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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO: ENGENHARIA QUÍMICAPROJETO DE UMA UNIDADE DE FRACIONAMENTO ATMOSFÉRICO DE PETRÓLEO UTILIZANDO HYSYS. Lucas Barros Rocha 0267973 Fortaleza Junho – 2009 LUCAS BARROS ROCHA PROJETO DE UMA UNIDADE DE FRACIONAMENTO ATMOSFÉRICO DE PETRÓLEO UTILIZANDO HYSYS. Monografia apresentada como exigência parcial para obtenção do grau em bacharel em Engenharia Química, sob orientação do professor Hosiberto Batista Sant’Ana e Giovanilton Ferreira da Silva. Fortaleza – Ceará 2009 Aprovada em 29/06/2009 a sempre disposição de explicar o que às vezes não estava tão claro. pela sua atenção. e pela sua disposição de sempre ajudar quando necessário.AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus. por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor de Petróleo e Gás PRH-31. Ao engenheiro Giovanílton Ferreira da Silva. . E finalizando. em especial ao Diego. sempre incentivando a continuar. para que esse projeto se tornasse realidade. que sempre me apoiaram. pelo incondicional apoio emocional. pela sua orientação durante a vida acadêmica. a sempre alcançar os meus objetivos. busca de objetivos para o trabalho. Ao apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo – ANP. que contribuíram direta ou indiretamente. Luciano e Norma. e a importância do projeto que foi proposto a ser realizado. a todos os meus amigos. Aos meus pais. e da Financiadora de Estudos e Projetos – FINEP. Priscila. e que fazem parte da minha vida. Edvar e Jocélia. Ao meu orientador professor Hosiberto Batista de Sant’Ana. A minha namorada. e a compreensão pela distância. O petróleo foi caracterizado no próprio software. Caldeira e Torre de Resfriamento. Dimensionamento. com o objetivo do aprendizado do dimensionamento de vários equipamentos da indústria do petróleo.000.00. engenharia e utilidades para melhor entendimento do processo e das correntes.RESUMO Este trabalho apresenta o estudo sobre a implementação de uma planta de destilação atmosférica no simulador HYSYS. Palavras-chave: Destilação. esse de acordo com os dados de entrada gera um conjunto de componentes hipotéticos e faz os cortes de acordo com as faixas de temperatura. . onde foram calculados os preços dos equipamentos. Hysys. Este processo para fins didáticos pode ser dividido em três seções: Dessalinização. Com isso. Trocador de calor. tais como: Bomba. mas existem outros equipamentos. fez-se uma análise de custo. se baseia na diferença dos pontos de ebulição de uma mistura de componentes. foram feitos fluxogramas de processo. sendo aproximadamente R$85.000. Torre Flash e a Destilação atmosférica. Por fim. A seguir. e através de fatores encontradas na literatura foi calculado o preço do capital total para construção da planta. Trata-se de uma operação de transferência de calor e massa. A destilação é um processo que. foi feito o fluxograma no software e dimensionado todos os equipamentos. boiler and cooling tower. Therefore. Keywords: Distillation.ABSTRACT This work presents a study on the implementation of an atmospheric distillation plant in simulator HYSYS. the flowchart was done in software and sized all equipment.000. The process for teaching can be divided into three sections: Desalination. Finally. Then made the process. The oil was characterized in the software that according to the input data generates a set of hypothetical components and makes the cuts according to temperature ranges. exchanger heat. Flash tower and atmospheric distillation. Hysys. . with the objective of learning the sizing of various equipments for the petroleum industry. This is an operation of heat and mass transfer. 00. and with factors found in the literature was calculated the price of total capital for construction of the plant.000. Distillation is a process that is based on the difference of the boiling point of a mixture of components. but there are other equipments. such as: pump. Sizing. with approximately R$85. engineering and utilities flowchart to better understanding of the process and the streams. been a cost which were calculated the price of equipment. Métodos de inter-conversão de curvas de destilação e extrapolação de dados. Diagramas Txy a 1 atm. Típico tipo de prato (perfurado). Figura 7. Curva característica de uma bomba e efeitos da modificação de velocidade de rotação sobre as características de uma bomba. Figura 22. (b) clorofórmio(1)/tetra-hidrofurano(2). Figura 3.LISTA DE FIGURAS Figura 1. Tela para colocar a pressão de operação da torre. Figura 21. Tela que mostra onde utilizar a ferramenta Cut Ranges. Figura 4. Figura 8. Figura 15. Figura 18. Curva PEV para um petróleo brasileiro. Oil Characterization. Figura 6. (a) tetra-hidrofurano(1)/tetracloreto de carbono(2) . Composição volumétrica de cada fração de petróleo. Figura 12. . Esquema simplificado de destilação em dois estágios para obtenção de combustíveis. Figura 23. Janela inicial. Janela para iniciar uma simulação. Figura 19. (d) etanol(1)/tolueno(2). Figura 14. Curva de destilação gerada pelo software. Figura 26. Entrada de dados da temperatura da torre. Coluna de destilação. Figura 5. Figura 24. Figura 16. Planta para destilação Flash. (c)furano(1)/tetracloreto de carbono(2). Exemplo de corte e rendimento em querosene da destilação simples de dois diferentes óleos cru. Figura 20. Figura 11. Tela para escolha do recheio da torre. Tipo de recheio e suas variáveis. Tela para entrada de dados do equipamento. Tabela para inserir dados de entrada da corrente de massa. Figura 25. Componentes hipotéticos e suas respectivas propriedades. Exemplo de uma curva de destilação. Dados para caracterização. Figura 9. Figura 10. Esquema de um trocador de calor casco e tubos. Figura 17. Tela que mostra a torre depois de rodar a simulação. Figura 2. Figura 13. Figura 30. Composição volumétrica das frações de petróleo. Figura 37. Diagrama de resfriamento. . Figura 35. Indústria e comércio. Alpina S. Figura 38. Curvas de destilação por diferentes métodos.Série SG Standard. Comparação da curva PEV obtida do software com a curva dos dados de entrada. Figura 36. Figura 32. Fluxograma do processo implementado no simulador HYSYS. Figura 39. Correlação ponto de exsudação.. Figura 34. Modelo 40 até 155 .A. Velocidade de inundação. Separador gás-líquido vertical.Figura 27. Figura 29. Produção acumulada da coluna amosférica. Figura 31. Figura 28. Donwcomer. Coluna de destilação com os trocadores e as torres de stripping. Relação entre área downcomer e comprimento da represa. Correlação gráfica de Gilliand. Figura 33. Tabela 16.LISTA DE TABELAS Tabela 1. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (diesel).Trocador de Calor (SIMPLE HEATER 1). Parâmetros do Tanque de Armazenamento (óleo cru). Parâmetros da Bomba – 3. Parâmetros de Separador Trifásico (dessalter).Trocador de Calor ( Kerosene PA cooler ). Tabela 20. Parâmetros de 01 .Trocador de Calor ( Condensador torre atmosférica). Tabela 27. Tabela 21. Parâmetros de 03. . Parâmetros de 08. Tabela 31.Trocador de Calor ( HEAT Exchanger).AGO). Parâmetros da Coluna de destilação atmosférica. Parâmetros de 06. Composição volumétrica das substancias leves. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (Kerosene). Tabela 7. Tabela 14. Tabela 5. Identificação das correntes do fluxograma de engenharia. Tabela 13. Parâmetros de Separador Vertical (pré – flash). Tabela 24.Trocador de Calor ( AGO PA-cooler).Trocador de Calor ( Refervedor torre atmosférica). Capacidade de processamento por refinaria no Brasil. Fatores para estimar custos de equipamentos e construção de planta. Tabela 8. Tabela 29. Parâmetros de 12. Custo dos equipamentos e custo total do capital fixo. Frações típicas do petróleo.Trocador de Calor ( furnace ). Parâmetros da Bomba – 2. Tabela 2. Parâmetros da Bomba – 1. Parâmetros de 12. Parâmetros de 02 . Tabela 26. Análise elementar do óleo cru típico. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (Naphta).Trocador de Calor ( Simple Heater 2 ). Tabela 11. Tabela 32. Tabela 9. Tabela 22. Tabela 10. Tabela 12. Composição volumétrica e temperatura de ebulição média das frações. Parâmetros de 04. Tabela 28. Tabela 4. Parâmetros de 07. Tabela 30. Valores das grandezas para o projeto da torre de resfriamento. Tabela 17. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (gásóleo pesado .Trocador de Calor ( diesel PA-cooler). Tabela 6. Tabela 23. Relações econômicas para separadores horizontais. Tabela 25. Tabela 18. Material de construção dos equipamentos. Tabela 19. Tabela 15. Parâmetros da Bomba – 4. (% em peso) Tabela 3. Tabela 35. Identificação das correntes do fluxograma de utilidades. Lista de equipamentos. Tabela 34.Tabela 33. Lista de instrumentos. Tabela 36. Lista de válvulas. . ...... REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..........................................................5 4........................................................2............5 4........1........................2...................................................................4 3.....................1.................................................................. Produtos obtidos do refino do petróleo........................................................2........... Impurezas do Petróleo.....................8 4.................1....7 4..4.5 4................ Metais Pesados..............5.13 .....4.............. Oxigênio........................................................................................ Outras caracterizações.........................1......................................... Nitrogênio................................................. Objetivo Geral.......................................................................... Definição do petróleo..9 4..............................................................4......3...............................3 3.........................................................................1........................................................................................2............. Grau API.13 4................1.................................................. Parâmetros de caracterização..........2..............5 4... Curvas ASTM (American Society for Testing and Materials)....5 4................................. Petróleo..........2..........................1........1....................1............. Curvas de destilação....................................6.........7 4.........................1..3................................................ Objetivos Específicos................4..................11 4..............8 4..............10 4...........3...........1..........................1 2....................4.............7 4..................8 4....... Composição..........4...........ii ABSTRACT.......iii LISTA DE FIGURAS..4 4......10 4...................... JUSTIFICATIVA...........................SUMÁRIO AGRADECIMENTOS.................................... Classificação..........................vi 1..........................................................................................................................2.........................................................................2...................................................................... INTRODUÇÃO............................6............................. Curvas PEV (Ponto de ebulição verdadeiro)........................... Frações (Cortes)......................................................... Enxofre..................1..................9 4...iv LISTA DE TABELAS................................... OBJETIVOS..1..................................2......................... Quantidade de sais e areia..................................................2...........................................4.........2..............12 4...1.i RESUMO........................1...5.......2.....................4 3................ ........2..4...5.....14 4.........4...............................2...................................................................2...... Coluna de destilação atmosférica.......................... Tipos de destilação...............................4..6...........................2..................................24 4.....4..........................................4.2....................................29 4......3........2...................................2....4.............................6.17 4......................2..........5.................................5.............................................28 4.....17 4.........................14 4........................5............ Número de acidez total.... Coluna com recheio........................4.4................. Tipos de coluna de destilação.................4...2....3...............6..................... Software utilizado – HYSYS.............4...........4........24 4....................3................3 Ponto de bolha e orvalho...............................4...................4..........24 4..............................27 4.......17 4..4...........27 4.........22 4....................1.....4......................... Refino.....................................................28 4...........4..........................18 4..2......14 4..................17 4.............4.............5..........13 4..............4 Pressão de vapor de uma mistura..............................27 4..17 4.........................2.....2.................. Cor.......6..2.18 4................6............ Viscosidade.. Caracterização do petróleo no software........1.................... Torre Flash........ Fator de caracterização de Watson (KUOP).......4.13 4............................... Equipamentos de utilidades...1.4.............. Bombas................24 4........................4.......5..22 4......4......5 Equilíbrio líquido-vapor...4............... Conceitos de fundamentais............................ Pressão de vapor.................... Flash........1.....1...................................... Coluna com pratos........... Entrar no flowsheet.........................2........26 4......................3......3...4...................33 .............................25 4................................... Fracionada.............18 4..26 4.......................3..........................5.......4 Destilação.........4........ Volatilidade.................. Definição........................4....4...... Dessalgadora (Separador trifásico).........1..........2.....................................2.................23 4......5...5............. Equipamentos da unidade de destilação...................................................4........3.............................4..........2..............6..... Exemplo da utilização do software..............14 4............................................................4.................................... Trocador de calor...........6..........4............. Índice de correlação................. 