Programas computacionais para modelagem de adsorção

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Universidade Federal do Pará 
Instituto de Tecnologia 
Faculdade de Engenharia Química
Disciplina: Processo de Separação V
Professor: Denílson Luz da Silva
Programas computacionais para modelagem de adsorção 
Cindie Reis
Gustavo Xavier 
Priscila Moraes 
Belém, PA
1 – INTRODUÇÃO
 O fenômeno de adsorção é caracterizado pela habilidade de sólidos porosos reterem, através de interações físicas ou químicas, as moléculas de um componente de uma mistura, separando assim os componentes dessa mistura.
 É possível e em certos casos se torna essecial predizer o desempenho do processo por meio da modelagem matemática e da simulação computacional para minimizar o número de experimentos requeridos (KEMPE et al., 1999). Estudos experimentais são caros e complexos, além do que geralmente os produtos utilizados são valiosos e disponíveis somente em pequenas quantidades, o que encarece os experimentos para serem conduzidos. A simulação desses sistemas usando modelos computacionais pode ser uma alternativa eficiente e econômica para propostas de otimização e de aumento de escala. Embora alguns experimentos ainda sejam necessários, a modelagem computacional e a simulação numérica podem reduzir amplamente o número de experimentos (SPIEKERet al., 1998).
 
