Orientador: Mario de Jesus Mendes

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: São apresentadas e discutidas as estruturas básicas dos modelos estático e dinâmico de colunas de destilação, as metodologias usadas para a sua implementação e algumas dificuldades associadas à simulação. Os modelos em questão são usados para a simulação tática e dinâmica de uma coluna...

Resumo: São apresentadas e discutidas as estruturas básicas dos modelos estático e dinâmico de colunas de destilação, as metodologias usadas para a sua implementação e algumas dificuldades associadas à simulação. Os modelos em questão são usados para a simulação tática e dinâmica de uma coluna típica de destilação de álcool, e aplicados a. análise do comportamento do sistema para uma dada configuração de controle. Utilizam-se, conjuntamente, os métodos UNIQUAC e UNIFAC, na determinação da termodinâmica do equilíbrio líquido-vapor,o que generaliza a simulação efetuada para misturas cujos dados termodinâmicos não estão disponíveis na literatura. Para a simulação do regime estacionário da coluna de destilação são utilizados o método Naphtali-Sandholm e o método aqui chamado de Alternativo, baseado na sequência das diferentes decisões apresentadas por Friday-Smith. A comparação das soluções numéricas apresentadas pelos dois métodos conduzem a perfis aproximadamente idênticos na coluna. Contudo, em termos de tempo de computação o método de Naphtali-Sandholm revelou-se sempre mais rápido. Na simulação do regime transiente da coluna são utilizados dois métodos para a integração das equações do balanço material, o método de Euler-modificado e o de Runge-Kutta. Quanto a precisão eles demonstraram serem equivalentes. Mas, quanto ao tempo dispendido nos cálculos, o método de Eüler-modificado demonstrou necessitar de um menor tempo. A simulação dinâmica da coluna de destilação a base de etanol e água em malha aberta mostrou que, para as perturbações introduzidas, o tempo de resposta da coluna se situa entre 120 e 140 minutos. A simulação dinâmica da coluna em malha fechada mostrou que, nas condições indicadas, o sistema de controle apresenta um comportamento estável.

Abstract: The basic structures of the static and dynamic models of distillation columns as well as the utilized methodology for their implementation and some difficulties associated to the simulation are presented and discussed. The models are used for static and dynamic simulation of atypical...

Abstract: The basic structures of the static and dynamic models of distillation columns as well as the utilized methodology for their implementation and some difficulties associated to the simulation are presented and discussed. The models are used for static and dynamic simulation of atypical alcohol distillation column and applied in the analyses of the system behaviour for a given control configuration. The UNIQUAC and UNIFAC methods are used in connection for determining the thermodynamics of the liquid-vapor equilibrium, generalizing the simulation for mixtures with thermodynamical data not available in the literature. For the simulation of the distillation column in steady-state conditions, one has used the Naphtali-Sandholm method and, also, the Alternative method, here defined, based in the sequence of different decisions presented by Friday-Smith. A comparison between the numerical solutions of the two methods shows a close proximity for the calculated profiles. Nevertheless, in terms of computational time, the Naphtali-Sandholm methods resulted faster. In the unsteady simulation, two methods are utilized for the integration of the mass balance equations: the modified Euler method and the Runge-Kutta method. Both have shown to be equivalent in terms of precision of the results. As far as computational time, the modified Euler method has shown to be faster. The dynamic simulation of the distillation column for ethanol and water in open loop has shown that, for the introduced perturbation, the response time lies between 120 and minutes. The dynamic simulation in closed loop has shown in the indicated conditions, the control system has a stable behavior.