76 9......... CUSTOS DA PLANTA E EQUIPAMENTOS......62 8................... Condições de operação........39 6....................... Perda de pressão no prato..............3.......... Diâmetro e altura da coluna............. Método Shortcut...........................................................................................83 ANEXOS.............63 8......................3.........1.......................................61 8.................. Área perfurada......7..... Dessalgadora (Separador Trifásico).... CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO HYSYS....78 10.....................................4...................3......... CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS.........80 11........................... Exsudação da coluna (Weeping).................3..............................2.2..................................................................3..............79 8..............57 8......................................................................................4... Tanques de armazenamento.....5.......................................................................6.......... FLUXOGRAMAS.... Separador Gás-Líquido................................47 8..... Bombas.............1.................................................................. Design Downcomer.......................................................................................................5..2.......... Alagamento da coluna (Flooding)..............2...........................................................65 8...................................3.......1................... Torre Flash (Separador vertical)..43 7..................................................3..62 8........................... Algumas equações utilizadas pelo software........ Torre de resfriamento..................67 8...........................47 8.........3......................................... MATERIAL DOS EQUIPAMENTOS....84 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................. DESCRIÇÃO DO PROCESSO......................61 8....................46 8........................75 8................................................ Trocador de calor..........................2.......2.........................37 5...59 8......................................................4.....................................101 ............................3........64 8.......2.....66 8...................... Caldeira........... Coluna de Destilação Atmosférica....3.................5..73 8........ DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS...1...........2..........................60 8........3............................6........................................... B. pode-se citar algumas como: densidade (ºAPI). Para o dimensionamento dos equipamentos é necessário o conhecimento de alguns parâmetros de caracterização do petróleo. a destilação atmosférica foi o foco do trabalho. L.1. alguns conceitos como volatilidade. Com o auxílio do software pode-se operar a planta em diversas condições. a parte mais importante está associada aos equipamentos. O refino do petróleo constitui-se de várias etapas operacionais. Dentre os processos de refino. Para facilitar o dimensionamento dos equipamentos foi utilizado o software HYSYS como ferramenta. INTRODUÇÃO Rocha. craqueamento catalítico (quebra de cadeias de hidrocarbonetos maiores em menores) e alguns tratamentos (hidrotratamento). fluidodinâmica das fases. pressão de vapor. O petróleo Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. . Sendo assim. Para o melhor entendimento desta operação. viscosidade. No projeto. entre elas estão: dessalinização (retirada de sais e água). A composição do petróleo pode variar de poço para poço e as suas características influenciam significativamente os produtos obtidos no processo de refino. ponto de bolha e orvalho e equilíbrio líquido-vapor. são de muita importância o conhecimento. o petróleo está pronto para ser refinado. cor. fator de caracterização de Watson (KUOP). temperatura inicial de aparecimento de cristais (TIAC). com o propósito de determinar condições de melhor desempenho desta operação. curva de destilação. entre outros. 1. para obtenção de produtos determinados de acordo com o tipo de refinaria. número de estágios. o próprio fracionamento (coluna de destilação atmosférica e a vácuo). Depois de caracterizado. No processo de refino. INTRODUÇÃO Este trabalho tem como objetivo o projeto da unidade de fracionamento atmosférico de petróleo. é de suma importância caracterizar o petróleo para que se possa conhecer suas características e assim destiná-lo de maneira adequada para o seu processamento. que seria a curva de pontos de bolha e orvalho para diferentes composições. quantidade de sais e água (BSW). Entre os equipamentos que foram dimensionados. Entre as características. O dimensionamento da coluna avalia seus aspectos construtivos como altura. a coluna de destilação é a de maior importância. existem várias operações. diâmetro. devido essa operação unitária ser responsável por uma grande quantia do custo operacional energético de uma planta. além de cálculos termodinâmicos (equilíbrio de líquido-vapor) e de transferência de massa. O software também gera um conjunto de componentes hipotéticos.1. B. quantidade de leves e viscosidade x volume de liquido. conclui-se o trabalho e sugeriu-se alguns trabalhos para o futuro. densidade x volume de liquido. 2 pode ser caracterizado no próprio simulador. a caracterização do petróleo. com suas respectivas propriedades físico-químicas. No presente trabalho foram introduzidos os dados de uma curva PEV (ponto de ebulição verdadeiro) no simulador. D-1186. alguns conceitos fundamentais. informando qual material foi escolhido para cada tipo de equipamento. apresenta a definição de petróleo e algumas características. A partir de correlações. informando algumas variáveis. engenharia e utilidades. com suas determinadas correntes. Para isso basta o usuário entrar com alguns dados como temperatura de ebulição x volume de líquido. em curvas do tipo ASTM (D-86. Estes fluxogramas serão mostrados nos anexos. No capítulo 8. D-2887). descreve alguns fluxogramas. e também mostrando a implementação do fluxograma no simulador. o simulador transforma a curva PEV. alguns processos existentes numa refinaria de petróleo. No capítulo 7. como: processo. INTRODUÇÃO Rocha. Com maior número de informações o software retorna propriedades mais precisas. e com a ajuda de fatores encontrados na literatura. O capítulo 5 informa alguns dados utilizados para gerar a curva destilação e composição volumétrica de cada produto. ou seja. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. equipamentos utilizados no processo de destilação e uma explicação de como utilizar o software (HYSYS). explica algumas variáveis importantes na escolha de um material para construção dos equipamentos. descreveuse o processo. foi calculado o preço de cada equipamento. alguns parâmetros de caracterização importantes. No capítulo 11. No capítulo 9. estimou-se o capital total para construção da planta. O trabalho está organizado da seguinte maneira: no capítulo 4. L. apresenta o data-sheet dos equipamentos dimensionados e algumas equações que foram utilizadas. No capítulo 10. . A partir da determinação dos produtos na coluna de destilação e suas respectivas temperaturas de corte. ele apresenta um gráfico de composição volumétrica dos produtos da destilação. No capítulo 6. No próprio simulador permite-se fazer a caracterização do petróleo ou blending de petróleos para estes se adequarem à refinaria. Com isso. equações para coeficiente de atividade). JUSTIFICATIVA O conhecimento de um simulador de processo é bastante importante para análise rigorosa de um processo complexo. utilizou-se o software como ferramenta para o dimensionamento de vários equipamentos da indústria do petróleo. balanços de massa e energia. . através de equações e gráficos. diante disso. 3 2. usa também modelos termodinâmicos (equações de estado. O software usa os princípios de engenharia de processo. B. Nele também está contido alguns métodos de dimensionamento. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. L. JUSTIFICATIVA Rocha. tem-se um passo fundamental para se obter dados de custo e realizar os estudos de viabilidade econômica. como. o que facilita todos cálculos para o estudo da planta.2. . OBJETIVOS Rocha.Construção dos fluxogramas.Implementar este fluxograma no software HYSYS.2.Concepção geral do processo. 3. . Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.Dimensionar os equipamentos.3. . OBJETIVOS 3. . . . L. B. engenharia e utilidades.Simular a planta no HYSYS. . ou seja.1 Objetivo Geral . sua própria caracterização no software. tais como: processo.Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico. Objetivos Específicos . .Implementar dados do óleo cru no simulador.Estimar o custo de cada equipamento.Estimar o capital total para construção da planta. 4 3. contém asfalto. há três divisões: base parafínica. Exercício 2008 . Classificação O fato das propriedades do óleo cru variar muito fez com que sua classificação fosse muito difícil. no mesmo tempo.4. consistindo predominantemente de hidrocarbonetos. hidrocarbonetos derivados de enxofre. passando por verde e marrom (castanho). geralmente menos densa que a água. petrus. mas quase nenhuma parafina. praticamente nenhum asfalto.1.1. com cheiro característico e coloração que pode variar desde o incolor ou castanho claro até o preto. É também atualmente a principal fonte de energia. Petróleo 4. óleo). 5 4.Abril 2009). Composição Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. contêm grandes quantidades de graxas parafínicas e. Essa classificação é baseada primariamente. no óleo cru. de petróleos crus. como os da Pensilvânia. Na classificação.1. O petróleo é um recurso natural abundante.1.2. nitrogênio e oxigênio que é removido da Terra em estado líquido. Os petróleos parafínicos. 37. Definição do petróleo O petróleo (do latim petroleum. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. "óleo da pedra". B. mais geralmente aceita.3. o petróleo de base mista contém tanto graxas de parafina como asfalto. A Sociedade Americana para Teste de Materiais (ASTM) define o petróleo cru. 4. como “uma mistura que ocorre naturalmente.1.3% (Ministério Minas e Energia. pedra e oleum. base mista e base asfaltênica. ou é capaz de ser removido como tal”. L. . nas quantidades relativas de graxas parafínicas e asfalto. inflamável. 4. podem apresentar variações consideráveis em suas propriedades. e o petróleo de base asfaltênica. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4. mas sua pesquisa envolve elevados custos e complexidade de estudos. no sentido de óleo bruto. é uma substância oleosa. Óleos obtidos de diferentes lugares. fornos Combustível. liberando pouco ou nenhum gás. . nas condições normais de temperatura e pressão. viscosos. L. Fração Gás residual GLP Gasolina Querosene Gasóleo leve Gasóleo pesado Temperatura Ebulição (ºC) Até 40 40-175 175-235 235-305 305-400 Composição C1-C2 C3-C4 C5-C10 C11-C12 C13-C17 C18-C25 Usos Gás combustível Gás combustível Combustível.06-8% 0. A Tabela 1 mostra as frações típicas que são obtidas do petróleo. liberando quantidade apreciável de gás.7% Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. solvente Iluminação. Tabela 1. 2001).11-1. todos eles produzem análises elementares semelhantes à Tabela 2 (Thomas. matéria-prima para lubrificantes Lubrificantes Resíduos Fonte: (Thomas. combustível Diesel. piche.4. enquanto que outros são castanhos ou bastante claros. Alguns são pretos. com baixa viscosidade e densidade. O petróleo é normalmente separado em frações de acordo com a faixa de ebulição dos compostos. (% em peso) Hidrogênio Carbono Enxofre Nitrogênio 11-14% 83-87% 0. densos. impermeabilizantes Os óleos de diferentes reservatórios de petróleo possuem características diferentes. seu estado físico é gasoso e quando a mistura contém moléculas maiores seu estado físico é liquido. Análise elementar do óleo cru típico. B. Tabela 2. 6 Quando a mistura contém uma maior porcentagem de moléculas pequenas. Frações típicas do petróleo. 2001) 400-510 Acima de 510 C26-C38 C38+ Óleos lubrificantes Asfalto. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Entretanto. Impurezas do Petróleo 4. aparentemente. 2005).1% a 8% para óleos pesados nos EUA.1. poluição. todos estes alifáticos e aromáticos (Claro. RSR.1-2% Até 0. B.4. A gasolina e destilados contém mercaptanas. entretanto contém 1% ou mais de nitrogênio. quando oxidados junto com o derivado e envenenamento de catalisadores. Nitrogênio Os compostos de nitrogênio mais encontrados são piridínicos e pirrolínicos. Os outros constituintes aparecem sob a forma de compostos orgânicos que contem outros elementos. todo petróleo contém nitrogênio combinado. 0. Metais também podem ocorrer como sais de ácidos inorgânicos (Thomas. RSSR e enxofre elementar. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. 4. sendo os mais comuns o nitrogênio. mas. 2001) 0.2. Enxofre A porcentagem em peso de enxofre pode variar de 0.4. geram corrosão acentuada. Como principais problemas. 2001). portanto precisam ser removidos ou Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Certos óleos crus. Os compostos saturados encontrados são do tipo H2S.4. podendo causar escurecimento do produto final. L. não têm efeito nocivo no desempenho dos produtos finais e. sendo que os dois primeiros são os predominantes. A maioria dos compostos de nitrogênio são poluidores. sulfetos e dissulfetos. .4. o enxofre e o oxigênio.1. 4.1% ou menos.1. e instabilidade dos combustíveis gerados a partir do petróleo (Claro.1. Praticamente. RSH.3% A alta porcentagem de carbono e hidrogênio existente no petróleo mostra que seus principais constituintes são os hidrocarbonetos. 7 Oxigênio Metais Fonte: (Thomas. 2005). mas normalmente em pequena quantidade. 4.5. B. Oxigênio Os compostos de oxigênio são quase tão abundantes quanto compostos de enxofre. L.4. Uns dos principais problemas são envenenamento de catalisadores e a estabilidade dos produtos gerados (Claro.1. devido ao seu caráter ácido (Claro. Figura 1. 2005) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4. Em alguns crus do Mar Negro. O anel naftênico é usualmente de 5 carbonos. . Metais Pesados Os Metais são também encontrados na maioria dos petróleos em concentrações que variam de ultratraços até mg/kg. 2005). os metais apresentam-se sob duas formas: como compostos organometálicos e sais inorgânicos dissolvidos na água emulsionada ao petróleo. Estes compostos podem acarretar uma corrosão mais acentuada. Basicamente. a quantidade de ácidos naftênicos. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. nas frações mais pesadas. Esquema simplificado de destilação em dois estágios pra obtenção de combustíveis. 4. As moléculas mais abundantes são os ácidos naftênicos.2005). 2005). Fenóis e ácidos graxos também são encontrados.3. é de cerca de 3%. 4. Produtos obtidos do refino do petróleo Uma grande variedade de produtos é obtida a partir do petróleo. Fonte: (Claro.1. mas em quantidades menores do que as de ácidos naftênicos. A planta de destilação é projetada de acordo com que produto quer-se obter.4.4. alguns deles possuem um odor desagradável e uma cor avermelhada (Claro.1. Entretanto. 8 diminuídos. 2. compostos hidrocarbonetos maiores. Depois do refino podem-se obter inúmeros produtos. Abaixo. gasolina. nafta. 4. Exemplo de uma curva de destilação. tem-se alguns parâmetros de caracterização mais utilizados. onde o gráfico permite analisar as faixas de temperatura de corte e o percentual volumétrico de cada produto que se consegue obter. . 4. Figura 2. Na Figura 2. querosene. 