 
2- DESENVOLVIMENTO 
ASPEN
 
 ASPEN processo de simulação é um pacote de software amplamente usado na indústria de hoje. ASPEN utiliza modelos matemáticos para prever o desempenho do processo. Esta informação pode então ser usada em uma forma iterativa para otimizar o design. Esta modelagem exata das propriedades termodinâmicas é particularmente importante na separação de misturas não ideal, e tem uma ASPEN grandes bases de dados dos parâmetros regrediram. ASPEN pode lidar com processos muito complexos, incluindo sistemas de separação múltiplas colunas, reatores químicos, destilação de compostos quimicamente reativos, e mesmo eletrólito soluções como ácidos minerais e soluções de hidróxido de sódio.
 É preciso um projeto que fornece ao usuário e simula o desempenho do processo especificado no referido projeto. Portanto, uma sólida compreensão dos princípios subjacentes engenharia química é obrigada a fornecer valores razoáveis para os parâmetros de entrada e de avaliar a adequação dos resultados obtidos. Por exemplo, um usuário deve ter alguma ideia do comportamento da coluna antes de tentar usar ASPEN. Esta informação pode vir de um método de aproximação, como a abordagem McCabe-Thiele, Txy geral modelagem do comportamento, ou resíduo curva mapas.
 ASPEN não possa te dizer quantas etapas para usar durante uma determinada separação. Você deve definir o número de estádios e ver que tipo de separação resultados. 
MSU tem uma variedade de pacotes para Aspen diferentes simulações. Sucintamente, aqui estão os programas e capacidades:
Aspen Adsim - adsorção de leito fixo pressão adsorção swing, etc 
Aspen Cromatografia - leito fixo adsorção, simulou que se deslocam cama cromatografia. Independente dos Tiragens Aspen Plus.
APLICAÇÕES 
1 - DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÕES DE UM SIMULADOR 
DINÂMICO PARA PROCESSOS DE ADSORÇÃO EM 
LEITO MÓVEL SIMULADO 
 Processos de adsorção vêm tendo importância crescente na indústria de processamento químico e petroquímico, bem como em áreas como biotecnologia, farmacêutica e química fina. Dentre esses processos, o de adsorção em Leito Móvel Simulado (LMS) tem destaque para diversas aplicações onde a separação é muito difícil, por fazer uso da operação em contracorrente. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um modelo e de um programa computacional para a simulação dinâmica do comportamento de uma unidade de adsorção em Leito Móvel Simulado e sua aplicação em diversas situações práticas. 
 O desenvolvimento do modelo de LMS parte do modelo de uma coluna de adsorção multicomponente em Jeito fixo que leva em conta as cinéticas de transferência de massa interna e externa à partícula de adsorvente. A descrição dos fenômenos envolve um sistema de equações diferenciais parciais onde as concentrações dos componentes intra e extra-partícula são funções da posição na coluna e do tempo. O sistema foi resolvido numericamente usando o método de colocação ortogonal para a discretização da solução ao longo do comprimento da coluna e diferenças finitas para o cálculo da solução no tempo. 
 Foram desenvolvidos modelos e programas para a condição ideal do LMS, sem a 
existência de zona morta entre os Jeitos, e mais dois modelos alternativos para levar em conta a existência de zona morta e do atraso na mudança dos Jeitos, analisando a influência destes fatores no desempenho da unidade por comparação com o modelo ideal de LMS. Critérios de convergência numérica e de estabelecimento do estado estacionário cíclico foram adotados. 
 O programa e o modelo foram testados para diferentes sistemas disponíveis na literatura. Foi buscado um entendimento do processo de LMS pela sua utilização em estudos de sensibilidade para predizer os efeitos das variáveis de operação no desempenho do LMS, com aplicações em projeto e otimização de unidades. Os resultados obtidos foram satisfatórios, reproduzindo bem dados experimentais disponíveis e prestando-se como ferramenta de projeto de novas unidades. 
 A abordagem proposta de usar um modelo de coluna de adsorção em leito fixo como ponto de partida para a modelagem do processo de Leito Móvel Simulado mostrou-se apropriada, resultando num modelo rigoroso que tem aplicações em diversas situações práticas. A partir do modelo obtido abrem-se portas para novas investigações, tais como a otimização energética de uma unidade completa de LMS e o treinamento de redes neurais. 
SIMULAÇÃO DE PROCESSOS DE ADSORÇÃO RECORRENDO AO ASPEN CHROMATOGRAPHY
 As operações de separação por adsorção têm vindo a ganhar importância nos últimos anos, especialmente com o desenvolvimento de técnicas de simulação de leitos móveis em colunas, tal como a cromatografia de Leito Móvel Simulado (Simulated Moving Bed, SMB). Esta tecnologia foi desenvolvida no início dos anos 60 como método alternativo ao processo de Leito Móvel Verdadeiro (True Moving Bed, TMB), de modo a resolver vários dos problemas associados ao movimento da fase sólida, usuais nestes métodos de separação cromatográficos de contracorrente. A tecnologia de SMB tem sido amplamente utilizada em escala industrial principalmente nas indústrias petroquímica e de transformação de açúcares e, mais recentemente, na indústria farmacêutica e de química fina. Nas últimas décadas, o crescente interesse na tecnologia de SMB, fruto do alto rendimento e eficiente consumo de solvente, levou à formulação de diferentes modos de operação, ditos não convencionais, que conseguem unidades mais flexíveis, capazes de aumentar o desempenho de separação e alargar ainda mais a gama de aplicação da tecnologia. Um dos exemplos mais estudados e implementados é o caso do processo Varicol, no qual se procede a um movimento assíncrono de portas. 
 Neste âmbito, o presente trabalho foca-se na simulação, análise e avaliação da tecnologia de SMB para dois casos de separação distintos: a separação de uma mistura de frutose-glucose e a separação de uma mistura racémica de pindolol. Para ambos os casos foram considerados e comparados dois modos de operação da unidade de SMB: o modo convencional e o modo Varicol. 
 Desta forma, foi realizada a implementação e simulação de ambos os casos de separação no simulador de processos Aspen Chromatography, mediante a utilização de duas unidades de SMB distintas (SMB convencional e SMB Varicol). 
 Para a separação da mistura frutose-glucose, no que diz respeito à modelização da unidade de SMB convencional, foram utilizadas duas abordagens: a de um leito móvel verdadeiro (modelo TMB) e a de um leito móvel simulado real (modelo SMB). Para a separação da mistura racémica de pindolol foi considerada apenas a modelização pelo modelo SMB.No caso da separação da mistura frutose-glucose, procedeu-se ainda à otimização de ambas as unidades de SMB convencional e Varicol, com o intuito do aumento das suas produtividades. A otimização foi realizada mediante a aplicação de um procedimento de planeamento experimental, onde as experiências foram planeadas, conduzidas e posteriormente analisadas através da análise de variância (ANOVA). A análise estatística permitiu selecionar os níveis dos fatores de controlo de modo a obter melhores resultados para ambas as unidades de SMB. 
3 – CONCLUSÃO 
O objetivo final da engenharia de modelagem de processos é fornecer um veículo para um projeto eficiente e econômico. Embora tenha havido progresso significativo em direção a esse objetivo no desenvolvimento de modelos de adsorção e procedimentos de estimativa de parâmetros, ainda deve ser realizada mais pesquisas antes que especificações para protótipos de sistemas possam ser geradas diretamente por meio da modelagem.
Em tudo isso deve ser apreciada a possibilidade de que nenhum modelo único, independentemente de como modificado ou manipulado, pode ser universalmente aplicável. Talvez um objetivo mais razoável para futuros esforços de modelagem, pelo menos a curto prazo, seja a estruturação de uma metodologia de modelagem geral que incorpore capacidades de decisões baseadas em um conjunto de observações preliminares bem definidas e capacidade de refinamento de feedback.
As abordagens de modelagem que são específicas do sistema na natureza parecem ser justificadas para a maioria das aplicações práticas tendo em conta as características variáveis de solução e adsorção de compostos alvo quando associadas com águas de fundo complexas. Tais abordagens podem acomodar tanto a necessidade imediata de estabelecer especificações econômicas e precisas de escalonamento para o dimensionamento em escala de campo quanto o objetivo científico de longo prazo de investigar relações fundamentais entre variáveis de modelo e de sistema.
REFERENCIAS 
Instituto superior de engenharia de Lisboa (isel) área departamental de engenharia química, Simulação de Processos de Adsorção recorrendo ao Aspen Chromatography 
CÁTIA SOFIA CORREIA ALVES (Licenciada em Engenharia Química) Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica;
Universidade estadual de campinas- unicamp, faculdade de engenharia química área de concentração ciência e tecnologia de materiais desenvolvimento e aplicações de um simulador dinâmico para processos de adsorção em leito móvel simulado.