Diagnóstico e otimização do circuito de refrigeração de uma unidade de regeneração de solventes

Abstract

A EGEO Solventes S.A. atua na área da gestão de resíduos, sendo a sua especialidade a regeneração de solventes, com vista à sua valorização. O processo de regeneração de solventes foca-se na destilação descontínua. Nas instalações, as colunas de destilação são auxiliadas por condensadores, por forma a recuperar o solvente regenerado. Esta condensação é efetuada com recurso a água de refrigeração. Após a passagem nos condensadores, esta é então alimentada a torres refrigeração, voltando a arrefecer para ser recirculada aos condensadores. No decorrer do processo de recuperação de solventes foram identificados problemas relacionados com a rede de permutadores de calor. Em determinadas condições de operação, denotou-se uma fraca condensação, fraco arrefecimento da água nas torres de arrefecimento e uma constante cavitação nas bombas do circuito de água de arrefecimento. Recorrendo a uma análise aos balanços de massa e energia do sistema, bem como a um balanço à quantidade de movimento, foi possível diagnosticar o baixo rendimento dos permutadores e das torres de arrefecimento. Por forma a ser possível calcular as perdas de carga, foi efetuado um levantamento de todas as tubagens e criado um diagrama isométrico para melhor leitura da estrutura real. Foi feita uma análise aos circuitos de água e às bombas, sendo possível determinar como causa de esforço das bombas um mau dimensionamento das tubagens. Adicionalmente, foram ainda estudados os caminhos preferenciais da água no circuito. No que diz respeito ao fraco arrefecimento nas torres de refrigeração foi também estudada a alimentação das torres, pelo que a causa encontrada consistia na baixa pressão da água à entrada das torres. Com recurso ao simulador de processos comercial Aspen Plus® foi estudada a influência da água de arrefecimento no processo, e efetuada uma otimização do circuito. Foi efetuada uma análise económica mostrando ser possível redução em 76% dos gastos e custos associados ao processo. Por fim, foram propostas modificações ao processo, baseadas nos resultados obtidos na otimização com principal incidência na redução das perdas de carga e melhor utilização da água de arrefecimento.

EGEO Solventes S.A. is a waste management company, focused in solvent regeneration. The solvent regeneration process focus on distillation. At the facilities, the distillation columns are assisted by condensers in order to condense the solvent. This condensation is performed using water cooling. After passing the condenser, the water is then fed to cooling towers to cool back to, once again, return to the circuit. During the solvent recovery process, there have been identified problems related to the heat exchanger network. Under certain operating conditions, it was denoted a weak performance both condensators and cooling towers and constant cavitation in the pumps of the water cooling circuit. Using an analysis of mass, energy and momentum balances, it was possible to diagnose the problems identified: poor condensation in the condensers and weak cooling in the cooling towers. Analysis of the water circuit and the pumps were made and it was possible to determine that the cavitation in pumps was caused by the head loss in the pipe network. Additionally, it was also studied the preferred paths of water in the circuit. Concerning the weak cooling in the cooling towers, was found that the cause for the weak efficiency was the water feed’s low pressure. Using the commercial process’ simulator Aspen Plus®, the influence of the cooling water in the process had been studied and a circuit optimization was. An economic analysis was performed, showing it is possible to reduce process’ costs by 76%. Finally, changes to the process were proposed, based on the obtained optimization results.