Publicação: Modelagem e simulação de uma unidade industrial de produção de ácido sulfúrico integrada a uma planta de geração de energia elétrica
Carregando...
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Coleções
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::FERTILIZANTES
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Resumo
Nas próximas décadas, o crescimento populacional demandará aumento da produção de fertilizantes e, por consequência, de suas matérias primas como o ácido sulfúrico. Nesse cenário, o desenvolvimento de modelos computacionais que permitam a otimização dos processos produtivos de toda a cadeia de produção tem sido enfoque de trabalhos recentes. No entanto, o desenvolvimento da modelagem computacional de processos industriais nas últimas décadas ocorreu com avanço limitado na indústria, com destaque para o enfoque dos simuladores comerciais na indústria petroquímica e a disponibilidade ainda restrita de ferramentas de confiabilidade adequada para a modelagem de uma grande variedade de processos industriais. Assim, o desenvolvimento e aplicação de modelos matemáticos é um desafio para diversos setores, como a indústria de fertilizantes fosfatados. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma simulação computacional de uma unidade industrial de produção de ácido sulfúrico integrada a uma planta de geração de energia elétrica, localizadas em Araxá, Minas Gerais, utilizando simuladores comerciais. Foram desenvolvidos e validados modelos para as operações unitárias, componentes e circuitos integrados da unidade industrial de referência. No desenvolvimento dos modelos, foi elaborado um equacionamento matemático para a constante de equilíbrio da oxidação de enxofre e as eficiências isentrópicas de cada sessão da turbina foram calculadas. Para a validação das simulações, os modelos termodinâmicos utilizados para representação dos componentes em cada etapa do processo foram estudados. Os resultados das simulações da reação de oxidação de SO2 apresentaram correspondência satisfatória com os dados de projeto da unidade industrial de referência tanto no software COCO, quanto no UniSim, com erro relativo máximo de 3,1%. Para o sistema de geração de vapor integrado ao circuito de gás, os modelos desenvolvidos apresentaram divergências de até 6,7% atribuídas ao grau de superaquecimento predito para o vapor. Para o combustor de enxofre líquido, as simulações realizadas no software UniSim apresentaram erros relativos de 9,5%, superiores à modelagem termodinâmica tradicional implementada no software Maple (0,3%).
Abstract
In the next few decades, population growth will demand increased production of fertilizers and, consequently, raw materials as sulfuric acid. In this scenario, the recent studies have focused on the development of computational models for process optimization. In the past few decades, process modelling had limited progress in industry. Efforts have been made in model developments focused on petrochemical industry and, hence, there is a lack of mathematical models of satisfactory reliability for a wide range of industrial processes. In this work, a process simulation was developed and validated using project data from an actual industrial sulfuric acid plant located in Araxá, Minas Gerais. Commercial process simulators had been used. Unit operations, components and integrated systems of the industrial plant were modelled. A mathematical formulation was built to described equilibrium constant behavior for SO2 oxidation. Isentropic efficiency of two steam turbines were calculated for the model development. To validate the simulations, thermodynamic models were used to express chemical components. Simulation results good agreement with plant data using COCO and UniSim with relative error maximum of 3.1%. For the steam generation system integrated to process gas system, some limitations in the superheater model have been detected, but some refinements must be done. For the sulfur furnace, simulations using UniSim had errors of 9,5% higher than a traditional simulation implemented in Maple (0,3%).
Palavras-chave
Modelagem de processos, Process modelling, Ácido sulfúrico, Sulfuric acid, Turbinas a vapor, Steam turbines
Citação
CHAGAS, Marcelo Martins das. Modelagem e simulação de uma unidade industrial de produção de ácido sulfúrico integrada a uma planta de geração de energia elétrica. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.8015
Coleções
Avaliação
Revisão
Suplementado Por
Referenciado Por
Licença Creative Commons
Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Acesso Aberto