Gases industriais: simulação do processo de separação criogênica do ar

Busse, Bernardo Arcoverde Vieira

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/23651

Type:	Trabalho de conclusão de graduação
Title:	Gases industriais: simulação do processo de separação criogênica do ar
Author(s)/Inventor(s):	Busse, Bernardo Arcoverde Vieira
Advisor:	Perlingeiro, Carlos Augusto Guimarães
Co-advisor:	Souza, Mariana de Mattos Vieira Mello
Abstract:	A produção de oxigênio, nitrogênio e argônio a partir do ar constitui o principal segmento dentro da indústria de gases industriais. Esses gases possuem inúmeras aplicações na indústria química, petroquímica, alimentícia, farmacêutica e também aplicações medicinais. Três métodos de separação do ar são predominantes: separação por membranas, PSA (Pressure Swing Adsorption) e Retificação Criogênica. Um dos marcos mais importantes da indústria de separação de ar foi a introdução da destilação do ar sob condições criogênicas em duas colunas. Até hoje esse princípio é aplicado, com inúmeras variações, na maioria dos separadores criogênicos de ar. Neste trabalho foi simulado um processo típico de separação criogênica do ar, similar ao utilizado por inúmeras empresas produtoras de gases industriais, com o objetivo de analisar profundamente esse processo. Esse processo é dividido em duas seções principais: uma onde ocorre a compressão e o tratamento do ar, chamada seção quente, e a outra onde ocorre a separação do ar em seus três principais componentes: nitrogênio, oxigênio e argônio, chamada de seção fria. O processo que ocorre na seção fria foi simulado, em equilíbrio termodinâmico, no ambiente de simulação Aspen Plus da empresa Aspentech. Inicialmente realizou-se uma análise para determinação do melhor modelo termodinâmico a ser utilizado na simulação. Optou-se por simular uma unidade com capacidade de produção de 1.000 toneladas por dia de oxigênio. Na dupla coluna de destilação a seção de alta pressão opera a 5,7 bar e a de baixa pressão a 1,8 bar. Observou-se grande instabilidade no perfil de concentração de argônio nesta coluna, evidenciando a necessidade de estratégias de controle para a produção do gás nobre. Os dados da simulação foram utilizados para conduzir uma análise econômica do processo, onde foram evidenciadas as principais expectativas quanto aos custos da planta, que são representados principalmente pelo consumo de energia e água de resfriamento. Um resultado interessante foi observar que o custo com manutenção da unidade representa quase metade dos custos operacionais, devido ao baixo custo das utilidades consumidas no processo e ao investimento de capital relativamente alto, cerca de 60 milhões de dólares. Análises de sensibilidade adicionais permitiram concluir que este processo apresenta ganhos de escala baixos quando comparados a outros processos da indústria e que existe um engargalamento na produção de produtos líquidos, sendo necessária a adição de uma unidade de refrigeração para alcançar esse objetivo, possível foco de estudo em trabalhos futuros.
Keywords:	Gases industriais Métodos de separação do ar Separação criogênica do ar
Subject CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Production unit:	Escola de Química
Publisher:	Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date:	Jun-2014
Publisher country:	Brasil
Language:	por
Right access:	Acesso Aberto
Citation:	BUSSE, Bernardo Arcoverde Vieira. Gases industriais: simulação do processo de separação criogênica do ar. 2014. 75 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2014.
Appears in Collections:	Engenharia Química

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