9 Na Figura 1. Fonte: (Sklo. A diferença de volatilidade é a base fundamental para sua separação. L. Parâmetros de caracterização O petróleo tem composição variada dependendo da região e as suas características influenciam os produtos obtidos no final do processo de refino.1. maior será sua temperatura de ebulição. B. Então. Normalmente.4. 2005) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.2. tais como: gás de petróleo. tem maior temperatura de ebulição. gasóleo ou diesel destilado. petróleo pesado ou óleo combustível e resíduo. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. ou de maior peso molecular. é muito importante caracterizar o petróleo para que se possa conhecer suas características e assim processá-lo de maneira certa. Curvas de destilação Cada petróleo tem sua curva de destilação. mostra uma curva de destilação de um petróleo. encontra-se um esquema de destilação. ou seja. óleo lubrificante. quanto maior for o seu teor de carbono. Mostrou-se na Tabela 1. Grau API Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Fonte: (Sklo.2. não mudará as temperaturas de corte. já num petróleo pesado obtém apenas 16% (Sklo. 10 Essa curva é obtida através de métodos já consolidados (ASTM). . Figura 3. a destilação simples de um petróleo leve fornece 18% de querosene.3. Frações (Cortes) Frações ou cortes na curva de destilação são os tipos de hidrocarbonetos onde sua temperatura de ebulição está dentro da faixa de temperatura. São utilizados aparatos. verifica-se a especificação do querosene é sempre a mesma. Exemplo de corte e rendimento em querosene da destilação simples de dois diferentes óleos cru. Estas colunas podem ter refluxos ou não. e assim medindo sua temperatura de ebulição. depois condensado-as e medindo seus volumes. na mesma refinaria. aquecendo-se misturas de petróleo. mas sim a concentração de produto em cada faixa. e retirando estas amostras vaporizadas. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. 2005). Mas. L. como coluna de destilação. 4.2. Na figura abaixo. dependendo do método utilizado.4.2. sendo entres as temperaturas de corte de 315ºF a 450ºF. B. Se destilar dois petróleos diferentes. as frações de petróleo e suas respectivas temperaturas de corte. 2005) 4. 5 ⎞ API = ⎜ ⎟ − 131. Método ASTM D-86: Este método é utilizado para a destilação de gasolinas de motor.Petróleos extrapesados: densidade superior a 1000kg/m3 ou API inferior a 10. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. sem refluxos externos para a coluna. Ela tem como desvantagem não fornecer grande precisão nos resultados. ASTM D-2887. os vapores formados em decorrência do aquecimento do balão de destilação são continuamente removidos do aparelho e condensados. em grande parte devido ao fracionamento pobre que é obtido. B. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.1. .É obtido pela formula abaixo: ⎛ 141. da seguinte forma: .2. . 4. Existem vários tipos de padronizações diferentes.3 a 31. gasolinas de avião. naftas.5 ⎜ d ⎟ ⎝ 60 ⎠ Onde: d60 é a densidade relativa a 60ºF. e similares de produtos petrolíferos. ASTM D-86. tais como ASTM D-86. e temperaturas são relatadas sem correções. É realizado na pressão atmosférica. ou mais pesado será o petróleo.4. que classifica os óleos de acordo com a sua densidade volumétrica ou com seu grau API.4. Curvas ASTM (American Society for Testing and Materials) São métodos utilizados para construção da curva de destilação. ASTM D-1160. em relação a densidade da água a 60ºF. A principal diferença reside no aparato utilizado e as condições de operação. 1963).Petróleos leves: densidade inferior a 870kg/m3 ou API superior a 31.Petróleos pesados: densidade entre 1000 kg/m3a 920kg/m3 ou API entre 10 a 22. menor será seu grau API. Destilações ASTM D-86 são plotadas em porcentagem de volume (Perry.3. No método mais fácil. óleos combustíveis destilados. . 11 O Grau API é uma escala hidrométrica idealizada pelo American Petroleum Institute API. gasóleo. Um termômetro é usado exposto. Quanto maior for a densidade do petróleo. Ao decorrer do ensaio. A classificação do American Petroleum Institute – API. .Petróleos médios: densidade entre 920 kg/m3 a 870kg/m3 ou API entre 22. juntamente com a National Bureau of Standards e utilizada para medir a densidade relativa do petróleo. conforme o produto e a pressão utilizados. querosenes.1. registra-se progressivamente o volume de destilado e a temperatura correspondente. L. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Este método é aplicável a todas as frações petrolíferas com um ponto de ebulição final de 1000 ºF ou menos.5. e consistente método para descrever o intervalo de ebulição de uma fração de hidrocarbonetos sem ambiguidades. dotada de um grande número de estágios ideais de equilíbrio e trabalhando com uma razão de refluxo elevada. B. para construção da curva PEV. . a uma temperatura máxima líquida de 750ºF em pressões absolutas abaixo a 1 mmHg e condensado na pressões de ensaio. 2005). medindo-se as temperaturas e recolhendo as frações. É necessário para isto operar com um volume razoável de amostra (por exemplo. 2005). Nessas curvas. 4. 1963). As temperaturas são medidas com um termopar. à pressão atmosférica. É realizado entre a pressões 1 mmHg e 50 mmHg. pesadas e submetidas à determinação da densidade (Sklo. aquece-se a amostra a 10 mmHg (0. no momento da condensação. Usualmente. 12 Método ASTM D-1160: Este método é utilizado para os produtos petrolíferos pesados que possam ser parcial ou completamente vaporizado. Método ASTM D-2887: Destilação simulada (DS) de cromatografia em gás parece ser o mais simples. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Tem como objetivo se aproximar da condição que cada ponto da curva represente o ponto de ebulição de seus componentes na pressão da destilação. cem litros). sendo mostrada em porcentagem de massa e volume. Destilações simuladas são plotadas em porcentagem de peso (Perry. Destilações ASTM D-1160 são plotadas em porcentagem de volume (Perry. Os dados obtidos permitem o traçado das curvas PEV de cada petróleo. Curvas PEV (Ponto de ebulição verdadeiro) Esta curva de destilação é levantada em uma coluna especial. reprodutível. 1963). absoluto. para se estreitar a faixa dos componentes obtidos (Sklo.4. A Figura 4 mostra uma curva PEV para um petróleo brasileiro. L.2. as temperaturas medidas correspondem ao equilíbrio líquido-vapor.013 atm) até 300-350ºC. além de recolher o destilado em frações reduzidas de volume. O método também é limitado a amostras que tem um ponto de ebulição inicial pelo menos de 100 ºF. sendo as frações obtidas recolhidas separadamente. Russia. menor será a velocidade em que o fluido se movimenta. Viscosidade A viscosidade é a propriedade do fluido que significa a resistência ao escoamento. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.3.4.1.6.2. Cor Não existe uma única cor e sim.2. uma variação entre o preto e marrom (existem realmente.2. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Curva PEV para um petróleo brasileiro. Quantidade de sais e areia Estes afetam o refino por que formam depósitos e provocam corrosão. mais energia gasta com seu arraste. Isto depende da sua origem (Arábia. 4.2.6. 4. com tons de azul). Brasil). Por isso. L. com isso sendo raramente realizada. África. .6. B. 13 Figura 4.6. Mas. 4. Outras caracterizações 4.2. alguns petróleos. é uma análise muito demorada. quanto maior a viscosidade. Fonte: (Sklo. Petróleo mais viscoso. 2005) A curva PEV obtém-se resultados com alta precisão e exatidão. Quantidade ótima de água e sedimentos abaixo de 1% (do volume de óleo). além de ser de alto custo e difícil execução. 6.2. as frações desejadas. Refino O refino é constituído por uma série de operações de beneficiamento. B. e d60 a densidade relativa da fração a 60ºF. às quais o petróleo bruto é submetido para a obtenção de produtos específicos.2.4. Índice de correlação É dada pela fórmula empírica: ⎛ 4860 + 473. 4. Petróleos naftênicos tem KUOP inferior a 11. Esta correlação indica a natureza do óleo. 2005). e iguais e inferiores a 10 são predominantemente aromáticos.3. onde mede a quantidade naftênica do petróleo. com altos valores correspondendo a alto grau de saturação.6 * d 60 − 456. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. . Valores superiores a 12 indicam petróleo parafínico. 14 4. Este valor está alto quando estiver acima de 1. L. 4. Número de acidez total O controle da acidez total em produtos do petróleo é feito através da determinação do número de acidez total (TAN) e é padronizada pela norma ASTM D 664-04.5. processá-las e industrializá-las em produtos Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.2.8 (Sklo. é separar vendáveis. Refinar petróleo.4. 4. Fator de caracterização de Watson (KUOP) É um fator definido por: ⎛3 T KUOP = ⎜ B ⎜ d 60 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Onde: TB é o ponto de ebulição médio em graus Rankine e d60 a densidade 60ºF.6.6. Este fator é o grau de parafinicidade.6. portanto.8 ⎞ IC = ⎜ ⎟ K ⎝ ⎠ Sendo K a temperatura absoluta correspondente ao ponto de ebulição médio da fração. além de frações de um produto pesado chamado de gasóleo. a primeira etapa do processo de refino de petróleo é a destilação primária. onde é extraída do petróleo mais uma parcela de diesel.6 314. o resíduo da destilação primária é processado na destilação a vácuo. Tabela 3. os solventes e querosenes (de iluminação e aviação). elas estão listados com suas respectivas capacidade de processamento.8 169. Uma série de outras unidades de processo destina-se a transformar frações pesadas do petróleo em produtos mais leves (craqueamento) e ao tratamento de todas as frações destiladas. L. Em seguida. toda a nafta. tais como: Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Refinarias Total IPIRANGA (RS) LUBNOR (CE) MANGUINHOS(RJ) RECAP (SP) REDUC (RJ) REFAP (RS) REGAP (MG) REMAN (AM) REPAR (PR) REPLAN (SP) REVAP (SP) RLAM (BA) RPBC (SP) Fonte: ANP. . B.9 188. Capacidade de processamento por refinaria no Brasil.8 251.8 53.4. através da qual são extraídas do petróleo as principais frações que dão origem à gasolina e ao óleo diesel.2 188. além de parte do GLP (gás de cozinha). 2004. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.8 Numa unidade de refino podemos encontrar processos de quatro tipos.7 151 45. 15 Em geral. O parque de refino do Brasil tem 13 refinarias.5 242. que pode ser destinado à produção de lubrificantes. de forma a colocar os produtos nas especificações para o consumo.7 364. Na Tabela 3. Capacidade de refino(m3/dia de operação) 2002 311800 2700 1000 2200 8500 38500 30000 24000 7300 30000 56000 35900 48700 27000 2003 319250 2700 1000 2200 8500 38500 30000 24000 7300 30000 58000 40000 50050 27000 Mil b/dia 2008 17 6.3 13. Polimerização catalítica Tratamento .Reformação catalítica . B.Desoleificação a solvente .Hidrocraqueamneto (severo e moderado) . 16 Separação .Geração de hidrogênio .Hidrotratamento Processos auxiliares .Isomerização catalítica .Tratamento Merox .Dessasfaltação a propano .4.Dessalgação eletrostática .Recuperação de enxofre .Utilidades Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.TratamentoDEA/MEA .Estabilização de naftas .Tratamento Bender . .Destilação atmosférica .Adsorção de N-parafinas Conversão .Craquemaneto catalítico .Coqueamento retardado . REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.Desaromatização a furfural .Destilação a vácuo .Viscorredução .Alquilação catalítica .Desparafinação a solvente . L.Tratamento caústico . Destilação 4.2. A pressão de vapor é uma medida da tendência de evaporação de um líquido.4.1. 4. Volatilidade Volatilidade é à facilidade de uma substância passar da fase líquida à fase vapor. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. A pressão de vapor aumenta com o aumento da temperatura. B.4.2. 4. Pode ser correlacionada através da equação de Antoine: ln Pvapor = A − B T +C Os parâmetros A.1.4. Quanto maior for a sua pressão de vapor. 17 Dentre esses processos de refino. Esta expressão é utilizada pelo software para o cálculo das pressões. o nosso trabalho dará ênfase no processo de separação na unidade de destilação atmosférica.2.4. Conceitos fundamentais 4.4.4. mais volátil será o líquido. que consiste na vaporização e posterior condensação dos componentes do óleo cru (hidrocarbonetos e impurezas) devido à ação de temperatura e pressão. L. . O processo está baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição dos diversos constituintes do petróleo. Trata-se de operação que envolve transferência de calor e massa. Definição A destilação é o processo básico de separação do petróleo.2. As substâncias mais voláteis de uma mistura são aquelas que no estado puro tem a maior pressão de vapor (maior tendência de escapar do líquido). B e C são tabelados para cada substância. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. e menor será sua temperatura de ebulição com relação a outro líquido com menor pressão de vapor. 4. Pressão de vapor Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor quando este está em equilíbrio com o líquido. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4.4 Pressão de vapor de uma mistura A pressão de vapor não depende apenas dos componentes. Cada componente dará uma contribuição na pressão de vapor da mistura. 18 4. Esse equilíbrio termodinâmico está relacionado com o movimento relativo das moléculas em relação à película (interface) que divide a fase líquida e a fase vapor. o ponto de bolha da mistura é chamado de ponto de ebulição normal. Quando a pressão é a atmosférica.2. quando começa a ferver e surge a primeira bolha de gás na fase líquida. precisa-se do conhecimento do equilíbrio líquido-vapor. obtendo as curvas do ponto de bolha e ponto de orvalho. Ponto de Orvalho é a temperatura de uma mistura vaporizada a uma dada pressão. O equilíbrio líquido-vapor ocorre quando as taxas das moléculas que atravessam a interface em um sentido (do líquido ao vapor) e no outro (do vapor ao líquido) se igualam. mas também da sua composição. Esses pontos mudam de acordo com a composição da mistura formada. B.4. Essas curvas quando plotadas juntas formam o diagrama de equilíbrio líquido-vapor. y i * P = ∑ xi * Pi SAT i 4. L. onde se condensa a primeira gota de líquido.3 Ponto de bolha e orvalho Ponto de Bolha é a temperatura de uma mistura a uma dada pressão. 4.5 Equilíbrio líquido-vapor Para melhor entendimento do processo de destilação. O estudo do equilíbrio líquido-vapor é especialmente importante aos engenheiros químicos no processo de análise e projeto de equipamentos de destilação.2. Pode ser encontrada pela equação abaixo.4. . e esta será devida sua composição. Equilíbrio líquido-vapor é o fenômeno que ocorre com todo líquido quando mantido em sistema fechado. A pressão de vapor de uma mistura será a ponderação das pressões de vapor dos componentes puros. O líquido tende a entrar naturalmente em equilíbrio termodinâmico com o seu vapor.2.4. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. 19 Para cada espécie i no equilíbrio líquido-vapor requer que as fugacidades no estado líquido seja igual ao no estado vapor ( fvi=fli ). B. fvi = yi. yi.Pisat Quando para pressões baixas e moderadas a lei de Raoult não é realista.ǿi.P=xi.