Desenvolvimento de software para a sintese de rede de trocadores de calor considerando projeto detalhado e a flexibilidade do sistema
Marcia Cristina Roque
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP R685d
Campinas, SP : [s.n.], 2000.
127p. : il.
Orientador: Liliane Maria Ferrareso Lona
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica
Resumo: Dentro do contexto de minimização de custos e máximo retomo econômico aliado ao atual interesse pela preservação ambientaI, a minimização energética em uma indústria química vem ao encontro as principais tendências do mercado. Ao minimixar o gasto energético (fontes de aquecimento e...
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Resumo: Dentro do contexto de minimização de custos e máximo retomo econômico aliado ao atual interesse pela preservação ambientaI, a minimização energética em uma indústria química vem ao encontro as principais tendências do mercado. Ao minimixar o gasto energético (fontes de aquecimento e resfriamento), a indústria estará reduzindo o custo de produção e consequentemente alterando diretamente o custo do produto fmal. Além disso, a empresa estará diminuindo o impacto ambientaI causado pelos processos de geração de energia (caldeiras e torres de resfriamento). Contudo, em plantas já existentes, qualquer alteração implica em custo e no caso de projetos ainda não implantados, o custo pode advir da implantação de novas unidades de troca térmica e tubulações, bem como de bombas e compressores, além de instrumentação. Neste contexto, o presente trabalho visa a elaboração de um "software" que gere a configuração da uma rede de trocadores de calor (R TC) que possa atender os requisitos energéticos com o mínimo custo possível através da otimização do número de unidades de transferência de calor e da área de troca térmica requerida por estes equipamentos. Isto será feito utilizando-se técnicas de análise técnico econômica, que se valem de correlações de custo que calculem o custo das unidades. As técnicas de otimização visam a redução da área de troca térmica e dos custos de implantação da RTC em conjunto. Para a síntese de uma RTC, existem métodos baseados em heurísticas e em modelos de otimização. No presente trabalho, visa-se a integração dos métodos heurísticos, a fnn de se aproveitar os pontos fortes dos métodos isolados. Outro ponto relativo aos trabalhos realizados até a atualidade é que o projeto dos trocadores de calor nem sempre é levado a cabo durante a síntese da RTC, o que pode levar a inviabilidade da implantação da rede devido a elevadas quedas de pressão nos equipamentos de troca térmica. No presente trabalho, serão levadas em consideração a queda de pressão dos trocadores e a redução na quantidade de calor realmente trocada por estes equipamentos em virtude de incrustações nos equipamentos. O cálculo dos coeficientes de troca térmica será efetuado pelos métodos de Bell Delaware e de Kem, a fim de facilitar uma comparação entre os resultados fornecidos por estes dois métodos e o projeto dos trocadores será efetuado em paralelo com a síntese da RTC. Com o projeto da RTC podem aparecer "laços" após a síntese, que senam "caminhos" com trocadores que podem ser eliminados sem prejudicar a troca térmica efetiva da RTC e que caso não sejam retirados podem afetar o custo anual total da RTC. Neste trabalho, será utilizado um algoritmo para quebra de laços baseado na construção da "Matriz de Incidência" proposta por Pethe et aI. (1989). Levando-se em consideração os múltiplos períodos de operação de um único processo químico, será efetuada uma análise de flexibilidade segundo a metodologia proposta por Ravagnani e Módenes (1996)
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Abstract: In the context of cost minimization and maximum profit bond to the actual interest on environment preservation, the minimization of energy consumption in a chemical industry is c10se to the main market trends. When reducing energy consumption (heating and cooling sources), the industry...
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Abstract: In the context of cost minimization and maximum profit bond to the actual interest on environment preservation, the minimization of energy consumption in a chemical industry is c10se to the main market trends. When reducing energy consumption (heating and cooling sources), the industry will be reducing its production costs and consequent1y changing the product final cost. Besides this, the company will be reducing the environmental impact due to the energy generation processes (boilers and coolers). However, in existing plants, any change leads to costs and in case of not implemented projects, the cost increase can be due to the installation of new heat exchange units and pipes, as well as pumps and compressors and also instruments. For the HEN synthesis, there are methods based on heuristics and in optimization models. In the present work, it is sought the integration of these heuristic techniques in order to rescue the best of each of them. Another point relative to the works developed up to now is that the project of the heat exchange units are not always taken into account during the synthesis, what can lead to the impossibility of implementing the HEN due to high pressure drops in the heat exchange equipment. The calculation of the heat transfer coefficient is done by the Bell Delaware and Kem methods in order to make it possible to establish a comparison between the results given by these two methods and the project of the heat exchange unit will be done ÍI1 parallel with the synthesis. While the project of the HEN is ongoing, there may appear "loops", that would be paths formed by heat exchangers that can be eliminated without any harm to the effective heat exchange of the network and in case they are not removed, they may affect the annual cost of the HEN. In this work, it will be used a method based on the Incidence Matrix proposed by Pethe et aI. (1989). Taking into account the multiple periods of operation of a single chemical process, the flexibility analysis will be done according to the methodology proposed by Ravagnani e Módenes (1996)
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