Publicação: Simulação computacional e análise paramétrica de uma unidade
industrial de descarga e estocagem de amônia líquida pressurizada
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
A amônia é umas das principais matérias-primas para a produção de diferentes tipos de
fertilizantes, dentre os quais estão o fosfato de monoamônio (MAP), o fosfato de diamônio
(DAP), a uréia, o sulfato de amônio. O triângulo mineiro é um importante produtor de MAP,
obtido através da reação entre a amônia e o ácido fosfórico. A amônia utilizada não é
produzida na planta, sendo que seu recebimento e estocagem no complexo de fertilizantes são
realizados numa unidade industrial que utiliza trocadores de calor, vasos de flash,
bombeamento, vasos de armazenagem etc. Devido a alterações na especificação do
recebimento de amônia ao longo dos anos e de condições operacionais atuais diferentes das
condições de projeto, a amônia pode deixar de ser enviada às unidades produtoras de MAP
em condições satisfatórias.
Neste trabalho, simulou-se a unidade industrial de estocagem no simulador de
processos COCO, software gratuito baseado no protocolo CAPE-OPEN, com o objetivo de
analisar a sensibilidade do processo às alterações das variáveis operacionais mais importantes.
Foi possível verificar que o COCO representou com fidelidade a unidade. Na simulação dos
dados de projeto da unidade, comprovou-se a adequação da equação de estado de Peng-
Robinson como pacote termodinâmico.
Realizou-se uma análise paramétrica da planta, com os dados operacionais atuais e foi
possível concluir que a alteração na especificação de recebimento da amônia não possui efeito
significativo nas demais variáveis de processo da unidade. A elevação da pressão de operação
da esfera aumentou em 6 K a temperatura da amônia para o MAP, elevando sua pressão de
vapor e a sua tendência a se volatilizar nas linhas, o que causa cavitação das bombas.
Por fim, foram propostas mudanças operacionais, com base em resultados simulados,
para as quais é possível obter um ganho energético nos compressores e bombas do
descarregamento de 28,61 kW. Este ganho corresponde a uma economia de 3,34% no custo
variável de energia destes equipamentos. Nesta condição proposta, foi possível ainda retornar
a temperatura de exportação de amônia para as unidades de MAP para sua condição original
de projeto.
Abstract
Ammonium is one of the main raw materials for the production of different types of
fertilizers, such as monoammonium phosphate (MAP), diammonium phosphate (DAP), urea
and ammonium sulfate. The Triângulo Mineiro region is an important MAP producer. It is
produced by the reaction between ammonium and phosphoric acid. The ammonium used is
not produced at this fertilizer production facility. It is received and stored at an industrial unit
that contains heat exchangers, compressors, pumps, flash vessels, etc. Due to changes in the
specification of the ammonium supply, and to operational conditions different of those
projected for the storage unit, the quality of the ammonium sent to the MAP production units
may not be satisfactory.
The ammonium industrial storage unit was simulated with the aid of COCO, a free-ofcharge
computer software, based on the CAPE-OPEN protocol, in order to analyze the
process sensibility to variables set-point changes. The simulation was based on the Peng-
Robinson equation of state. It was possible to verify that COCO had good accuracy with
reality through the simulation of the project data of the unit.
The current operational data were also simulated, and it was found through parametric
analysis that the specification of the received ammonium does not have any influence on the
other process variables of the industrial unit. On the other hand, the elevation of the
operational pressure of the storage spheres increases the temperature of the ammonium
exported to the MAP facilities in 6K. This elevation increases the ammonium s vapor
pressure, its tendency to volatilize and causes pump cavitation.
Through simulation, a new operational point was proposed. It was possible to obtain
an energetic gain of 28.61 kW at the pumps and compressors. This gain corresponds to an
energy cost reduction of 3.34% at these equipment. At this new condition, the temperature of
the ammonium sent to the MAP units returned to its original projected values.
Palavras-chave
Simulação computacional, CAPE-OPEN, Fertilizantes, Amônia, Computer simulation, Fertilizers, Ammonium, Amônia líquida - Indústria, Amônia como fertilizante
Citação
ELISIARIO, Alessandra Caldas D'Moraes. Simulação computacional e análise paramétrica de uma unidade industrial de descarga e estocagem de amônia líquida pressurizada. 2013. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2013.281