtiveram-se dois trocadores de calor casco e tubo com integrações energéticas entre si, o primeiro do modelo BEM com uma área de 358,1 m² e uma taxa de transferência de calor de 4308,9 kW tendo o custo financeiro de US$ 127.026,00 e o segundo do modelo CFU com uma área de 2629,1 m² e taxa de transferência de calor de 2934,3 kW tendo o custo de US$ 614.137,00.
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    Estudo preliminar de uma unidade de craqueamento catalítico fluidizado (FCC)
    (Universidade Federal de São Paulo, 2022-02-01) Maziero, Henrique Garcia [UNIFESP]; Concha, Viktor Oswaldo Cárdenas [UNIFESP]; Araujo, Diego Paulino; http://lattes.cnpq.br/0661599261187131
    O petróleo é um importante recurso energético mundial, cuja composição é uma complexa mistura de hidrocarbonetos. Devido ao seu valor e capacidade de derivar inúmeros produtos, investimentos e tecnologias continuam a ser aplicados no setor, projetando uma produção crescente de óleo e gás entre 2021 e 2025. A obtenção de produtos derivados do petróleo engloba processos químicos e físicos que tem como objetivo agregar valor ao petróleo. Esse objetivo é alcançado nas refinarias, compostas por unidades de separação e conversão do petróleo e tratamento dos produtos. Dentre as diferentes unidades que compõe uma refinaria, a unidade de Craqueamento Catalítico Fluidizado (FCC) é o principal foco de estudo deste trabalho. Esse processo, chave para a lucratividade da refinaria, converte frações pesadas do petróleo em frações mais leves, em outras palavras, de maior valor comercial, como a gasolina, Light Cycle Oil (LCO) e o Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). A fim de estudar e entender preliminarmente o processo, foram utilizados três tipos diferentes de petróleo como cargas de alimentação (Boscan Venezuelano, Bonny Nigeriano e Árabe Leve) e os resultados foram obtidos a partir da simulação do processo utilizando o software Aspen® Hysys. Obteve-se rendimentos em massa da Nafta, Óleo de Ciclo Leve (LCO) e Óleo de Ciclo Pesado (HCO). Para a alimentação mais pesada, por exemplo, que comprovou a eficiência do processo, obteve-se os rendimentos de 36,6%, 16,7% e 10,0% em massa, respectivamente para a Nafta, LCO e HCO.
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    Modelagem e simulação de uma coluna de destilação usando linguagem python
    (Universidade Federal de São Paulo, 2023-11-23) Silva, Jéssica Brito da [UNIFESP]; Tirelli, Marcelo Alexandre [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4630194230201313
    A destilação é uma operação unitária amplamente usada na indústria, cujo objetivo principal é separar ou purificar misturas por meio da aplicação de calor até o ponto de ebulição desta mistura, sendo assim um processo de grande custo energético. Para evitar desperdícios e otimizar a cadeia de produção, a modelagem e simulação são excelentes ferramentas para a predição do comportamento das colunas de destilação em determinadas condições, e cada vez mais aplicadas na indústria para a aceleração de projetos. Paralelamente ao crescente uso dos softwares de simulação comerciais, as linguagens de programação se desenvolvem para aumentar sua aplicabilidade em diversos segmentos do cotidiano. Nesse contexto, destaca-se a linguagem de programação Python, criada por Guido van Rossum nos anos 1990, atualmente aplicada em estudos científicos avançados devido a sua extensa coleção de bibliotecas e ambientes de desenvolvimento. Motivado por esses fatores, o presente trabalho teve como objetivo modelar e simular uma coluna de destilação fracionada de 11 pratos, a 1 atm e razão de refluxo 3,5, empregada na separação de uma mistura composta de benzeno e tolueno a 95°C, que opera em estado estacionário por meio de um algoritmo desenvolvida em linguagem Python. Foram aplicados dois métodos: modelagem por meio das equações MESH e pelo método FUGK. Para tal, foram usados os IDEs Jupyter Notebook e PyCharm, com a importação das bibliotecas math, NumPy e SciPy. Os resultados foram comparados com outra simulação do mesmo processo realizada no ambiente COCO Simulator por comparação direta e pelo cálculo do desvio relativo entre valores. Observou-se que o método FUGK, de equacionamento e aplicação mais simples, foi capaz de gerar os melhores resultados, com desvios menores do que 5%.
