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Document Type: Dissertação
Title: Modelagem matemática e estudo de sensibilidade paramétrica de um reator de síntese de ureia
Authors: Santos, José Adriano Andrade dos
Issue Date: 30-Aug-2013
Advisor: Santana, Pedro Leite de
Co-advisor: Silva, Antônio Santos
Resumo : Um dos grandes desafios atuais da indústria química consiste na busca de estratégias de economia mássica e energética para os mais diversos processos, seja na concepção de novos projetos, seja no melhoramento de tecnologias já existentes. Em um processo de fabricação, esse paradigma se traduz na redução ao máximo possível da formação de produtos indesejáveis e do consumo de energia nas etapas envolvidas. Neste trabalho de dissertação foi desenvolvido um modelo matemático fenomenológico para um reator de síntese de ureia e, a partir deste, um aplicativo computacional para simulação do processo de síntese. Um modelo de células de mistura foi proposto para a representação do sistema real, em regime transiente, contemplando as equações de conservação de massa e energia. O método de Runge-Kutta de quarta ordem foi implementado na linguagem de programação Matlab (Matrix Laboratory) para resolver os sistemas de equações diferenciais ordinárias resultantes. Além do modelo do reator, um módulo termodinâmico foi desenvolvido com o intuito de analisar a influência da pressão nos coeficientes de fugacidade das espécies da fase gasosa e a influência da temperatura nos coeficientes de atividade das espécies da fase líquida. A partir de simulações computacionais, fez-se um estudo de sensibilidade paramétrica das principais variáveis operacionais que determinam o desempenho do reator de ureia. Os parâmetros considerados foram os seguintes: razão molar entre água e dióxido de carbono, razão molar entre amônia e dióxido de carbono e temperatura. Analisou-se também o comportamento dinâmico do reator frente a perturbações na temperatura de entrada dos reagentes.
Abstract: One of the main challenges of the chemical industry is the search for strategies saving mass and energy for various processes, either in the design of new projects and in the improvement of existing technologies. In a manufacturing process this paradigm corresponds to reduce as much as possible the formation of undesirable products and energy consumption in the steps involved in the process. In this dissertation is developed a phenomenological model for urea synthesis reactor and, from this, a computational modulus for the synthesis process simulation. A mixing cell model was proposed for the representation of the real system in the transient regime, considering the conservation equations of mass and energy. A fourth order Runge-Kutta method was implemented in the programming language Matlab (Matrix Laboratory) to solve systems of ordinary differential equations representing the mathematical model. Besides the model of the reactor, a thermodynamic modulus has been developed in order to analyze the influence of pressure on the fugacity coefficients of the species from the gas phase and the influence of temperature on the activity coefficient of the species from the liquid phase. From computer simulations became a parametric sensitivity study of the main operating variables that determine the performance of the urea reactor. The parameters examined in the sensitivity tests were: the molar ratio between water and carbon dioxide, the molar ratio between ammonia and carbon dioxide and the feed temperature. A study of the dynamic behavior of the reactor was also done for disturbances in the inlet temperature of reactants.
Keywords: Engenharia química
MATLAB (Programa de computador)
Compostos orgânicos
Síntese de ureia
Modelagem matemática
Células de mistura
Sensibilidade paramétrica
Comportamento dinâmico
Urea synthesis
Mathematical modeling
Mixing cells
Parametric sensitivity
Dynamic behavior
Subject CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Sponsorship: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Language: por
Institution: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Program Affiliation: Pós-Graduação em Engenharia Química
Citation: SANTOS, José Adriano Andrade dos. Modelagem matemática e estudo de sensibilidade paramétrica de um reator de síntese de ureia. 2013. 145 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2013.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/17787
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Química

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