ǿi. Estas equações são mostradas abaixo. .Pisat O coeficiente de atividade é calculado por diversos modelos. Conseqüentemente. Para soluções ideais. A equação para o método NRTL está descrita abaixo. yi.Pisat O coeficiente de fugacidade em baixas e moderadas pressões é próximo de um. γ i . γ i .Pisat . γ i . yi. onde ǿi é o coeficiente de fugacidade e γ i é o coeficiente de atividade. Daí.Pisat. equações de Van Laar. entre eles podem-se destacar os seguintes: Equação de Margules de dois ou três parâmetros.4. Estas equações são usadas pelo software para o cálculo desse coeficiente. Obtem-se que: yi. equação NRTL. o coeficiente de atividade também é unitário. equações de Wilson. a equação é simplificada somente para modelo de gás ideal para a fase vapor.P e fli = xi. γ i . Como.P = xi. ln γ i = ∑τ j =1 n k =1 n ji x j G ji k ki ∑x G n ⎛ τ jm x m Gmj ⎜ ∑ n x j Gij m =1 ⎜ +∑ n * τ ij − n ⎜ j =1 x k Gkj ⎜ x k Gkj ∑ ∑ k =1 k =1 ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ Onde: Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.ǿi. L. obtém a lei de Raoult modificada. equação UNIQUAC e modelo UNIFAC. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Quando é utilizado no equilíbrio líquido-vapor no qual o modelo de gás ideal se aplica a fase vapor e o modelo de solução ideal se aplica à fase líquida.P = xi. uma expressão é obtida e chamada de lei de Raoult. na maioria dos casos ele é omisso.P=xi. K) αij= NRTL constante para interação binária (αij = αji) A equação para o método UNIQUAC é mostrada abaixo. L.5 * Z * − qi * ln⎜ ⎝ i ⎠ Onde: γi=coeficiente de atividade do componente i xi= fração molar do componente i T= temperatura (K) n= número total de componentes Lij= 0. B.5Z(rj-qj)-rj+1 θ= (qixi)/( ∑qjxj) τ= exp-((aij+bijT)/RT) Φ=(rixi)/( ∑rjxj) Z=10 número coordenação aij= parâmetro de energia não dependente da temperatura entre componentes i e j (cal/gmol) bij= parâmetro de energia dependente da temperatura entre componentes i e j (cal/gmol. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4.K) qi= parametro de área de Van der Waals . . 20 γi=coeficiente de atividade do componente i Gij=exp[-τijαij] τij= (aij+bijT)/RT xi= fração molar do componente i T= temperatura (K) n= número total de componentes aij= parâmetro de energia não dependente da temperatura entre componentes i e j (cal/gmol) bij= parâmetro de energia dependente da temperatura entre componentes i e j (cal/gmol.Awi Aw= área de Van der Waals ri= parâmetro de volume Van der Waals – Vwi Vw= volume Van der Waals A equação para cálculo usando método de Wilson é informada abaixo. ⎛ ⎜ n n ⎛ ⎞ ⎛ φi ⎞ n ⎞ ⎜ θ jτ ij ⎜ ⎟ ⎟ ⎟ * ∑ L j x j + qi * ⎜1 − ln ∑ θ jτ ji ⎟ − qi * ∑ ⎜ n ⎜x ⎟ ⎟ + Li − ⎜ j =1 j =1 ⎝ i ⎠ j =1 ⎠ ⎝ ⎠ ⎜ ∑ θ kτ kj ⎝ k =1 ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎛ φi ln γ i = ln⎜ ⎜x ⎝ i ⎛ θi ⎞ ⎟ ⎜φ ⎟ + 0. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. 21 ⎛ ⎜ n n ⎜ x A ln γ i = 1 − ln ∑ x j Aij − ∑ ⎜ k ki j =1 k =1 ⎜ ∑ x j Akj ⎜ ⎝ j =1 ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ Onde: γi=coeficiente de atividade do componente i Aij=(Vj/Vi)exp((-aij+bijT)/RT) xi= fração molar do componente i T= temperatura (K) n= número total de componentes aij= parâmetro de energia não dependente da temperatura entre componentes i e j (cal/gmol) bij= parâmetro de energia dependente da temperatura entre componentes i e j (cal/gmol. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.4. Esses são métodos com resultados mais satisfatórios. B. mostra-se o diagrama de Temperatura versus Composição para pressão constante. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Foi escolhido este modelo devido os desenvolvimentos dos estudos de termodinâmica molecular do comportamento de soluções líquidas baseados no conceito de composição local. variando a temperatura de prato a prato.K) Vi= volume molar do componente líquido puro em m3/kgmol. . Como exemplo. O modelo para o cálculo do coeficiente de atividade utilizado no trabalho foi pelo método UNIQUAC. por que a coluna de destilação atmosférica opera com a pressão constante ao longo da altura. L. onde este é mais importante do que o a temperatura constante. 1996) 4. que é o tempo suficiente para ser separado o fluxo de líquido ou vapor. que estão em equilíbrio termodinâmico. e reduz-se a pressão na válvula ‘c’. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Diagramas Txy a 1 atm. (b) clorofórmio(1)/tetrahidrofurano(2). O vapor sai através da linha ‘e’ e o líquido através da linha ‘g’.3. (a) tetra-hidrofurano(1)/tetracloreto de carbono(2) . . A alimentação entra em ‘a’. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. B.4. (c)furano(1)/tetracloreto de carbono(2).3.4. (d) etanol(1)/tolueno(2). Tipos de destilação 4. A Figura 6 mostra os elementos de uma coluna de destilação flash.4. Uma mistura de vapor e líquido entra no separador ‘d’.1. Flash É o tipo de destilação onde a carga é separada em dois produtos em um único estágio: um vapor e um líquido. Fonte: (Van Ness. 22 Figura 5. Devido ao grande contato entre o líquido e o vapor antes de sua separação. passa através do aquecedor ‘b’. L. os fluxos estão saindo ambos em equilíbrio. 4. L.2. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Figura 7.3.4. . 2005) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Coluna de destilação. Fracionada A destilação fracionada é empregada quando a diferença entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura é menor. 1991) 4. B. enriquecendo a fração do componente mais volátil na mistura na fase de vapor. 23 Figura 6. Fonte: (Mc Cabe. Fonte: (Silvestre. Planta para destilação Flash. Na destilação fracionada existe uma coluna de fracionamento que cria várias regiões de equilíbrio líquido-vapor. ficam com forma elípticas. B. Bombas Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. separando-a em duas frações.4.1. 4. como sais solúveis. causam incrustações e corrosão dos trocadores de calor. uma líquida que sai no fundo. 24 A alimentação é colocada na coluna de destilação. Há certa altura um pouco acima da condensação anterior. Com a condensação. Depois de aplicado esse potencial elétrico. L. Este ciclo de vaporização e condensação ocorre repetidas vezes ao longo de todo o comprimento da coluna. 4.2.4.4. Parte desse líquido rouba o calor do vapor ascendente e torna a vaporizar-se. com isso surge um vapor quente. Ele sobe pela coluna. Equipamentos da unidade de destilação 4. Neste equipamento. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. as micelas ficam polarizadas. Esse tem a função da retirada dos gases mais leves. e outra vapor onde sai no topo. Dessalgadora (Separador trifásico) O óleo cru e os resíduos pesados possuem variadas quantidades de compostos inorgânicos.4. onde nesse equipamento acontece a chamada destilação flash. Torre Flash A torre flash é um vaso vertical.4. com isso cria um dipolo induzido.4. óxido ferroso. A finalidade deste processo é remover alguns compostos organometálicos e sólidos suspensos. forma-se um líquido.3. . onde é aquecida. que escorre para baixo pela coluna. em direção à fonte de calor. ou seja. Esses também afetam o desempenho de catalisadores nas unidades de conversão da refinaria (Sklo.4.4. 2005). uma força de atração induzida entre as gotas.4. o vapor torna a condensar-se e escorrer para baixo. mas vai se resfriando ao longo dela e acaba por condensar-se. a carga é separada em um único estágio. que pode provocar a coalescência. 4. Estas impurezas. Isto é conseguido através da introdução de água no óleo para dissolução dos sais na água. areia. especialmente os sais. sedimentos. depois essa água é retirada com o uso de desemulficantes ou através da aplicação de um potencial elétrico. O sal no óleo encontra-se dissolvido ou na forma de sólidos suspensos na água em emulsão com o óleo cru. Vapores sobem continuamente pela coluna e acabam por encontrar-se com o líquido. na recuperação de calor e no processo químico.4. B.4. na produção de energia. Figura 8. Trocador de calor Trocador de calor é o dispositivo usado para realizar o processo da troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.4. Este processo é comum em muitas aplicações da Engenharia. Curva característica de uma bomba e efeitos da modificação de velocidade de rotação sobre as características de uma bomba. ou seja. Estes são trocadores muito versáteis. no condicionamento de ar. Pode-se utilizá-los no aquecimento e resfriamento de ambientes. Outro aspecto importante em bombas é o caso da cavitação. 1982) A Figura 8 mostra curvas características de bombas.4. etc. Fonte: (Foust. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. fluidos altamente corrosivos e viscosos. onde as bolhas formadas podem provocar a erosão do rotor. feitos de uma variedade de materiais e tamanhos e são extensivamente usados em processos industriais. L. Trocadores de carcaça e tubo são os mais usados para quaisquer capacidades e condições operacionais. 4. 25 Estes são equipamentos auxiliares que servem para carrear líquidos através das tubulações. que é quando a pressão fica abaixo da pressão de vapor do líquido e há ocorrência de vaporização. misturas de multicomponentes. aumentando sua pressão para vencer as perdas de cargas que existem no trajeto. . tais como pressões e temperaturas altas. 2005). Então. depois dessa água passar pelo processo e carrear consigo essa energia transferida das correntes por onde passou. Esquema de um trocador de calor casco e tubos 1-2. Equipamentos de utilidades Nas plantas industriais muito se necessita de aquecimento de fluidos. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. As frações leves se condensam e são retirados no topo da coluna e as frações pesadas. necessita-se de torres de resfriamento para diminuir a temperatura desta água para voltar ao processo novamente. No caso da planta deste trabalho. 26 Figura 9. Para isso é utilizado vapor superaquecido. através de vários estágios. Esta corrente ainda separa componentes mais leves daqueles mais pesados e ambos retornam a coluna em estágios acima (Sklo. também tem a necessidade de esfriar essas.4. Existem saídas laterais na coluna. 2005) 4.4. onde grande parte da carga se vaporiza e será fracionada em diferentes faixas. com 4 a 10 estágios.4. Fonte: (Smith. onde para geração deste vapores são necessários caldeiras. B.4. às vezes não se vaporizam e são obtidas no fundo da coluna. 4. .4. Cada fração retirada é enviada a uma torre de stripping. Coluna de destilação atmosférica Depois de dessalgado. Na maioria das plantas industriais usa-se água de resfriamento. L.5. Da mesma forma que tem que aquecer correntes de processo. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. onde são levadas para coluna de destilação a vácuo. em cujo se injeta vapor. É enviado para a coluna de destilação vertical à pressão 1 atm. o óleo é pré-aquecido numa bateria de trocadores de calor a cerca de 300-400ºC(750ºF).6. os trocadores de calor necessitam de energia para aumentar a temperatura das correntes de processo. 4. 4. L.5. Coluna com recheio As colunas de recheio são mais utilizadas quando a coluna tem um diâmetro menor. E o fluxo de vapor é através de buracos.4. Coluna com pratos Figura 10.4.1. Típico tipo de prato (perfurado). Fonte: (Towler. caldeiras e torres de resfriamento são equipamentos de muito importância e bastante utilizados nos processos indiustriais. Os principais tipos de Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.2. 4. 2008) Nas operações de destilação com coluna de pratos forma-se estágios de equilíbrio em cada prato. Muitos diversos tipos e formas de acondicionamento foram desenvolvidos para satisfazer esses requisitos.4. 27 Então. bubble-cap e válvula. B. e estes podem ser de três tipos principais: prato perfurado. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. .5.5. O fluxo de líquido é transferido de prato a prato através de canaletas que podem ser verticais chamadas downcomer. O vapor sai de um estágio enriquecido nos componentes mais voláteis e o líquido sai com menor quantidade de voláteis do que o líquido alimentado. Estes podem ser aleatórios ou estruturados. O recheio fornece uma grande área superficial e tem baixa resistência ao fluxo de gases. Tipos de coluna de destilação 4. B.HYSYS O software Hysys tem a função de simular diversos processos químicos de acordo com a montagem do usuário. Apresentam-se abaixo algumas interfaces gráficas do software.5. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. o maior tamanho de recheio que é adequado para o tamanho da coluna deve ser até 50 mm.5. 4. Software utilizado . Através da entrada de dados de volume de evaporado por temperatura. 4. Como no presente trabalho. Entrar no flowsheet Após entrar no software. Entrou no Simulation Basis manager. Janela para iniciar uma simulação. objetivando encontrar condições de operações com menor custo possível. selecione File/New/Case para começar uma nova simulação. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 28 recheios aleatórios são: Anéis de Rasching e de Pall. O software Hysys pode simular no estado estacionário ou dinâmico. O programa permite montar e simular a planta nas condições desejadas. . estuda-se destilação do petróleo seria difícil inserir todos as substancias presentes nesse.4. Em geral. o Hysys cria um conjunto de componentes hipotéticos e suas respectivas propriedades. Figura 11. o usuário pode adicionar componentes em Components e escolher seu pacote termodinâmico em Fluid Pkgs. L.1. 5. O software tem uma variedade de pacotes termodinâmicos. Oil Characterization. o usuário pode entrar no flowsheet do software. Janela inicial. tem-se os dados necessários para começar uma simulação.4. onde é mostrado na Figura abaixo. Figura 12. 29 Depois de escolher seus componentes e seu pacote termodinâmico. 4. apenas clicando em Enter Simulation Enviroment. NRTL. sua escolha depende de que tipo e estado os componentes estão. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. etc. L. UNIQUAC.2. SRK. Entre eles: Peng-Robinson. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Com isso. . Caracterização do petróleo no software Figura 13. Quanto maior o número de dados mais preciso serão seus resultados. Em Calculations Defaults. pode-se escolher quais métodos serão utilizados para extrapolação dos dados. na parte Input data. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. O usuário estará na tela Oil Characterization.4. Essa tela é mostrada na Figura 13. qual método utilizado. B. o usuário poderá definir os dados que ele irá entrar no software. Dados para caracterização. TBP ou as curvas ASTM). Em seguida. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. ou seja. Na Figura 14. dados de temperatura de ebulição x volume de líquido (qual tipo de curva. onde poderá entrar com alguns dados de destilação. estes são: Langrange. densidade e peso molecular em cada temperatura de ebulição. viscosidade. em seguida clique em Oil Enviroment. Probabilidade e Mínimos quadrados e escolher os métodos de inter-conversão entre as curvas de destilação. 30 Para começar a caracterização de petróleo no HYSYS. clique em Oil Manager quando estiver no Simulation Basis Manager. L. o usuário clica em Assay/Add. . tais como: composição de leves. Figura 14. A tela onde mostra os métodos está na Figura 15. L. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 31 Figura 15. o usuário pode adicionar um Blend de petróleo. Na opção Cut Option Selection.4. B. Métodos de inter-conversão de curvas de destilação e extrapolação de dados. Componentes hipotéticos e suas respectivas propriedades. Depois o usuário volta em Oil characterization/Cut/Blend/Add. utilizando User Ranges. Em Cut/Blend/Data. isto pode ser visto em Oil Characterization/Assay/Working Curves e será mostrado na Figura 16. O software gera uma certa quantidade de componentes hipotéticos com suas respectivas propriedades. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. pode-se determinar quantos componentes estarão em cada corte. Figura 16. . Isto pode ser visto na Figura 17. Em Cut/Blend/Property Plot. L. 32 Figura 17. Figura 18. o usuário define qual as temperaturas de corte. com isso pode ver a fração volumétrica de cada corte. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. o usuário pode ver a curva de destilação gerada.4. . Tela que mostra onde utilizar a ferramenta Cut Ranges. Em Cut/Blend/Distribution Plot. Curva de destilação gerada pelo software. adiciona as correntes de massa. Feito todos esses passos. este é onde está listados todos os equipamentos de processo. aparece uma tela como na Figura abaixo. clique em Return to Basis Enviroment/Return to Simulation Enviroment para começar a simulação no flowsheet. clicando na seta azul do Palette. Determine a concentração de saída de CO2. O fluxo volumétrico de gás é 2 m3/s e a coluna opera a 60 ºC e 60.4. 4.5. Depois de ter escolhido os componentes e o pacote termodinâmico. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Nesse caso. o usuário entrará no flowsheet. pressão. clique em Enter Simulatiom Enviroment. Então. Exemplo da utilização do software Foi feito um exemplo de uma coluna de absorção. vazão mássica ou molar e a composição da corrente. Composição volumétrica de cada fração de petróleo. o usuário pode nomear a corrente e informar as variáveis dessa. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. entra-se com temperatura. Depois de clicar na seta azul. CO2 é absorvido em carbonato de propileno em uma coluna com recheio. Assim. B.3. Com isso. O fluxo de solvente é 2000 kmol/h. A corrente de gás é 20mol% de CO2 e 80mol% em metano. L. . 33 Figura 19. Geralmente.1 atm. 34 Figura 20. por isso não foi informado este dado. . o software mostrará a tela para introdução das variáveis do equipamento. adicionar as correntes de saída e introduzir o número de pratos da torre. B. clique no absorvedor no Palette. Figura 21. Depois de entrar com as duas correntes. Com um clique duplo em cima do equipamento. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. L. pode-se conectar as correntes de entrada. Mas esta torre será com recheio. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4. Tabela para inserir dados de entrada da corrente de massa. Tela para entrada de dados do equipamento. Nesta tela. Tela para colocar a pressão de operação da torre. informando no quadro vermelho Unconverged. A tela ficará como mostra a Figura abaixo.4. Em seguida. Figura 22. clica-se em Done para finalizar esta etapa. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. clica-se novamente no botão Next para colocar a temperatura de operação. . Clica-se em Run para rodar a simulação. Finalmente. mas essa não irá rodar devido não ter sido escolhido o número de pratos por que a torre é de recheio. onde coloca-se a pressão de operação da torre. B. Figura 23. Entrada de dados da temperatura da torre. 35 Depois clica-se no botão Next. L. por exemplo packing. 36 Figura 24. pode-se nomear o recheio em Name. Em Select TS. Clica-se em Tools/Utilities. Tela para escolha do recheio da torre. Com isso aparecerá a tela como mostra a Figura abaixo. . visto que pode existir mais de uma torre no Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Para fazer a mudança de pratos para recheio deve-se proceder da seguinte maneira. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.4. Tela que mostra a torre depois de rodar a simulação. B. Figura 25. Em Design. o usuário escolhe qual torre será recheado. L. Em seguida. clique em Tray sizing/Add Utility. volte para flowsheet. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha. clique em Run.5. clique em Next/Complete AutoSection para finalizar a escolha do recheio. dê um clique duplo no equipamento. L. 4.4. Algumas equações utilizadas pelo software Nesta seção mostra-se algumas equações que o software usa para resolução dos cálculos. Daí. para escolha do tipo de recheio e suas principais variáveis. Então. é só ir na corrente de saída e ver a concentração de saída do CO2. Finalmente. Então. B. Figura 26.4. como mostra na figura abaixo. Tipo de recheio e suas variáveis. clique em Auto Section/Packed. . As equações de estado utilizadas são as seguintes: Soave Redlich Kwong: P= R *T a − V − b V * (V + b ) Z 3 − Z 2 + A − B − B2 * Z − A* B = 0 Peng Robinson: P= R *T a − V − b V * (V + b ) + b * (V − b ) ( ) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 37 flowsheet. 5 + 1 b ⎞ ⎡ ⎟ ln⎜ a − T 0. . Segue as relações termodinâmicas V ⎡ ⎛ ∂P ⎞ ⎤ 1 H − H ID = Z −1+ * ∫ ⎢T ⎜ ⎟ − P ⎥dV RT RT ∞ ⎣ ⎝ ∂T ⎠V ⎦ S − So RT ID V ⎡ 1 ⎛ ∂P ⎞ 1⎤ P = ln Z − ln o + ∫ ⎢ ⎜ ⎟ − ⎥dV R ⎝ ∂T ⎠V V ⎦ P ∞⎣ Utilizando as equações de estado (Peng Robinson e SRK) 1 H − H ID = Z − 1 − 1. Os parâmetros “A” e “B” são mostrados abaixo. ( ) ( ) A= (R * T ) a*P 2 B= b*P R *T Já para o cálculo da entropia e entalpia de partida.5 S − S oID P a ⎡ T da ⎤ ⎛ V + 2 + 1 b ⎞ ⎟ ⎜ = ln (Z − B ) − ln o − 1.5 0.4. usa-se as seguintes relações abaixos. L.5 ⎟ ⎜ ⎢ dt ⎥ ⎣ ⎦ ⎝V + 2 −1 b ⎠ ( ( ) ) 0.5 ⎟ ⎥ ln⎜ RT 2 bRT ⎢ P ⎣ a dt ⎦ ⎝ V + 2 − 1 b ⎠ ( ( ) ) Onde: R= constante gás ideal H= Entalpia S= Entropia Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. REVISÃO BILBIOGRÁFICA Rocha.5 RT 2 bRT da ⎤ ⎛ V + 2 0. 38 Z 3 − (1 − B ) * Z 2 + A − 2 B − 3B 2 * Z − A * B − B 2 − B 3 = 0 Para as duas equações. os parâmetros “a” e “b” podem ser encontrados em [14]. Volume líquido (%) 0 6. . CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO HYSYS Rocha. Tabela 4. Composição volumétrica e temperatura de ebulição média das frações.5E-3 2. obtido do banco de dados do software CHEMcad.65 2.26 1.5. B. Volume líquido (%) 0 4 9 14 20 30 40 50 60 70 76 80 Temperatura (ºC) -12 32 74 116 154 224 273 327 393 450 490 516 Tabela 5.75 1. L.25 Substâncias leves Água Metano Etano Propano i-butano n-butano i-pentano n-pentano Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 39 5. CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO HYSYS Como já foi dito. Foi utilizado os dados de um petróleo da região da Arábia Saudita.32 0. O petróleo apresenta as seguintes características.25E-2 0. a caracterização do petróleo foi feita no próprio software. Composição volumétrica das substancias leves. A Figura 27 mostra a comparação dos dados de entrada com o calculado pelo programa. este é o modelo que fornece resultados mais precisos.5. densidade e viscosidade. a fração correspondente de cada componente hipotético é determinada a partir da PEV. peso molecular e densidade. De acordo com o próprio software. 4. HYSYS calcula um conjunto detalhado de propriedades que incluem a temperatura de ebulição verdadeira. O modelo termodinâmico utilizado para o cálculo das propriedades foi à equação de Peng Robinson. CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO HYSYS Rocha. baseadas nos NBP dos componentes hipotéticos. densidade e viscosidade de cada componente hipotético são graficamente determinadas da curva PEV. 2. 40 O “Oil Enviroment” (HYSYS) fornece a locação onde as características do fluido de petróleo podem ser representadas pelo uso de componentes hipotéticos. 3. Com base em suas curvas de entrada. peso molecular. Esta caracterização já foi descrita na revisão bibliográfica Os procedimentos que o HYSYS usa para transformar seus dados de entrada numa série de componentes hipotéticos envolvem estes quatro passos abaixo: 1. B. L. HYSYS calcula as propriedades críticas e físicas com as correlações designadas.Normal Boiling Point). O programa produz um grupo completo de propriedades físicas e críticas para os componentes hipotéticos com um mínimo de informação. cortes de petróleo em uma série de componentes hipotéticos. usando o default ou escolha do usuário para os grupos de temperatura de corte. . Para cada componente hipotético. óleos cru. Os dados acima são da curva PEV do petróleo. O método de caracterização no HYSYS converte suas análises de condensados. Em seguida. peso molecular. O ponto ebulição normal (NBP . Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. apresenta a curva PEV (TBP. Através de correlações. L. Na Figura 28. . Composição volumétrica das frações de petróleo. Figura 28. no inglês) e as outras curvas ASTM para o petróleo utilizado. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 41 Figura 27. Na Figura 29. CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO HYSYS Rocha. Comparação da curva PEV obtida do software com a curva dos dados de entrada. B. 1997). mostra-se a composição volumétrica das frações do petróleo utilizado.5. o HYSYS converte a curva PEV nas curvas ASTM. Isso é feito depois de nomear todas as frações de petróleo com suas respectivas temperaturas de corte. Estas correlações podem ser encontradas em (API Petroleum Refining. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO NO HYSYS Rocha. . 42 Figura 29. B.5. L. Curvas de destilação por diferentes métodos. A corrente aquecida entra na coluna de destilação atmosférica no prato 28. vasos de separação (dessalgadora e torre flash) e torres de destilação (atmosférica). Figura 30. Fluxograma do processo implementado no simulador HYSYS. A quantidade final de pratos na coluna dependerá da eficiência de cada prato.24 kg/m3). onde parte da carga é vaporizada. condensadores. trocadores de calor. é aquecido a 187. através de 29 estágios teóricos mais o condensador. Os equipamentos de maior importância utilizados são: bombas. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. refervedores. Adiante. onde o petróleo usado neste trabalho tem 29 ºAPI (881. DESCRIÇÃO DO PROCESSO Rocha. DESCRIÇÃO DO PROCESSO A unidade de destilação tem capacidade de processar 51471 barril/dia (340 m3/h) de petróleo cru.6. L. passa por um forno para elevar a temperatura a 400ºC. 43 6. Em seguida. bombeado para uma torre flash onde os gases mais leves são retirados no topo. se fraciona em vários cortes. depois passa por uma dessalgadora para a retirada de areia e água. . B.6ºC.96ºC. O flowsheet do processo é mostrada na Figura 30. esta foi baseada na capacidade de refino da Refinaria de Capuava (RECAP-SP). O petróleo bruto passa por uma bateria de trocadores onde sua temperatura é elevada a 118. As frações leves são retiradas na parte superior da coluna e as frações pesadas no fundo. 6. DESCRIÇÃO DO PROCESSO Rocha, L. B. 44 A torre atmosférica não tem um refervedor propriamente dela. A energia que a torre recebe é devido uma corrente de vapor superaquecido que é introduzida no fundo da coluna, especificamente no prato 29. O condensador da torre atmosférica é trifásico, onde libera gás, água residual, devido a condensação do vapor injetado, e uma certa quantidade de nafta, todos a 65,4ºC. Existem saídas laterais na coluna, em determinadas temperaturas de cortes, As saídas laterais da torre atmosférica são as seguintes: querosene (265,1ºC), diesel (281 ºC) e gasóleo (333 ºC). No fundo da torre sai o resíduo atmosférico (378,3ºC). Na coluna de destilação existem trocadores de calor que servem para melhorar a eficiência da coluna. Eles operam retirando um líquido de um estágio e resfriando-o, e depois bombeando para um estágio superior (como a torre foi numerada de cima para baixo, num prato de menor numeração). Este processo adiciona um refluxo entre dois estágios, servindo também para manter o nível de líquido nos pratos e as mesmas temperaturas de operação da torre. Neste caso, existem três trocadores deste tipo. O primeiro opera com refluxo de querosene. Ele retira querosene a 237,6ºC no prato 9 e injeta num prato 8 a 176,2ºC. O segundo opera com refluxo de diesel, retirando a 296ºC no prato 17 e injetando no prato 16 a 220ºC. Por fim, existe um refluxo de gasóleo sendo retirado no prato 22 a 357,4ºC e injetado no prato 21 a 288,7. Todas essas correntes estão na fase líquida. Na coluna de destilação também existem as torres de stripping. Estas torres são usadas para melhorar a qualidade dos produtos retirados na torre (querosene, diesel e gasóleo). Estas servem para fracionar mais os leves e refluxam os pesados para a coluna. Existem três torres de stripping na coluna. Os três produtos que vão para torre são os mesmos que passaram pelos trocadores de calor. As torres têm 3 pratos cada. Na primeira torre ocorre refluxo de querosene. Para provocar a vaporização da carga precisa-se de energia. Nessa torre existe um refervedor que alimenta esta. Por isso foi dito que a coluna de destilação não tinha refervedor, por que esse alimenta somente uma torre de stripping e não toda a coluna. Os três produtos entram e saem da coluna nos mesmos pratos onde aconteceram os refluxos pelos trocadores. Portanto, os três produtos saem com as mesmas temperaturas que foram para os trocadores. Mas neste caso, os produtos depois de passar pelas torres são injetados na coluna na forma de vapor. Nas duas torres de stripping onde não tem o refervedor, são injetados correntes de Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 6. DESCRIÇÃO DO PROCESSO Rocha, L. B. 45 vapor diretamente. Mas as temperaturas de saída são diferentes, e estas são: querosene (250,2ºC), diesel (291,6) e gasóleo (350,4ºC). Na Figura 31 mostra-se os trocadores de calor e as torres de stripping. Figura 31. Coluna de destilação com os trocadores e as torres de stripping. Na Figura 32, mostra-se a produção acumulada na saída da torre atmosférica. Figura 32. Produção acumulada da coluna amosférica. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 7. FLUXOGRAMAS Rocha, L. B. 46 7. FLUXOGRAMAS Os fluxogramas para plantas industriais são divididos em: bloco, processo e engenharia. O fluxograma em bloco é simplesmente feita utilizando blocos como se fossem determinadas operações ou equipamentos. Já o fluxograma de processo é feito, utilizando programas onde cada equipamento tem seu próprio desenho específico. Cada equipamento será rotulado de acordo com normas já estabelecidas. As correntes de processo são todas numeradas e devem ter as seguintes informações: qual(is) substância(s), fluxo mássico, fração mássica, pressão e temperatura. O fluxograma de engenharia passa para outro nível de detalhamento da planta. Nesse fluxograma deve conter todas informações que existe no de processo, incluindo diâmetro e material da tubulação e estratégia de controle com seus elementos de controle, tais como: medidores, válvulas e controladores. Existe outro tipo de fluxograma que é o de utilidades. Nesse fluxograma foram numeradas e descritas todas as correntes da mesma maneira como foi feita no de processo. As correntes são: vapor, água de resfriamento, nitrogênio, ar para equipamento, etc. Esses três fluxogramas são os mais importantes para descrição da planta. Foram feitos mais dois fluxogramas para melhor entendimento do processo, esses são: caldeira e torre de resfriamento. Os fluxogramas serão mostrados nos anexos. Esses foram divididos em: Processo, Engenharia 1 e 2, Utilidades (mostra as correntes existentes), Caldeira e Torre de Resfriamento. Também são mostradas todas correntes numeradas e com as informações necessárias, tabelas contendo lista de equipamentos, válvulas e instrumentos. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. onde na parte exterior existe a perda de carga através dos tubos e também devido à zona de janela. . DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. O coeficiente de convecção dos tubos é mesmo calculado pelo método Kern. JC.6 * N cw ) * w22 2 * Sm * Sw * ρ2 Para Re>100 A perda de carga total é a soma dessas duas parcelas. e é dado pela fórmula abaixo.Efeito da configuração dos defletores corrigindo o fato do escoamento não ser em corrente cruzada.1. Este método baseia-se no cálculo do coeficiente de convecção para o escoamento perpendicular a tubos.Fugas entre os tubos e os defletores e entre os defletores e o corpo. L. B. Já na parte externa é calculada de maneira diferente.By-pass através das folgas entre os tubos e o corpo. . Abaixo está a fórmula para o cálculo do coeficiente. Trocador de calor Para dimensionamento dos trocadores de calor o simulador HYSYS usa o método BellDelaware. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS 8. ho = J L * J B * J C * hCF A perda de carga nos tubos é calculada da mesma forma que no método Kern. sendo este valor depois corrigido por fatores de correção listados abaixo. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. . JB. Perda através dos tubos: ΔPC = N C * K f * 2 ρ * Vmax 2 Perda através da zona de janela : ΔPW = 2 ⎡ N L ⎤ w2 * ⎢ CW − C + Para Re<100 2 ⎥ ρ 2 * S m * S w ⎣ S − D0 DW ⎦ S m * S w * ρ 2 26 * w2 * μ 2 ΔPW = (2 + 0. . JL. 47 8.8. mostra-se o data sheet dos trocadores de calor. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. 2005). a equação é modificada de um termo FT devido trocadores 1-n terem escoamento paraleo-contracorrente. Q = U * A * FT * (MLDT ) FT = R 2 + 1 * ln R − 1 * ln 1− S 1− R * S 2 − S * ( R + 1 − R 2 + 1) 2 − S * (R + 1 + R 2 + 1 Onde: T1e T2= Temperaturas de entrada e saída do fluido quente t1 e t2= Temperaturas de entrada e saída do fluido frio R=(T1-T2)/(t2-t1) S=(t2-t1)/(T1-t1) Os detalhes e as equações estão em (Azevedo. refervedor e condensador. onde os dois últimos existentes na coluna de destilação atmosférica. forno. L. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. . 48 ⎛ N CW ΔP = [( N − 1) * ΔPC * R B + N * ΔPW ]* R L + 2 * ΔPC * R B * ⎜ ⎜1 − N C ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ Perda Total ⎠ Onde: Nc= Número de filas de tubos em escoamento cruzado w2= vazão mássica Sw= área de escoamento pela ‘janela’ do defletor Dw= diâmetro equivalente da janela do defletor Sm= área de escoamento cruzado Lc= altura do corte dos defletores que é o mesmo que a altura das janelas Ncw= número de linhas de tubos em cross-flow Para cálculo da troca térmica. Nas Tabelas 6 a 14.8. L.25 0.67 29.94 Vapor a 165 psia 14984.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): TC-101 Projeto: 1 BEU 1 1 2 23.1118 2. .90 143. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Parâmetros de 01 – Trocador de Calor (SIMPLE HEATER 1).66 2472. B.m.22 1.25 Triangular 20 194 11 45 19.86 GJ/h Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4 1.5634 94. Equipamento (Taq): TC-101 Data Sheet Trocador de calor Descrição: Aquecimento Tipo: Casco-Tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de trocadores Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície Total (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h.8.8339 1 1. 49 Tabela 6. 8. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha, L. B. 50 Tabela 7. Parâmetros de 02 - Trocador de Calor ( HEAT Exchanger). Equipamento (Taq): TC-102 Data Sheet Trocador de calor Descrição: Aquecimento Tipo: Casco-Tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de trocadores Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área por trocador (m2) Área de Superfície Total (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h.m.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): TC-102 Projeto: 1 BEU 3 1 2 42 0,8339 1 1,25 Triangular 20 734 6 45 33,33 357 1071 1,0315 1,52 0,25 41,32 860 36,28 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 8. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha, L. B. 51 Tabela 8. Parâmetros de 03- Trocador de Calor ( Simple Heater 2 ). Equipamento (Taq): TC-103 Data Sheet Trocador de calor Descrição: Aquecimento Tipo: Casco-Tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície Total (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h.m.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): TC-103 Projeto: 1 BEU 1 2 37 0,8339 1 1,25 Triangular 20 608 14 30 13,85 295,8 1,0071 3,82 3,21 67,25 2738,45 Vapor à 400 psia 29803,75 53,11 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 8. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha, L. B. 52 Tabela 9. Parâmetros de 04- Trocador de Calor ( furnace ). Equipamento (Taq): TC-104 Data Sheet Forno Dados de operação Energia Transferida (GJ/h) Eficiência Térmica (%) Energia absorvida (KJ/h) Equipamento (Taq): TC-104 Projeto: 1 288,10 70 201672940,40 Descrição: Aquecimento Tipo: Caixa Tabela 10. Parâmetros de 06- Trocador de Calor ( Kerosene PA cooler ). Equipamento (Taq): TC-205 Data Sheet Trocador de calor Descrição: Resfriamento Tipo: Casco-Tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) BEU 1 2 27 0,8389 1 1,25 Triangular 8 310 12 15 5,68 60,3 1,3805 4,87 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 34 224 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. .8 1.48 Tabela 11.25 Triangular 4 440 4 15 6.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): TC-205 Projeto: 2 3.m.8.8389 1 1. B. 53 Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h.Trocador de Calor ( diesel PA-cooler).49 42.28 2830 Água 501163 22.0108 1.02 1.99 178. Equipamento (Taq): TC-206 Data Sheet Trocador de calor Descrição: Resfriamento Tipo: Casco-Tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) BEU 1 2 31 0. Parâmetros de 07. L. .m.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) BEU 1 2 25 0.m.8389 1 1.Trocador de Calor ( AGO PA-cooler).93 2. Equipamento (Taq): TC-207 Data Sheet Trocador de calor Descrição: Resfriamento Tipo: Casco-Tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h. 54 Coeficiente de transferência global (KJ/h. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha.2 26.8.49 Tabela 12.0445 1. B.48 289 2625 Água 412068 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.3 1. L.25 Triangular 4 270 5 15 5. Parâmetros de 08.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): TC-206 Projeto: 2 2037 Água 412068 18. 10 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): CN-201 Projeto: 2 BEU 1 2 51 0.85 4. B. Equipamento (Taq): CN-201 Data Sheet Condensador Descrição: Resfriamento Tipo: Condensador tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h.45 2165 Água 1472580 66.8. .29 77. 55 Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): TC-207 Projeto: 2 18.1948 2.8 1. L.8389 1 1.m. Parâmetros de 12. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha.49 Tabela 13.Trocador de Calor ( Condensador torre atmosférica).25 Triangular 16 1220 7 35 21.38 474. .m. Parâmetros de 12.95 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha.64 2.ºC) Fluido de Utilidade Fluxo Mássico do Fluido de Utilidade (kg/h) Energia Transferida (GJ/h) Equipamento (Taq): RF-201 Projeto: 2 BKU 1 2 48 65.8. L.52 1.25 1.39 106. B.7 1.Trocador de Calor ( Refervedor torre atmósferica).0839 1. 56 Tabela 14.25 1.95 Triangular 4 318 38. Equipamento (Taq): RF-201 Data Sheet Refervedor Descrição: Aquecimento Tipo: Refervedor Kettle tubo U Dados de operação e mecânicos Classificação Tema Número de Passagens no Casco Número de Passagens nos Tubos Diâmetro Interno da Carcaça (in) Diâmetro Interno da Carcaça – Lado Largo (in) Diâmetro Interno do Tubo (in) Diâmetro Externo do Tubo (in) Espaçamento do Tubo (in) Tipo de passo Comprimento do Tubo (ft) Número de Tubos Número de Chicanas Corte da Chicana (%) Espaçamento da Chicana (in) Área de Superfície (m²) Razão de Área Queda de Pressão no Casco (psi) Queda de Pressão no Tubo (psi) MLDT (°C) Coeficiente de transferência global (KJ/h.93 1518 Óleo de Aquecimento 62598 3. . B. m/s ρL= densidade do líquido. o mínimo diâmetro permitido é dado pela equação abaixo. ⎛ ρ L − ρV u t = 0.2. L. 57 8. em função do diâmetro calcula-se a altura acima da parte líquida. kg/m3 ρV = densidade do vapor. calcula-se a área da seção transversal da torre. velocidade de decaimento. Dv = 4 * Vv π * us ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ 1/ 2 Onde: Dv= Diâmetro mínimo do vaso. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. m Vv= fluxo volumétrico de vapor. Como o diâmetro já foi obtido. Em seguida. Separador Gás-líquido Uma importante variável na construção de um separador gás-líquido é a velocidade terminal das gotas de líquidos. através de normas estabelecidas como mostra a Figura 33.8. o diâmetro do vaso deve ser suficiente para que não haja o arraste das gotas. e essa pode ser estimada pela equação abaixo. m3/s us= ut. kg/m3 No caso de separadores verticais. conseguindo obter a altura de líquido no separador. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha.07 * ⎜ ⎜ ρ V ⎝ Onde: ut = velocidade terminal. m/s A altura do separador vertical dependerá do tempo de retenção do líquido. por que com o tempo e o fluxo volumétrico de líquido encontra-se o volume de líquido. Então. grandes tempos de retenção devem ser assumidos. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 58 Figura 33. As razões mais econômicas de diâmetro versus comprimento são mostradas da tabelas abaixo. . Pressão de operação (bar) 0-20 20-35 >35 Fonte: (Towler. No dimensionamento de separadores horizontais. o diâmetro do vaso não pode ser determinada independente do comprimento como no separador vertical. L.8. Tabela 15. Separador gás-líquido vertical. 2008) Comprimento/Diâmetro 3 4 5 Nas Tabelas 16 e 17. B. O diâmetro. mostra-se o data sheet dos separadores gás-líquido horizontal e vertical. o comprimento e nível de líquido devem ser escolhidos para dar um tempo de residência do vapor suficiente para que as gotas de líquidos atravessem o vapor e para que o tempo de retenção de liquido seja alcançado. 2008) Em separadores horizontais. Relações econômicas para separadores horizontais. Fonte: (Towler. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. 8 304.74 3. L.21 67. 59 8. Equipamento (Taq): DE-101 Data Sheet Vaso Separador Descrição: Separação Tipo: Trifásico .57 22.8 1975.horizontal Dados de operação e mecânicos Critério de Solução Diâmetro do Bocal de Entrada (in) Máxima Velocidade Terminal (m/s) Diâmetro Interno (m) Comprimento (m) Razão Comprimento por Diâmetro Área de Líquido Leve (m²) Área de Líquido pesado (m²) Área de Retenção .83 0.Holdup (m²) Área de Expulsão .1.Surge (m²) Área Total da Seção Transversal (m²) Altura do Líquido Leve (mm) Altura do Líquido Pesado (mm) Altura de Retenção (mm) Altura de Expulsão (mm) Elevação NLL.4 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Parâmetros de Separador Trifásico (dessalter).42 304.do fundo (mm) Tempo de Residência do Líquido Leve (s) Tempo de Residência do Líquido Pesado(s) Tempo de Retenção (s) Tempo de Expulsão (s) Volume de Retenção (m³) Volume de Expulsão (m³) Volume Total (m³) Espessura da Parede (mm) Mínimo Diâmetro 10 0. .8.83 0.79 44. Dessalgadora (Separador Trifásico) Tabela 16.1 4.0042 4. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha.2.5 2912 3658 2894 5242 2071 646 215.do fundo (mm) Elevação HLL.47 9.8 3877.04 16.19 362. B. 60 Peso – Aço Carbono (Kg) Equipamento (Taq): DE-101 Projeto: 1 76373.8.2. Parâmetros de Separador Vertical (pré – flash).2.47 18. .11 0. Equipamento (Taq): TF-101 Data Sheet Vaso Separador Descrição: Separação Tipo: Flash .do fundo (mm) Elevação do Eliminador de Vapor (mm) Tempo de Retenção (s) Tempo de Expulsão (s) Volume de Retenção (m³) Volume de Expulsão (m³) Volume Total (m³) Espessura da Parede (mm) Peso – Aço Carbono (Kg) Mínimo Diâmetro 19 0.88 65. Torre Flash (Separador vertical) Tabela 17.59 12.40 13928 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.60 8.8819 2.do fundo (mm) Elevação HLL.27 5968 3581 6121 9702 11785 300 180 31. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. L.vertical Dados de operação e mecânicos Critério de Solução Diâmetro do Bocal de Entrada (in) Fator de Separação Líquido – Vapor (m/s) Velocidade Terminal do Vapor (m/s) Diâmetro Interno (m) Altura (m) Espessura do Eliminador de Vapor (mm) Altura Acima do Eliminador de Vapor (mm) Razão Altura – Diâmetro Área Total da Seção Transversal (m²) Altura de Retenção (mm) Altura de Expulsão (mm) Elevação NLL. B.76 5.08 25.34 100 400 4. ⎡ ρ − ρV ⎤ u v = − 0. com o número de pratos encontra-se a altura total da coluna. A velocidade de vapor é dada pela seguinte equação abaixo.1. Normalmente são utilizados espaçamento de 0. .047 * ⎢ L ⎥ ⎣ ρV ⎦ ( 2 t ) 1/ 2 Onde: uv= Velocidade de vapor.3.15 m (6 in) a 1 m (36 in). 61 Equipamento (Taq): TF-101 Projeto: 1 8. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. baseada na área total transversal da coluna (m/s) lt= Espaçamento dos pratos (m) ρv= Densidade do vapor ρl= Densidade do líquido O diâmetro da coluna pode ser calculado da seguinte forma: DC = 4 * Vw π * ρ v * uv Onde: Vw= Vazão mássica de vapor Dc= Diâmetro da coluna A altura total da coluna dependerá do espaçamento dos pratos. L.171 * l + 0. B.27 * l t − 0.3. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. 8. Coluna de Destilação Atmosférica Listou-se algumas equações que se julgam mais importantes para o dimensionamento da coluna de destilação. O espaçamento escolhido dependerá do diâmetro da coluna e as condições de funcionamento. onde o diâmetro depende da velocidade de vapor. Por fim.8. Diâmetro e altura da coluna Baseado na equação de Lowenstein (1961). Velocidade de inundação. Pelo projeto. normalmente. Condições de operação 8. 62 8. Alagamento da coluna (Flooding) A condição de alagamento fixa o limite máximo da velocidade de vapor. 2008) O fator fluxo líquido-vapor FLV na Figura 13 é dada por: FLV = ρv Lw * Vw ρl Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B.3. Com vapor de alta velocidade é necessário uma placa de alta eficiência. L.2. A velocidade de inundação pode ser estimada a partir da correlação dada por Fair (1961). Fonte: (Towler . um valor de 80 para 85 por cento da velocidade de inundação deve ser utilizado. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. .2.8. bem como a velocidade será.1. u f = K1 * ρ L − ρV ρV Onde: uf= velocidade de inundação (m/s) K1= constante Figura 34.3. entre 70 e 90 por cento do que o que iria provocar inundações. 4 − d h ) ⎤ uh = ⎢ 2 ⎥ 1/ 2 ρV ⎣ ⎦ Onde: uh= mínima velocidade do vapor nos buracos (m/s) dh= diâmetro do buraco (mm) K2= constante dependendo da altura de líquido no prato Figura 35. . Correlação ponto de exsudação. A velocidade pode ser correlacionada pela equação abaixo: ⎡ K − 0. Isto é conhecido como o ponto exsudação. kg/s Vw= Vazão mássica de vapor. 