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    Modelo cinético da produção de acetona-butanol-etanol co-utilizando açúcares mistos e furaldeídos da biorrefinaria de cana-de-açúcar por Clostridium saccharoperbutilacetonicum N1-4
    (Universidade Federal de São Paulo, 2024-09-30) Oliveira, Roger Assis de [UNIFESP]; Tovar, Laura Plazas [UNIFESP]; Plácido, José [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/5957249756042771; http://lattes.cnpq.br/1249241087342551
    O biobutanol é considerado um combustível alternativo promissor para substituir o diesel e a gasolina. A produção de butanol é comumente realizada através da fermentação ABE, onde um substrato é convertido em uma mistura de etanol, butanol e acetona pela ação de bactérias do gênero Clostridium spp. Embora o processo seja promissor, ele é caracterizado por baixa eficiência e produtividade. O alto custo da matéria-prima de primeira geração, contribui significativamente para o custo elevado do processo. Assim, é necessário investigar a utilização de matérias-primas de menor custo, como os resíduos agroindustriais da biorrefinaria de cana-de-açúcar. Este trabalho propôs um modelo cinético dinâmico para investigar os efeitos dos açúcares mistos presentes no hidrolisado hemicelulósico e no melaço da cana-de-açúcar, além dos furaldeídos (furfural e HMF) formados durante a hidrólise da hemicelulose, na produção de ABE por C. saccharoperbutylacetonicum N1-4. A análise de sensibilidade de modelos na literatura e do próprio modelo revelou que as reações associadas à produção e consumo de acetil-CoA e butiril-CoA estão relacionadas ao aumento do rendimento de butanol. Os parâmetros cinéticos do modelo foram estimados por métodos determinísticos em uma rotina computacional desenvolvida no Scilab®. Os resultados mostraram que, apesar da forte preferência do microrganismo por açúcares hexoses, a inclusão de até 25% de pentoses não está associada a uma redução significativa na produção de butanol. Além disso, a presença dos furaldeídos perturba principalmente a assimilação dos ácidos acético e butírico e a produção de acetil-CoA e butiril-CoA, atuando como potenciais estimulantes para a produção de solventes. O Modelo infere que a utilização de resíduos agroindustriais como matéria-prima pode tornar o processo de produção de biobutanol mais eficiente e economicamente viável.
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    Acesso aberto (Open Access)
    Recuperação de n-butanol utilizando colunas de stripping à vácuo no processo de fermentação ABE
    (Universidade Federal de São Paulo, 2021-08-02) Gonçalves, Ellen Sandy [UNIFESP]; Ferreira, Michael Laia [UNIFESP]; Tovar, Laura Plazas [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/5957249756042771
    O conceito de biorrefinaria vem ganhando grande destaque visto seu objetivo de transformar a biomassa em produtos de maior valor agregado, como os biocombustíveis, devido à crescente procura de fontes de energia renováveis. Dentre estes biocombustíveis, o n-butanol é obtido por meio do processo fermentativo ABE (acetona, n-butanol, etanol). O n-butanol possui um desempenho mais similar à gasolina quando comparado ao etanol, tornando vantajoso o uso deste combustível. Porém, ao atingir determinada concentração, o n-butanol torna-se inibidor da reação de fermentação. Neste trabalho foi analisado o processo de recuperação de n-butanol utilizando colunas de stripping à vácuo, por meio de simulações no ambiente computacional Aspen Plus™. Inicialmente, foi realizada uma análise para definir os modelos termodinâmicos mais adequados para o sistema estudado. Utilizando os modelos NRTL-HOC e UNIQUAC-HOC, o sistema reacional foi conformado a partir de uma corrente contendo glicose a 50 g L-1. Com isto, obteve-se uma corrente de saída do reator composta por n-butanol, água, etanol, ácido acético, acetona, hidrogênio e dióxido de carbono, além da glicose remanescente. Posteriormente, esta corrente foi ajustada por um separador/extrator, para que apenas n-butanol, acetona, etanol e água seguissem para o sistema de recuperação. Para este sistema foram estudadas duas conformações, a primeira composta por duas colunas de destilação e a segunda por duas colunas de stripping e uma de destilação. Ao final de ambas as conformações é obtida uma corrente composta por n-butanol e água, que serão separados em um sistema com duas colunas stripping. Foi obtida uma recuperação de n-butanol 87,43 % para a conformação 1 e 79,97 % para a conformação 2, além de uma pureza de 99,41 % para ambos os casos. Após estas simulações, foi realizada análise de sensibilidade variando-se os parâmetros de projeto e de operação das colunas, avaliando o impacto sobre a recuperação de n-butanol, pureza e consumo energético. A partir desta análise, foi possível determinar as melhores condições para estas colunas e, com base nestes valores, foram realizadas novas simulações. Atingiu-se uma recuperação de n-butanol de 100 % para a conformação 1 e de 99,82 % para a conformação 2, ambas mantendo a pureza de 99,41 %. Ao final do trabalho, concluiu-se que a conformação 1 é a mais vantajosa para a obtenção de n-butanol por possuir maior eficiência e menor consumo energético.