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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A7LGMQ| Tipo: | Dissertação de Mestrado |
| Título: | Desenvolvimento de uma metodologia para a simulação dinâmica do processo de purificação de hidrogênio |
| Autor(es): | Rafael Villela Ferreira |
| primer Tutor: | Marcelo Cardoso |
| Resumen: | O estudo de modelagem e simulação dinâmica possui grande importância na área de Processos Industriais. Dentre as suas possibilidades de aplicação, o uso como ferramenta para o treinamento de operadores vem se mostrando promissora. Entretanto, este tipo de tecnologia ainda permanece pouco explorado devido, dentre outras questões, à carência de profissionais especializados e os elevados custos para o desenvolvimento dos modelos. Logo, a consolidação de metodologias para suporte à elaboração e ajuste de modelos de processos apresenta-se como uma alternativa para o desenvolvimento de sistemas complexos com custos e prazos mais enxutos. O estudo ora apresentado tem como principal objetivo propor as orientações básicas para o desenvolvimento de uma metodologia para a construçãosistematizada de modelos dinâmicos de unidades operacionais tipicamente encontradas em plantas de refino de petróleo. Foi utilizado o simulador de processos Dynsim® na elaboração do modelo de um Sistema de Adsorção por Variação de Pressão (PSA) para a Purificação de Hidrogênio. O principal enfoque dado a esse modelo foi direcionado à representação das lógicas de abertura e fechamento das válvulas que controlam a admissão da carga gasosa, a liberação de H2(g) purificado,regeneração do material adsorvente (despressurização e purga dos leitos) e repressurização do sistema. Por meio desse trabalho foi também possível desenvolver um modelo no programa computacional Excel® para se descrever o fenômeno de adsorção que ocorre durante o ciclo de operação do sistema de PSA, em que se pôde avaliar a funcionalidade de interface do simulador com outros softwares comumente utilizados na área de engenharia de processos. A partir desse trabalho de pesquisa, foi possível ampliar os conhecimentos relativos à utilização de softwares dedicados à simulação dinâmica, compreender a dinâmica dos ciclos de operação de sistemas de PSA dentro do processo de purificação de hidrogênio, bem como ampliar os conhecimentos associados à modelagem matemática do fenômenode adsorção física. Os resultados obtidos através da realização das atividades supracitadas apresentaram-se conforme esperado. Assim, pode ser considerado que os objetivos propostos foram atingidos. Ao se aplicar a metodologia de trabalho sugerida no sistema de PSA, foi possível construir o modelo da unidade de forma simples, orientada e com baixo tempo de desenvolvimento. A simulação dinâmica desse sistema comportou-se de forma adequada, onde o comportamento temporal das lógicas de abertura e fechamento das válvulas de controle, assim como os perfis de pressão e os status de operação das colunas de adsorção, foram reproduzidos de maneira fidedigna à unidade real. Analogamente, as curvas de concentração de hidrogênio em função do tempo obtidas pelo modelo desenvolvido no Excel® se mostraram em conformidade com os dados disponíveis na literatura, corroborando aconsistência do modelo. Contudo, dada à forte influência das características da corrente gasosa de alimentação do sistema e do material adsorvente no desempenho do processo de adsorção, foi observada a necessidade de ajustes nos parâmetros de entrada do modelo desenvolvido para que se possa descrever satisfatoriamente o sistema estudado. |
| Abstract: | The study of modeling and dynamic simulation has great importance in the Processes Industrial area. Among its possible applications, the use as a tool for training operators has proved to be promising. However, this type of technology remains underexplored due to, among other issues, the lack of skilled professionals and high costs for developing the models. Thus, the consolidation of methodologies to support the development and adjustment of process models presents itself as analternative for the development of complex systems with costs and timelines leaner. This study has as main objective to propose the basic guidelines for the development of a systematic methodology for building dynamic models of operational units typically found in petroleum refining plants. The process simulator Dynsim® was used to develop the model of a Pressure Swing Adsorption (PSA) system for hydrogen purification. The main focus given to this model was directed to the opening andclosing logical representation of the valves that control the feed gas admission, the release of purified H2(g), the adsorbent material regeneration (depressurization and purging of beds) and the system repressurization. Through this study, it was also possible to develop a model in the computer program Excel® in order to describe thephenomenon of adsorption that occurs during the PSA cycle operation and evaluate the interface with others simulator functionality of the with other software commonly used in the area of process engineering. Further, it was possible to expand the knowledge about the use of dedicated software for dynamic simulation, understand the dynamics of cycles of operation systems within the PSA hydrogen purification process, as well as expand the knowledge associated with mathematical modeling the phenomenon of physical adsorption. The results obtained by carrying out the activities mentioned above showed up as expected. Thus, it is possible consider that the objectives have been achieved. Applying the methodology of work suggested in the PSA system, it was possible to build the model of the unit simple, focused and with low development time. Dynamic simulation of this system behaved appropriately in the temporal behavior of the logic of opening and closing of control valves, as well as the profiles of pressure and operating status of the adsorption columns were reproduced reliably at actual unit. Similarly, the hydrogen concentration curves versus time obtained by the model developed in Excel ® has showed in accordance with the data available in literature, supporting the model consistency. However, given the strong influence of the characteristics of the gas stream feeding system and the adsorbent material in the performance of the adsorption process, noted the need for adjustments in the input parameters of the model developed so that we can satisfactorily describe the studied system. |
| Asunto: | Engenharia quimica |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Institución: | UFMG |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A7LGMQ |
| Fecha del documento: | 2-ago-2013 |
| Aparece en las colecciones: | Dissertações de Mestrado |
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