Avaliação da exequibilidade da renovação de colunas de destilação preexistentes por incorporação de uma secção de enchimento

Abstract

Este trabalho de dissertação efetuado em ambiente empresarial na unidade de recuperação de solventes EGEO Solventes S.A teve como principal objetivo a otimização das colunas de destilação descontínua através da realização de um estudo da viabilidade de colocação de enchimento e consequente análise e comparação dos resultados obtidos com e sem enchimento. Sendo a EGEO Solventes S.A uma empresa que opera na área de regeneração de solventes, utilizando para este fim equipamento industrial de separação de misturas e, sempre tendo a maximização da eficiência das suas instalações em mente, o estudo efetuado nesta dissertação pretende utilizar as mais valias do software de modelação e simulação de processos de última geração disponível na atualidade de forma a dar resposta a um dos objetivos de melhoria contínua da empresa. Começou-se assim o trabalho por traçar um perfil rigoroso de operação das colunas de destilação descontínua em causa através da recolha de dados de operação das colunas reais preexistentes na empresa, de forma a obter a informação e dados necessários para efetuar cálculos e alimentar o simulador informático que iria ser utilizado no estudo. Escolheu-se dois tipos diferentes de misturas para traçar o perfil de destilação para obter um cenário mais abrangente: um produto frequentemente produzido na empresa para efeitos de comercialização pela própria marca e um produto constituído por uma mistura pouco frequente na empresa e que iria ser retornado ao cliente após tratamento. Foram retirados caudais instantâneos de destilado, temperaturas de cauda, meio, topo e destilado, pressões de operação e de condensação, densidade de destilado, composições de mistura, entre outros dados, permitindo assim ter uma boa base inicial para aproximar as iterações que iriam ser efetuadas no simulador/modelador informático. Com estes dados foi ainda possível efetuar um cálculo de HETP necessário como parâmetro de entrada de relevo na simulação. Posteriormente, procedeu-se à segunda fase do trabalho: Modelação do processo em causa e simulação de colocação de enchimento e posterior comparação de resultados no software Aspen Plus®. Utilizando todos os dados recolhidos anteriormente e convergindo a modelação, através de um processo de cálculo iterativo, para um caso aproximado ao que acontece nas instalações da empresa, foi possível concluir o estudo de viabilidade e apresentar as devidas conclusões. Devido ao diâmetro da secção de colocação de enchimento ser demasiado pequena e devido ao aumento das quedas de pressão associadas à utilização do enchimento, a coluna tem tendência a inundar para a gama de caudais onde o seu funcionamento seria ótimo. Ainda assim, foram efetuados testes para uma gama de caudais inferiores de forma a tentar contornar o problema, mas verificou-se que para essa gama de caudais mais baixos, a coluna irá secar devido ao facto do balanço entre mistura a evaporar e caudal de fase líquida nova a entrar não se verificar, evaporando mais do que se consegue alimentar à coluna a caudais baixos. Das modelações e simulações efetuadas, confirmou-se a inviabilidade de colocação de enchimento nas colunas em causa, mas efetuou-se ainda cálculos de forma a ser possível estimar um valor de diâmetro de secção de enchimento mínimo para cada caudal em estudo. Os valores foram apresentados como sugestão de modificação futura na empresa.

The present dissertation made in the company EGEO Solventes S.A, had as major goal the optimization of the single staged discontinuous columns by making a viability study on the usage of packing on said columns and subsequent analysis and result comparison with and without packing usage. Being a company that operates on solvent recovery by using industrial separation equipment, and is always keen on maximizing the overall efficiency of their site, the study done in the present dissertation aims to take advantage on the latest technology available on process simulation and modelling in order to assist the company in the pursuit of one of their main goals: continuous improvement. The work started by rigorously profiling a real single staged discontinuous column to obtain valuable experimental data which was proven fundamental to make some important calculations and to feed the simulator’s input fields that was going to be used in the present study. Two very different kind of dirty mixes were chosen to profiling analysis to reach a wider array of results: A product often produced by the company for selling as a company-branded product, and a new product composed by an unfrequently seen mix that would be returned to the client after processing. It was registered instant distillate volumetric flow rate values, distillate, bottom, mid and top temperatures, operational and condensate pressures, distillate density, mixing compositions, and other miscellaneous data this way allowing to have a good initial solid ground to tighten the simulation iterations to more realistic values. With this data, it was also possible to calculate the value of an important input parameter, HETP, that was to be used in the simulator. After successfully profiling the operation method of the single staged discontinuous columns, stage two of the present work began: Process modelling and packing usage simulation while comparing the results in the software Aspen Plus®. By using every collected data so far and converging the modelling results, using the following iterative calculations, to a realistic scenario, it was possible to conclude about the viability study. Since the packing section is too small and the inevitable increased pressure drop, caused by the usage of the packing, data showed that, for optimal volumetric flow rate, there was flooding occurrence. Trying to manoeuvre the problem, lower volumetric flow rates were tested as well but, due to improper equilibrium between the vaporization rate and the volumetric feeding rate, the column dried up. For lower volumetric flow rates, there is a greater amount of vaporization occurrence when comparing to the volumetric feeding rate. By means of simulation and modelling, it was shown that the usage of a packing bed on the single stages discontinuous columns is unreliable. Additional calculations were made to allow an estimation of a minimum acceptable diameter that would not flood the column at various volumetric flow rates. The values were presented as suggestions for future modifications if needed