Reforma catalitica da nafta : modelagem, simulação e controle do processo

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pires, Carlos Augusto de Moraes
Data de Publicação: 2000
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1588798
Resumo: Orientadores: João Alexandre F. R. Pereira, Maria de Fatima dos S. Lopes
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spelling Reforma catalitica da nafta : modelagem, simulação e controle do processoReatores químicosSimulação (Computadores)Controle automáticoCatalytic RefonningRadial ReactorModelingSimulation, ControlOrientadores: João Alexandre F. R. Pereira, Maria de Fatima dos S. LopesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: O processo de refonna catalítica da nafta, voltado para a produção de compostos aromáticos (benzeno, tolueno e xilenos), foi o tema abordado neste estudo. Considerou-se um típico processo semi-regenerativo, no qual existem quatro reatores radiais em série intercalados com quatro fornalhas que são utilizadas para aquecer as correntes que alimentam os reatores. A modelagem dos reatores foi proposta para os regimes estacionário e transiente e foi considerado um sistema reacional simplificado, envolvendo apenas dez compostos químicos relacionados através de cinco reações. A desativação do catalisador faz parte do modelo cinético e a expressão da taxa de fonnação de coque é baseada na condensação do aromático. Este modelo foi simulado a partir de um programa de computador construí do em linguagem FORTRAN, chegando-se a resultados compatíveis com os encontrados em literatura. Desta fonna, foi possível efetuar um estudo sobre os efeitos das variáveis operacionais nas concentrações dos produtos deste processo e várias conclusões importantes foram obtidas. Após analisar as relações entre os produtos originários da refonna com as variáveis operacionais, foi proposta uma estratégia de controle em cascata para manter a concentração de aromático no "setpoint" desejado. O objetivo da aplicação desta estratégia de controle é o de compensar os efeitos da desativação do catalisador, bastando para isso aumentar a temperatura da corrente de entrada dos reatores. A malha secundária, do controle em cascata, controla a temperatura de entrada dos reatores. Foram utilizados os controladores PID, DMC e LDMC no intuito de verificar o melhor desempenho desta malha. Estes controladores foram elaborados em linguagem FORTRAN e através da simulação destes casos foram obtidas infonnações que pennitiram concluir que o controlador LDMC é o mais apropriado. Para a malha primária, que controla a concentração de aromático, impondo as temperaturas ótimas de entrada para cada reator (setpoints" da malha secundária), foi utilizado o controlador LDMC com duas opções de configuração para a matriz dinâmica. A primeira opção considera o sistema como sendo de múltiplas entradas e única saída (MISO), com as temperaturas representando as variáveis manipuladas e a concentração de aromático a controlada. A segunda opção supõe que o sistema possui única entrada e única saída (SISO), a variável manipulada é a W AIT (que é a soma ponderada das temperaturas de entrada dos reatores, levando em conta a quantidade de catalisador em cada um dos leitos) e a variável controlada é a concentração de aromático. Observa-se que não houve diferença significativa entre estas duas opções para a malha primária, notando-se apenas uma ligeira vantagem para o caso MISO em função da maior atividade do catalisador. Como conclusão deste trabalho, foi possível verificar os vários aspectos da refonna catalítica da nafta inerentes ao processo de obtenção de aromáticos. Entretanto, outras pesquisas nesta linha devem ser realizadas para conseguir, dentre outras coisas, diminuir a defasagem existente de infonnações entre a tecnologia atual e a teoria disponível, sendo que esforços como este devem ser incentivados para obtenção de mais conhecimentos sobre o processoAbstract: The theme of this study is the process of catalytic refonning for aromatics (benzene, toluene and xilenes). There were considered a typical semiregenerative process, with serial arrange of four radial reactors preceded by four furnaces used to pre-heat the reactors feed. There were proposed stationary and transient for the reactors. A simplified reacctional system were considered, involving only ten chemical compounds related through five reactions. The kinetic model inc1ude the deactivation of the catalyst and the rate of coke fonnation is based on aromatic condensation. The model was simulated in a computer FORTRAN code and the achieved results are compatible with the literature ones. It was then possible to study the effects of operational variables in the products concentrations and several important conclusions were obtained. The relationship among the reforming process products with operational variables were analyzed and a cascade control strategy was proposed to maintain the aromatic concentration in the desired set point. The objective of this control strategy is to compensate the catalyst deactivation effects, and its only action is to increase the temperature of the feed reactors. The secondary loop in the cascade control strategy controls the temperature of the feed ofthe reactors. Controllers PID, DMC and LDMC were tested in order to verify which is the one what maximizes the loop performance. The controllers were programmed in a FORTRAN code and the simulation results shows that the controller LDMC is the most appropriate. For the primary loop, which controls the aromatic concentration, imposing the optimal temperature in each reactor feed ( set point of secondary loop) the controller LDMC was used with two possible configuration of the dynamic matrix. The first option considers the system with multiple entrances and only a exit (MISO), with the temperatures representing the manipulated variables and the aromatic concentration as the controlled one. The second option supposes that the system has only one entrance and only one exit (SISO). The manipulated variable is WAIT (weighted average inlet temperature) the controlled variable is also the aromatic concentration. Both options for primary loop are equivalent, the MISO options is slightly better than the often one because of largest catalyst activity. In this work, it was verified several aspects inherent of catalytic naphtha refonning process for the production of aromatics. Other researches in this line should he done in order to reduce the existent gap of information between current technology and available theory, and other efforts should be motivated for obtaining a better knowledge of the processoDoutoradoSistemas de Processos Químicos e InformáticaDoutor em Engenharia Química[s.n.]Pereira, João Alexandre Ferreira da Rocha, 1945-Lopes, Maria de Fatima dos SSilva, Maria Isabel Pais daSilva, Messias Borges daLona, Liliane Maria FerraresoFileti, Ana Maria FrattiniUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPires, Carlos Augusto de Moraes20002000-04-17T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf209p. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1588798PIRES, Carlos Augusto de Moraes. Reforma catalitica da nafta: modelagem, simulação e controle do processo. 2000. 209p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1588798. Acesso em: 2 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/192414porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T03:10:24Zoai::192414Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T03:10:24Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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