Modelagem e simulação de uma unidade industrial de produção de ácido sulfúrico integrada a uma planta de geração de energia elétrica

• Autor(a) principal: Chagas, Marcelo Martins das
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33990; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.8015
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::FERTILIZANTES; Modelagem de processos; Process modelling; Ácido sulfúrico; Sulfuric acid; Turbinas a vapor; Steam turbines; Engenharia química; Ácido sulfúrico - Indústria; Geração distribuida de energia elétrica

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%).