2008) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Fonte: (Towler. L. A velocidade de vapor nesse ponto é o valor mínimo para a operação estável.2.8.2. Exsudação da coluna (Weeping) O limite inferior de funcionamento ocorre quando líquido sai através dos buracos da placa se torna excessivo.90 * (25. 63 Onde: Lw= Vazão mássica de líquido. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. B.3. kg/s 8. mm Ac= área total da seção transversal. e 3 mm de aço inoxidável.8. 2008) Onde: how + ho= altura de líquido. B. Área perfurada A área disponível para a perfuração será reduzida pela obstrução causada pelos membros de estruturas (o apoio de anéis e vigas). DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. m2 lw= comprimento represa.5 a 4. .77 o diâmetro da coluna. m2 Ad= área downcomer. Os tamanhos dos buracos utilizados variam de 2.3. Área de buracos é uma fração da área perfurada. Relação entre área downcomer e comprimento da represa. 64 Figura 36.O espaçamento dos buracos (distância entre os centros dos buracos) lp não deverá ser inferior a duas vezes o diâmetro do buraco. e para passo triangular dos buracos. tamanho de buraco é aproximadamente igual a espessura da chapa. 8. mm O comprimento da represa é 0.0 diâmetros. pode ser correlacionado pela seguinte equação: Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.5 a 12 mm. Para aço carbono. Típicas espessuras de prato utilizadas são: 5 mm (3 / 16 pol) para aço carbono. Fonte: (Towler. sendo 5 mm o tamanho preferido. que corresponde á área de donwcomer de 12%.3. L. mas para o aço inoxidável o tamanho do buraco é no mínimo cerca de duas vezes a espessura da chapa. e da faixa normal será de 2. que é devido ao fluxo de vapor através dos orifícios pode ser calculada pela fórmula abaixo.119 * Red 0. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. ⎛ ρV ho = K 1 + K 2 * ⎜ ⎜ρ ⎝ L ⎞ ⎟ ⎟ * uV ⎠ O termo ho está em cm.2 0. 1999).1 < Red < 1. Perda de pressão no prato A queda de pressão sobre as placas é uma importante consideração de projeto. A segunda contribuição para perda de carga. Existem duas principais fontes de perda de pressão: devido ao fluxo de vapor através dos orifícios e devido à altura de líquido estático sobre o prato.05 < RP < 0. 65 ⎡d ⎤ Ah = 0.9 * ⎢ h ⎥ Ap ⎢ ⎣ lp ⎥ ⎦ Onde: 2 Ah= Área perfurada. m2 Ap= Área de buracos. L.231 * Red + 0. . mm 8. que é devido a altura de líquido estático sobre o prato é definido por: Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. temos as seguintes correlações: K1 = 0 K2 = 5.2 O termo uV é a velocidade de vapor nos buracos.3. consultar (Trambouze. m2 dh= diâmetro do buraco. B.8. Para pratos perfurados.59 + 0.4.721 * RP + 0.08 2 CV 3 CV = 0. mm lp= espaçamento entre buracos. hP = ho + hcl A primeira parte. Design Downcomer A área do downcomer e espaçamento da placa deve ser tal que o nível do líquido e vapor no downcomer está bem abaixo do topo da saída da represa do prato acima. 2008) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.81x10 −3 * hP * ρ L Onde: ΔPt= Perda de pressão total. L. normalmente tem o valor de 0. B. a coluna será inundada.6 É conveniente expressar a pressão em termos de altura de líquido. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Donwcomer. cm. β= fator de aeração. Em unidades de pressão. PA (N/m2) ht= Perda de pressão total.5. Figura 37. mm líquido 8.3. O back-up de líquido no downcomer é causado pela queda de pressão sobre a placa e da resistência ao fluxo no próprio downcomer. .8. 66 hcl = β * hL Onde: hL= altura de líquido no prato. Fonte: (Towler. Se o nível sobe acima da saída da represa. temos: ΔPt = 9. pode-se encontrar o número de estágios mínimos utilizando refluxo total. B. ⎡ x ⎤ ⎡x ⎤ log ⎢ LK ⎥ * ⎢ HK ⎥ ⎣ x HK ⎦ d ⎣ x LK ⎦ b Nm = α LK Onde: Nm= Número de estágios mínimos. Obtido essas duas variáveis. . sendo ‘d’ no topo e ‘b’ no fundo xHK= concentração do componente pesado. sendo ‘d’ no topo e ‘b’ no fundo αLK= volatilidade relativa do componente leve em relação ao pesado As equações de Underwood são listadas abaixo.d = Rm + 1 α LK − θ α LK * x LK . Com as equações de Underwood. com a correlação gráfica de Gilliand. Método ShortCut O método shortcut é uma maneira simplificada de encontrar alguns parâmetros importantes no dimensionamento da coluna de destilação.3. A equação de Fenske é mostrada abaixo.8.d= concentração do componente leve no destilado (topo) com refluxo mínimo xLK. 67 8. com a equação de Kirkbride. Este método é baseado em equações e correlações gráficas. f ∑ α −θ = 1− q LK Onde: xLK.f= concentração do componente leve na alimentação Rm= Refluxo mínimo θ= raiz da equação q= adimensional (calor para vaporizar 1 mol da alimentação dividido por calor latente molar da alimentação) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Através da equação de Fenske. As equações serão mostradas abaixo. encontra-se o número de estágios teóricos. Finalmente. L.6. pode-se calcular o taxa de refluxo mínimo. ∑ α LK * x LK . para refluxo total xLK= concentração do componente leve. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. determina a prato de alimentação da torre. 68 A correlação gráfica de Gilliand é mostrada na Figura 38 e serve para determinar o número de estágios teóricos. ⎞ ⎛ x LK .d= concentração do componente pesado no produto de topo Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. f Onde: Nr= Número de pratos acima da alimentação. incluindo refervedor B= vazão molar de topo D= vazão molar de fundo xLK. Depois de conseguir o número de pratos mínimo e refluxo mínimo. Fonte: (Perry.d ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟ ⎠⎥ ⎦ .f= concentração do componente leve na alimentação xHK. B. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. f ⎡N ⎤ log ⎢ r ⎥ = 0.b ⎟*⎜ ⎟ ⎜x ⎠ ⎝ HK . escolhe um refluxo adequado e descobre o número de pratos teóricos. Correlação gráfica de Gilliand. L. incluindo condensador Ns= Número de pratos abaixo da alimentação.f= concentração do componente pesado na alimentação xLK.8. Figura 38.206 * log ⎢⎜ ⎟ * ⎜ ⎜ ⎢ ⎣ Ns ⎦ ⎣⎝ D ⎠ ⎝ x LK . ⎡⎛ B ⎞ ⎛ x HK .b= concentração do componente leve no produto de fundo xHK. 1963) A equação de Kirkbride serve para determinar o prato de alimentação da torre e é dada pela equação abaixo. Equipamento (Taq): CD-201 Data Sheet Coluna de Destilação Descrição: Separação Tipo: Prato Dados de operação e mecânicos Tipo de prato Diâmetro (m) Máximo alagamento represa (%) Área da seção transversal (m2) Altura coluna (m) Perda de pressão (bar) Downcomer backup (%) Máxima perda pressão por prato (bar) Espaçamento prato (m) Quantidade de pratos teóricos Altura represa (mm) Comprimento da represa (m) Área ativa (m2) Downcomer clearance (mm) Área downcomer (m2) Área de buracos (m ) Equipamento (Taq): CD-201 Projeto: 2 2 Prato perfurado (sieve) 3.8 2. 69 A Tabela 18 mostra o data sheet da coluna de destilação. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Os tanques de armazenamento são dimensionados a partir de API Standard 650 (Tanques de aço para estocagem de óleo).11 51. são universalmente utilizados para a armazenagem de líquidos à pressão atmosférica.1 0.44 38.6 29 50.012 0. As principais cargas a serem considerados na concepção destes tanques é a pressão hidrostática do líquido.05 80.97 7. L. . sendo já encontrada o volume total. geralmente os tanques são de Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Esta norma determina as dimensões do tanque (diâmetro e altura).43 0.50 0.30 17.68 0.99 8. B.4. Nas refinarias. Parâmetros da Coluna de destilação atmosférica. com bases fixas e telhados cônicos.61 6. Tabela 18.8. Tanques de armazenamento Tanques cilíndricos verticais. Tt = Onde: Tt: Espessura do tanque.81 m/s2. pode-se calcular a mínima espessura da parede capaz de suportar esta pressão hidrostática de líquido através da equação abaixo. g: Aceleração gravitacional. Tabela 19. mm. Depois de obter o volume. é econômico. então é usado tanques verticais com teto fixo tipo cone ou com teto flutuante. Dt: tanque diâmetro. 9. ρ L * H Lg * Dt 2 * S t * E *10 3 Equipamento (Taq): TA-101 Data Sheet Tanque Descrição: Armazenamento Tipo: Vertical Dados de operação e mecânicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Diâmetro Interno (m) Altura (m) Razão Altura Diâmetro Número de Vasos Requeridos 15 10 33. m. ρL: Densidade do líquido. B. aumentar a espessura da chapa progressivamente a partir do topo para fundo do tanque. diâmetro e altura do tanque. 70 grande volume. Para grandes reservatórios.52 0.8018 2 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. St: Tensão máxima admissível pelo material do tanque. N/mm2. kg/m3.8. Nas tabelas 19 a 23 estão os data sheet dos tanques. L. E: Eficiência conjunta (se aplicável). Parâmetros do Tanque de Armazenamento (óleo cru). quando existe grande variação de vapor. O critério utilizado para definir o volume dos tanques foi de 5 dias de armazenamento. HL: Profundidade do líquido.07 26. . m. como tem uma variação da pressão hidrostática do líquido com a profundidade. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (Kerosene).8015 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.41 1.2 22778 Tabela 20.4 25.8.8047 1 9632 1166 10798 Tabela 21.76 20.73 16. Equipamento (Taq): TA-101 Data Sheet Tanque Descrição: Armazenamento Tipo: Vertical Dados de operação e mecânicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Diâmetro Interno (m) Altura (m) Razão Altura Diâmetro Número de Vasos Requeridos Capacidade de Armazenamento por Vaso (m³) Capacidade de Segurança por Vaso (m³) Capacidade Total por Vaso (m³) Equipamento (Taq): TA-202 Projeto: 2 65. 71 Capacidade de Armazenamento por Vaso (m³) Capacidade de Segurança por Vaso (m³) Capacidade Total por Vaso (m³) Equipamento (Taq): TA-101 Projeto: 1 20425. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (Naphta). Equipamento (Taq): TA-203 Data Sheet Tanque Descrição: Armazenamento Tipo: Vertical Dados de operação e mecânicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Diâmetro Interno (m) Altura (m) Razão Altura Diâmetro 265 2. .61 0. B.73 0.9 2352.123 20. L. 7977 1 10209 1273 11482 Tabela 23. Equipamento (Taq): TA-205 Data Sheet Tanque Descrição: Armazenamento Tipo: Vertical Dados de operação e mecânicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Diâmetro Interno (m) Altura (m) Razão Altura Diâmetro 332.11 0. 72 Número de Vasos Requeridos Capacidade de Armazenamento por Vaso (m³) Capacidade de Segurança por Vaso (m³) Capacidade Total por Vaso (m³) Equipamento (Taq): TA-203 Projeto: 2 1 4952 652 5604 Tabela 22. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Equipamento (Taq): TA-204 Data Sheet Tanque Descrição: Armazenamento Tipo: Vertical Dados de operação e mecânicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Diâmetro Interno (m) Altura (m) Razão Altura Diâmetro Número de Vasos Requeridos Capacidade de Armazenamento por Vaso (m³) Capacidade de Segurança por Vaso (m³) Capacidade Total por Vaso (m³) Equipamento (Taq): TA-204 Projeto: 2 281 2.37 21 0. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (gásóleo pesado .8037 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.8.28 26. L. .37 16.AGO).31 13. Parâmetros do Tanque de Armazenamento (diesel). B.95 2. 3 23. através do catálogo de bombas. Descrição: Fluxo Tipo: Centrífuga 15 12 0. Bombas Primeiramente tem-se o estudo para a definição do tipo de bomba usada. L. Com os dados de vazão da bomba e altura manométrica total. B.8839 0.23 30. pode-se escolher a bomba adequada. . calculam-se os diâmetros de sucção e recalque.ft/min) Eficiência (%) Equipamento (Taq): BO-101 Tabela 25. Tabela 24.5.98 50 139575 75 Projeto: 1 Data Sheet Bomba Equipamento (Taq): BO-102 Descrição: Fluxo Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. Parâmetros da Bomba – 1.5 324.head factor (galUS. Parâmetros da Bomba – 2. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. Nas Tabelas 24 a 27 mostram o data-sheet das bombas.2 8.11 25.7 2737. Equipamento (Taq): BO-101 Data Sheet Bomba Dados de operação e técnicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Densidade específica Capacidade (m3/s) Altura (m) Hydraulic power (KW) Design Power (KW) Driver Power (HP) Capacity. 73 Número de Vasos Requeridos Capacidade de Armazenamento por Vaso (m³) Capacidade de Segurança por Vaso (m³) Capacidade Total por Vaso (m³) Equipamento (Taq): TA-205 Projeto: 2 1 2412. em seguida.8. L.ft/min) Eficiência (%) Equipamento (Taq): BO-103 Tabela 27. B.8 24.head factor (galUS.15 0. Descrição: Fluxo Tipo: Centrífuga 189.8030 0.9 7. Parâmetros da Bomba – 3.head factor (galUS. .21 33. Parâmetros da Bomba – 4. Equipamento (Taq): BO-103 Data Sheet Bomba Dados de operação e técnicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Densidade específica Capacidade (m3/s) Altura (m) Hydraulic power (KW) Design Power (KW) Driver Power (HP) Capacity.7629 0.28 50 165052 75 Tabela 26. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. 74 Tipo: Centrífuga Dados de operação e técnicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Densidade específica Capacidade (m3/s) Altura (m) Hydraulic power (KW) Design Power (KW) Driver Power (HP) Capacity.96 33.12 29.5 25.ft/min) Eficiência (%) Equipamento (Taq): BO-102 Projeto: 1 119 11.8.62 50 177027 75 Projeto: 1 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4 0.11 27. head factor (galUS. onde os gases quentes envolvem os tubos por onde passa a água. . Essa energia é dada pela equação abaixo.06 31. . entre muitas.23 16. Quanto a passagem da água.ft/min) Eficiência (%) Equipamento (Taq): BO-204 Projeto: 2 374. . As caldeiras utilizadas na planta são todas aquatubulares. qu = mv * (hv − ha ) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 75 Equipamento (Taq): BO-103 Data Sheet Bomba Dados de operação e técnicos Temperatura (ºC) Pressão (bar) Densidade específica Capacidade (m3/s) Altura (m) Hydraulic power (KW) Design Power (KW) Driver Power (HP) Capacity. a produção de vapor através do aquecimento da água.7 4.31 25 90445 75 Descrição: Fluxo Tipo: Centrífuga 8. autoclaves para esterilização de materiais diversos.8. Caldeira Caldeira é um equipamento cuja função é. A planta de destilação em estudo necessita de 60000kg/h de vapor superaquecido a 10bar e 185°C. As caldeiras em geral são empregadas para alimentar máquinas térmicas.7184 0.6. necessita-se saber a energia útil absorvida pela água no interior do equipamento. L. Para o cálculo do consumo de combustível. ou calefação ambiental. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. onde os gases quentes de combustão passam por dentro dos tubos. as caldeiras podem ser classificadas em dois tipos: fogotubulares. B. circundados pela água e aquatubulares. cozimento de alimentos através do vapor.3 0.2 12. O combustível usado na caldeira tem entalpia específica de 43000 kJ/kg. ou de instalações de refrigeração. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de “enchimentos” de diferentes tipos. Para escolha das torres serão necessárias o conhecimento de algumas variáveis: a) Vazão da água em circulação (Gw) = 3000m3/h Como a vazão é muito grande. A especificação das caldeiras será feito de acordo com o catálogo da Alpina S.7 kJ/kg e a da água de alimentação (65°C e 10 bar) é 272. a energia absorvida é de 42470 kW. Torre de Resfriamento As torres de resfriamento são equipamentos utilizados para o resfriamento de água industrial.5 kW e) Temperatura de bulbo úmido (tf) = 27°C f) Diferenças térmicas Z = tw1 – tw2= 35 -30= 5°C a = tw2 . 