Upload
internet
View
109
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
MODELAGEM, SIMULAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE UM FLASH REATIVO PARA APLICAÇÃO NO MONITORAMENTO ON-LINE
E OTIMIZAÇÃO EM TEMPO REAL DO PROCESSO PRODUTIVO DE UREIA
Diego José Trica
COQ897 - Otimização de Processos
Prof.: Argimiro R. Secchi
Evaristo C. Biscaia Jr.
2012/2
O que é Otimização em Tempo Real (RTO)?
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
SEBORG et. al. Process Dynamics and Control, 2ª ed.
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
1
2
3
4
5
6
i
N
Produto Líquido(NH3, H2O, Carbamato, Ureia)
Gases não-reagidos (NH3, CO2, Inertes)
CO2
NH3
Reator deUreia
Condensador de Carbamato
Condensado
Vapor MP
Carga
Líquido
Vapor
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
Modelo Proposto:
Estado Estacionário
Balanços de massa e energia
Reações químicas reversíveis
Equilíbrio líquido-vapor (ELV)
Termodinâmica: formulação gamma-phi, utilizando-se extensão do modelo UNIQUAC acrescida de contribuição Debye-Hückel para fase líquida e equação de estado de Nakamura et. al. para a fase vapor.
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
Objetivo:Maximização da produção de ureia
Problema de otimização:
Restrições de desigualdade impostas:Variável Limíte mínimo Limite máximo
[kmol h-1] 1000.00 6000.00
[K] 428.15 (155 °C) 458.15 (185 °C)
[] 3.00 5.40
[K] 428.15 (155 °C) 473.15 (200 °C)
[bar] 220 250
Não esquecer das restrições de igualdade: Balanços de massa e energia, ELV, etc.
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
Condições ótimas de operação obtidas:
-702.13 kmol h-1 (1011.1 t/dia)
Variável Valor ótimoMultiplicador deLagrange
[kmol h-1] 6000.00 0.0364
[K] 428.15 (155 °C) 0.0559
[] 4.03
[K] 468.11 (195 °C)
[bar] 250 3.1432
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
Mais informações:
Tentativa de uso do IPOPT: Sem sucesso
Excesso de restrições dificultaram o problema
Resultado final dependente das estimativas iniciais
IntroduçãoModelo Proposto
Problema de Otimização
Resultados Conclusão
Pressão de operação se apresentou como uma restrição do sistema, podendo haver oportunidades de melhoria operacional em pressões maiores.
Temperatura ótima encontrada como solução não foi igual a um dos limites estipulados. Possibilidade de aplicação de RTO para esta variável em plantas de ureia.
Referências Bibliográficas:
[1] ISLA, M. A.; IRAZOQUI, H. A.; GENOUD, C. M. - “Simulation of a Urea Synthesis Reactor. 1. Thermodynamic Framework”. Industrial Engineering Chemical Research, 32, 2662-2670 (1993).
[2] IRAZOQUI, H. A.; ISLA, M. A.; GENOUD, C. M. - “Simulation of a Urea Synthesis Reactor. 2. Reactor Model”. Industrial Engineering Chemical Research, 32, 2671-2680 (1993).
[3] HAMIDIPOUR, M.; MOSTOUFI, N.; SOTUDEH-GHAREBAGH, R. - “Modelling the Synthesis Section of an Industrial Urea Plant”. Chemical Engineering Journal, 106, 249-260 (2005).
[4] ZHANG, X.; ZHANG, S.; YAO, P.; YUAN, Y. - “Modelling and Simulation of High-Pressure Urea Synthesis Loop”. Computers and Chemical Engineering, 29, 983-992 (2005).
[5] CLAUDEL, B.; BOULAMRI, F. - “A New Model of Gas-Solid Kinetics. The Case of Ammonium Carbamate Formation and Decomposition”. Thermochimica Acta, 126, 129-148 (1988).
[6] CLAUDEL, B.; BROUSSE, E.; SHEDADEH, G. - “Novel Thermodynamic and Kinetic Investigation of Ammonium Carbamate Decomposition into Urea and Water”. Thermochimica Acta, 102, 357-371 (1986).
Referências Bibliográficas:
[7] SANDER, B.; FREDENSLUND, A.; RASMUSSEN, P. - “Calculation of Vapour-Liquid Equilibria in Mixed Solvent/Salt Systems Using an Extended UNIQUAC Equation”. Chemical Engineering Science, 41, 1171-1183 (1986).
[8] NAKAMURA, R.; BREEDVELD G. J. F.; PRAUSNITZ J. M. - “Thermodynamic Properties of Gas Mixtures Containing Common Polar and Nonpolar Componentes”. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 15, 557-564 (1976).
[9] RAMACHANDRAN, B. R.; HALPERN, A. M.; GLENDENING, E. D. - “Kinetics and Mechanism of Reversible Dissociation of Ammonium Carbamate: Involvment of Carbamic Acid”. Journal of Physical Chemistry, 102, 3934-3941 (1998).
[10] PIOTROWSKI, J.; KOZAK, R.; KUJAWSKA, M. - “Thermodynamic Model of Chemical and Phase Equilibrium in the Urea Synthesis Process”. Chemical Engineering Science, 53, 183-186 (1998).
[11] SMITH, J. M.; VAN NESS, H. C; ABBOTT, M. M. - “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”. McGraw-Hill, 7ª ed. (2005).
[12] REID, R. C.; PRAUSNITZ, J. M.; POLING, B. E. - “The Properties of Gases & Liquids”. McGraw-Hill, 4ª ed. (1987).
Referências Bibliográficas:
[13] FOGLER, H. S. - “Elements of Chemical Reaction Engineering”. Prentice Hall, 4ª ed. (2006).
[14] BRENAN, K. E.; CAMPBELL, S. L.; PETZOLD, L; R; - “Numerical Solutions of Initial-Value Problems in Differential-Algebraic Equations”. SIAM (1996).
OBRIGADO!