Minicurso software COCO

Minicurso software COCO
Prof. Ricardo Vieira Gonçalves
UFSJ
13/05/2014
Introdução
Introdução
A Engenharia de Processos Químicos Auxiliada por Computador (CAPE1 ).
Utilização de simulação de modelos de processos químicos.
Softwares para simulação.
Ex: COCO, HYSYS, Aspen, ProSimPlus e EMSO.
Softwares para otimização.
Ex: Scilab, Matlab e Maple.
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CAPE: Computer Aided Process Engineering
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Introdução
Introdução
Problema:
A utilização de todas essas possiblidades (simulação e otimização) é dispendiosa quando feita
individualmente.
Solução:
Integrar diversos softwares que são capazes de realizar funções específicas, mas que originalmente foram projetados para funcionarem de modo isolado.
Como?
Protocolo CAPE-OPEN: um padrão para escrever interfaces de software desenvolvido pela indústria para que haja uma padronização entre alguns softwares e simuladores de processo para
que estes possam se comunicar.
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Introdução
Simulação de Processos Químicos
Simulação
Hoje, a simulação é considerada extremamente importante na fase de projeto e análise de
processos químicos.
É utilizada para as mais distintas aplicações na engenharia química:
Estágio inicial do processo.
No estágio final do projeto.
A aplicação da simulação em plantas químicas.
Mudanças nas condições de operação.
Possibilidade de otimizar o processo.
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Introdução
Simulação de Processos Químicos
Resultados obtidos através da utilização de simuladores:
Melhorias no projeto dos equipamentos e da planta;
Melhor produtividade e eficiência;
Redução significativa no tempo de execução e cálculos rotineiros;
Maior intercâmbio entre o operador do processo e o projetista, de forma a levantar maior
número de informações operacionais e construtivas, possibilitando a união dos conhecimentos empíricos na análise da simulação de plantas químicas.
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Introdução
Principais Simuladores de Processos Comerciais
Um simulador comercial é aquele desenvolvido por uma empresa que visa
lucrar com o mesmo. O uso do software somente é feito caso haja pagamento.
Alguns exemplos: PRO II, Aspen Plus e Dynamics, Hysys, CHEMCAD,
gPROMS, ASCEND e UniSim
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Introdução
Principais Simuladores de Processos Gratuitos
Software livre está ligado a liberdade de executar, acessar o código-fonte, assim
como alterá-lo, e distribuir cópias.
Software gratuito é aquele que o uso pode ser feito sem um pagamento
Exemplos: Sim42, COCO, Modelica e EMSO.
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Introdução
COCO
O software COCO é um ambiente gratuito de simulação no estado estacionário que suporta o
protocolo CAPE-OPEN, consistindo nos seguintes componentes:
COFE
Ambiente do Fluxograma, é uma interface intuitiva à fluxogramas de plantas químicas com o usuário. COFE possui algoritmos
de solução sequenciais que usam abertura automática de correntes. COFE mostra as propriedades das correntes, lida com
conversão de unidades e provê funcionalidades de realizar gráficos.
TEA:
Termodinâmica disponível no COCO para Aplicações em Engenharia, é baseado no código da biblioteca termodinâmica do
ChemSep e inclui um banco de dados de mais de 430 compostos químicos comumente usados.
COUSCOUS:
Pacote de Operacões Unitárias Simples CAPE-OPEN que acompanha o COCO.
CORN:
Pacote Numérico de Reações CAPE-OPEN que acompanha o COCO e que facilita a especificação de qualquer tipo de cinética
ou de reação no equilíbrio.
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Introdução
COCO
Limitação do software COCO:
Contém apenas as operações unitárias mais comuns (como os outros simuladores “genéricos").
Solução:
Modelagem do processo ou operação unitária no Scilab.
O que é o Scilab?
Um sistema aberto onde o usuário pode definir novos tipos de dados e operações; possui centenas de funções matemáticas com a possibilidade de interação com programas em várias linguagens.
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Trabalhando com reatores no COCO
Revisão de Reatores
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Trabalhando com reatores no COCO
Reatores disponíveis no software COCO
CSTR: Reator de tanque agitado contínuo (Continuous Stirred-Tank Reactor )
Equilibrium Reactor: Reator de Equilíbrio
Fixed Conversion Reactor: Reator de Conversão fixa
Gibbs Reactor: Reator de Gibbs
PFR: Reator de fluxo pistonado ou reator tubular (Plug Flow Reactor )
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Trabalhando com reatores no COCO
Proposta de implementação de um reator PFR
Deseja-se produzir etano a partir da seguinte reação:
C2 H4 + H2 → C2 H6
∆H = −136330J/mol
Dados do processo:
Alimentação do reator: P=15 atm, T= 300 K, yC H = 0, 4, yH = 0, 4, yN = 0, 2, vazão total= 1,5 mol/min
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Reator PFR: d=0,3 m, fase vapor, U=100 W /(m2 K )
Taxa de Reação:
−6
rC H = 4, 16667x10
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.CEthylene .CHydrogen
Calcule:
a) Qual é a conversão obtida para um reator com comprimento de 1 m?
b) Qual deve ser o comprimento do reator para se obter uma conversão de 90%?
c) Considere agora o reator com 2,5 m. Estão disponíveis duas correntes que devem se unir para formar a corrente que
alimentará o reator. A primeira corrente contêm 1/3 de nitrogênio e 2/3 de hidrogênio a uma vazão de 54 mol/h. A segunda
corrente contêm etileno puro. Ambas as correntes estão a 15 atm e 300 K. Qual deve ser a vazão molar da segunda corrente
para obtenção de uma conversão de 90% no reator PFR?
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Trabalhando com reatores no COCO
Proposta de implementação de um reator CSTR
Exemplo (FOGLER, H. S. Elements of chemical reaction engineering, 3a ed., Prentice-Hall, 1999. Exemplo 4-2, p. 142):
Produção de 200 milhões de libras por ano em um CSTR
Aprximadamente 2,2 bilhões de etilenoglicol foram produzidos em 1995, o qual ocupou a 26a posição em termos de produção
nos EUA. O etilenoglicol é utilizado como anticongelante e na manufatura de poliésteres.
Deseja-se produzir 200 milhões de libras por ano de etilenoglicol. O reator de mistura utilizado deve ser operado de modo
isotérmico. Uma solução de 1 lbmol/ft 3 de óxido de etileno em água é alimentado ao reator junto com igual volume de uma
solução de água contendo 0,9% (em peso) de ácido sulfúrico (catalisador). Se 80% da conversão deve ser alcançada, determine
o volume necessário do reator. A constante da taxa de reação específica é 0,311 min−1 .
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