76 Onde: qu= Energia absorvida pelo vapor (kW) mv= Fluxo de vapor (kg/s) hv= Entalpia do vapor (kJ/kg) ha= Entalpia da água de alimentação (kJ/kg) A entalpia do vapor é 2820.5 kJ/kg. como aquela proveniente de condensadores de usinas de geração de potência. B. Q = 17.7. etc. – Indústria e Comércio. resolveu-se dividir em 10 torres de 300m3/h. em contracorrente com uma corrente de ar frio (normalmente à temperatura ambiente). Na planta há uma necessidade de 3000000 kg/h (3000m3/h) de água de resfriamento.A.8. assumindo um fator de 20% em excesso. A torre é essencialmente um processo de transferência de massa e calor. L. b) Temperatura da água quente (tw1) = 35°C c) Temperatura da água fria (tw1) = 30°C d) Quantidade de calor a ser removida da água quente (Q) Q = m * c * Δt . Daí. . 8. será preciso 42676 kg/h de combustível para obter a fluxo de vapor necessário. trocadores de calor. ou 152892000 kJ/h. Portanto.tf= 30 – 27= 3°C Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. 0 ºC 6. Com o gráfico (Fig.8. pode-se determinar o modelo da torre de resfriamento.0 ºC Z=tw1-tw2 4.5-5. compactos de fiberglass Alpina. As dimensões da torre podem ser encontradas em “ Alpina S. 1997) a= tw2-tf 3. Natureza da instalação 1.0-4.0ºC 2.Série SG Standard. Alpina S. Usina de açúcar 5. Fonte: (Macintyre. Seleção. Ar condicionado 2. DIMENSIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS Rocha.5-5.0 ºC 28. Diagrama de resfriamento. 1978. O modelo selecionado foi 155/4 – SG – STD.5 ºC 6.0-8.0 ºC 2. Indústria e comércio.0-5.0-8.0 ºC tw2 29.0 ºC 29. escolhe-se o tipo de natureza de instalação da torre.0-25.0 ºC 10. B. 31) e as variáveis antes encontradas. Com esse modelo. 1997) Através da Tabela 28 e as variáveis da torre de resfriamento (listadas de “a” a “e”). 77 Tabela 28.0 ºC 35. . Turbocompressores 3.0-15. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.0-8. Indústria e Comércio – resfriamento de água.”. Metalurgia Fonte: (Macintyre. as 10 torres podem operar com uma capacidade de até 325 m3/h.0 ºC 2. Valores das grandezas para o projeto da torre de resfriamento.5 ºC 29. Resfriadores de água.A. L. Modelo 40 até 155 .0 ºC 15. Motores diesel 6.5 ºC 9.. instalação e manutenção.0 ºC Fig. Laticínios 4.A. 39.0-15.0 ºC 35.0-12.0 ºC 6.0-5.0 ºC 8. tais como condutividade térmica. resistência elétrica. Disponibilidade nos tamanhos padrões . deve também ser consideradas.chapas. Força . Propriedades especiais. MATERIAL DOS EQUIPAMENTOS Muitos fatores devem ser considerados quanto à escolha de materiais. Rigidez . A facilidade de fabricação. . 78 9. O efeito da alta e baixa temperatura. Tenacidade . L. permitindo a manutenção e substituição.módulo de elasticidade (Módulo de Young) c.9. Resistência à fadiga 2. Outros fatores. As características mais importantes a serem consideradas quanto à escolha de um material de construção são: 1. O engenheiro de processo também deve considerar as exigências do engenheiro mecânico. e ciclagem térmica 3.resistência à tração b. mas para plantas de processo químico. perfis.a resistência à ruptura d. O material mais econômico que satisfaça os requerimentos de processo e mecânicos deve ser selecionado. moldagem e soldagem 6. tais como a contaminação dos produtos e a segurança do processo. B. Propriedades mecânicas a. tubos 7. Resistência à corrosão 4. O engenheiro será responsável por recomendar materiais que serão adequados para as condições do processo. as considerações imperiosas são elevadas temperaturas de resistência e capacidade de resistir a corrosão. Dureza e. MATERIAL DOS EQUIPAMENTOS Rocha. o material selecionada deve ter força e poder ser facilmente trabalhado. que será o material que apresenta o menor custo ao longo da vida útil da planta. Custo Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. propriedades magnéticas 5. 740 304L 20 . Equipamentos Trocadores de calor Casco Tubo Refervedor Casco Tubo Condensador Casco Tubo Separador Trifásico Separador Vertical Coluna Atmosférica Caldeira Torre de resfriamento Tanques Material Aço carbono Aço inoxidável Aço carbono Aço inoxidável Aço carbono Aço inoxidável Liga baixo carbono Liga baixo carbono Aço inoxidável Aço inoxidável Fiberglass Liga baixo carbono Tipo (ANSI) Range temperatura (ºC) 30 .740 304L 20 – 800 30 .800 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B.800 30 – 740 304L 4340(AISI) 4340(AISI) 316L 316L 4340(AISI) 20 . .800 30 – 740 30 – 740 20 – 800 20 – 800 20 . MATERIAL DOS EQUIPAMENTOS Rocha. 79 Tabela 29. L. Material de construção dos equipamentos.9. investimento nas utilidades. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. Nesta monografia não foram contabilizados os custos em obras cíveis. Existem na literatura aberta várias fontes de dados sobre custo de equipamento de processo (Perry. material de construção. Ce = a + b * S n Onde Ce é o custo dos equipamentos. taxas de engenharia e capital de giro. O custo de um equipamento específico será função dos seguintes itens: dimensão. consultar esta referência (Towler. pressão e temperatura de operação. tubulação e válvulas. Há os custos com utilidades: geração de eletricidade. Existe outra forma também de calcular o custo dos equipamentos. área total) e ‘n’ é um expoente de que depende do tipo de equipamento. Para maiores detalhes a respeito. CB é o custo conhecido de um equipamento com capacidade conhecida QB. 1963. tratamento de água.10. 2008). honorários de engenharia e contingências. Uma forma semelhante. 80 10. investimentos em obras cíveis. fp é fator de correção para pressão de operação e fT é fator de correção para temperatura de operação. sistema de controle. CUSTO DA PLANTA E EQUIPAMENTOS Rocha. sistema de compressão de gás. 2008). S é o parâmetro de referência (exemplo: trocador de calor. L. Towler. ‘a’ e ‘b’ são constantes de custos. . CUSTOS DA PLANTA E EQUIPAMENTOS O investimento total exigido para um novo processo pode ser divido em cinco partes: investimento na planta. mudando apenas a fórmula de cálculo desses custos. tratamento de efluentes. M é uma constante que depende do tipo de equipamento. Além do custo de cada equipamento existem os custos com: custo de instalação. sistema elétricos. ⎛ Q CE = CB * ⎜ ⎜Q ⎝ B ⎞ ⎟ ⎟ * f m * fT * f P ⎠ M Em que CE é o custo do equipamento com capacidade Q. sistema de arrefecimento. Smith. sistema de inertização e sistema de combate de incêndio. O fator fm é para correção do material de construção. 2005. geração e distribuição de vapor. O custo é freqüentemente apresentado como o custo versus a capacidade do equipamento ou expresso como uma função de sua potência. sistema de segurança. ⎛ f ER + f INST + f ELEC + f UTIL + f OS + f BUILD + f SP ⎞ ⎟ C F = ∑ f M * f T * f P * (1 + f pip ) * C E . fPIP é custo com tubulação. fDEC é o custo com design e engenharia.1 0. fUTIL é custo da utilidades.1 2.10. fCONT é custo com contingência.5 0.2 0. Processo com fluido Custos diretos Entrega equipamentos fER fPIP fINST fELEC fUTIL fOS fBUILD fSP Custo total de instalação e equipamentos Custos indiretos 3.1 0. CUSTO DA PLANTA E EQUIPAMENTOS Rocha. fINST é custo de com instrumentação e controle.7 0.2 0.2 0. B.5 0.2 0.4 0.2 0. através da fórmula abaixo. . Tabela 30.2 0.i + ⎜ ⎜+ f ⎟ * ∑ C E .1 0. fWS é custo com capital giro. fBUILD é o custo com construção e fSP é o custo com a preparação do local. fELEC é o custo com instalação elétrica.i i ⎝ DEC + f CONT + f WS ⎠ i [ ] Em que fER é custo com montagem do equipamento. L.4 0. Estes fatores podem ser vistos na Tabela 30. 81 O custo total da planta pode ser obtido multiplicando os diversos fatores que compõem uma planta de processo pelo custo individual de cada equipamento (CF). fOS é o custo com off-sites. Fatores para estimar custos de equipamentos e construção de planta.7 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.3 0.1 1 Processo com sólido 1 0. 742.00 374. B.4 4.10. 2005) 1. L.00 4.00* *Esse custo total não foi incluso o capital de giro. 82 fDEC fCONT Custo total do capital fixo Capital de giro fWS Custo total do capital Fonte: (Smith.0 0. Custo dos equipamentos e custo total do capital fixo.902.274. Equipamentos Trocadores de calor Condensador Refervedor Bombas Dessalgadora Torre Flash Forno (Box) Coluna de destilação Tanques Caldeira Torre de resfriamento Custo total de equipamentos Custo (R$) 1. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4 Tabela 31.647.360.00 315.8 0.7 5.726.844.00 4.059.742.158.00 339.350.6 4.00 1.057.811.00 34.8 0.00 140.3 3. .982.00 Custo total do capital fixo (CF) 82400693.827.424.166.00 958. CUSTO DA PLANTA E EQUIPAMENTOS Rocha.8 0.8 0.00 17.00 2.718. 963. Como foi visto. Outra análise que poderá ser feita é a introdução da coluna de destilação a vácuo. de maior densidade. pode-se tentar a otimização da coluna de destilação para maior obtenção dos produtos desejados. pode-se explorar os seguintes itens. A parte econômica do trabalho não foi desenvolvida no próprio software. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS O trabalho apresentou um projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo. foi utilizado o software HYSYS como ferramenta de auxílio para o projeto. foi feita calculando os preços dos equipamentos através de equações encontradas em handbook´s de engenharia. Essa avaliação econômica da planta. A temperatura inicial para o corte de resíduo é aproximadamente a 510ºC (Sklo. com o auxílio de fatores encontradas na literatura. enquanto no trabalho foi inserido 370 ºC. constatou-se que o software é uma ferramenta poderosa que permite o cálculo dos balanços de massa e energia de toda a planta. Como trabalhos futuros. a caracterização do petróleo com um mínimo de informação. Isso explica o fato de um petróleo tão leve.11. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. com relação a quantidade de produtos foi bastante satisfatório devido o intervalo inserido para as temperaturas de corte serem menores que as realmente utilizadas.00. com o intuito de conseguir separar melhor as frações pesadas do petróleo. Diante disso. 83 11. L. Dessa forma. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS Rocha. ter gerado uma grande quantidade de resíduo. Esse resíduo está em grande quantidade por que nele está inserido o gasóleo pesado. e este foi de R$ 82. que não foi colocado suas temperaturas de corte. estimando o capital total necessário para construção da planta. .400. trabalhouse com um petróleo leve da Arábia Saudita. 2005). O resultado final da destilação. pode-se analisar o petróleo brasileiro que é. mas este permite esses cálculos mediante a introdução de diversos parâmetros de construção. Com relação aos objetivos propostos. e finalmente. geralmente. gerando uma curva de destilação e o dimensionamento de todos equipamentos de processo. .ANEXOS Rocha. L. 84 ANEXOS (Fluxogramas) Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. mostra-se as válvulas existentes. Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. . L. Na Tabela 36 é identificada as correntes do fluxograma de utilidades. Na Tabela 33 é listado e rotulado os equipamentos da planta industrial. Na Tabela 34.ANEXOS Rocha. informando seu tipo e como é acionada. 85 Na Tabela 32 será mostrado a identificação de cada corrente com sua respectiva tubulação. B. Na Tabela 35 está a lista de instrumentos para controle da planta. 86 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.ANEXOS Rocha. . B. L. L. B. . 87 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.ANEXOS Rocha. 88 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.ANEXOS Rocha. L. . B. 15 118. Identificação das correntes do fluxograma de engenharia.5 65 10 10 depois bomba 2 0. 89 Tabela 32.001163 0 0 0 0 Líquida (1) 3.07E5 12 15 10 9 Dessalter water - 0.022801 0 0 0 0 Líquida (1) 3. Número Nome Fração mássica Óleo Água Naphta Querosene Diesel Gasóleo pesado Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Tubulação (in) Número Nome Fração mássica Óleo Água Naphta Querosene Diesel Gasóleo pesado Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Tubulação (in) 1 Raw crude after 1 0 0 0 0 0 Líquida (1) 3.022801 0 0 0 0 Líquida (1) 3.15 118.6 0 1 0 0 0 0 Líquida (1) 6650.001163 0 0 0 0 Líquida (1) 3. .8 9.6 1(1/2) 10 10 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.022801 0 0 0 0 Líquida (1) 3.07E5 9.6 10 0 1 0 0 0 0 Líquida (1) 7000 10 15 1(1/2) 7 Ovhp vap 0.ANEXOS Rocha.998837 0.022801 0 0 0 0 Líquida (1) 3.07E5 10 15 10 8 crude 0.15 118.00E5 10 15 10 6 To Dessalter 0.977199 0.07E5 9.0035E5 11. B.15 118.977199 0.998837 0.977199 0.6 10 2 Water 3 To heater 4 depois bomba 1 5 To heat exchanger 0.0035E5 9. L.977199 0. 000195 0 0 0 0 Líquida (1) 2.4 65.41 0 1 0 0 0 0 Líquida (1) 2908.28 281 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.056986 0 0 0 0 Vapor (1) 4.000482 0 0 0. .999805 0.999805 0.6 10 16 Off gas 0.86493) 3.8572E5 3. L.4 187.6 10 18 Naphta 0.020068 0 0 0 0 Vapor (1) 14626 5.000435 0. 90 Número Nome Fração mássica Óleo Água Naphta Querosene Diesel Gasóleo pesado Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Tubulação (in) Número Nome Fração mássica Óleo Água Naphta Querosene Diesel Gasóleo pesado Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) 11 To pre-flash 12 Light prod 13 Btm liquid 14 depois bomba 3 15 ATM feed 0.4 187.12 265 0 0.998837 0.76916) 2.4 65.999565 0 0 0 Líquida (1) 56859 1.41 0 0.000195 0 0 0 0 Vapor (0.979932 0.41 0 0 0 1 0 0 Líquida (1) 26175 2.8572E5 2.001163 0 0 0 0 Líquida (0.8572E5 5.6 6 17 Waste water 0.999518 0 Líquida (1) 57558 2.9 400 10 20 Diesel Prod 0.ANEXOS Rocha.0035E5 5.4 187.943014 0.2 1.6 10 19 Kerosene Prod 0.000195 0 0 0 0 Líquida (1) 2.3232E-6 1.999805 0.4 65. B.4 187. 28 220 6 0 0. 91 Tubulação (in) Número Nome Fração mássica Óleo Água Naphta Querosene Diesel Gasóleo pesado Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Tubulação (in) Número Nome Fração mássica Óleo Água Naphta Querosene Diesel Gasóleo pesado Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) (1/8) 21 AGO Prod 1(1/2) 22 ATM residue 5 23 Kerosene PA Return 0 0.32 8 28 AGO PA Draw 0 0.000078 0 0 0.000311 0 0 0 0 Líquida (1) 1. B.37 4 24 Kerosene PA Draw 0 0.999878 0 0 Líquida (1) 1.000078 0 0 0.3 8 27 AGO PA Return 0 0.29 8 5 25 Diesel PA Return 0 0.000050 0 0 0 0.ANEXOS Rocha. .14 180.999533 Líquida (1) 13963 2.999950 Líquida (1) 92123 2.000122 0 0.14 241.3909E5 2.000122 0 0.37 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.492 378.95 2(1/2) 26 Diesel PA Draw 0 0.999922 0 Líquida (1) 88020 2.999878 0 0 Líquida (1) 1. L.000050 0 0 0 0.000467 0 0 0 0.999950 Líquida (1) 92123 2.999689 0.3121E5 2.28 0.999922 0 Líquida (1) 88020 2.37 332.3909E5 2. Taq AC-101 AC-102 AC-103 BO-101 BO-102 BO-103 BO-204 BO-301 BO-401 BO-402 CA-301 CD-201 CN-201 DE-101 MS-101 RF-201 TA-101 TA-301 TC-101 TC-102 TC-103 TC-104 TC-205 TC-206 TC-207 TF-101 TR-401 Equipamento Acumulador Acumulador Acumulador Bomba Bomba Bomba Bomba Bomba Bomba Bomba Caldeira Coluna destilação Condensador Dessalgadora Misturador Refervedor Tanque Tanque Trocador de calor Trocador de calor Trocador de calor Forno Trocador de calor Trocador de calor Trocador de calor Torre Flash Torre de Resfriamento Observação Centrífuga Centrífuga Centrífuga Centrífuga Centrífuga Centrífuga Centrífuga Aquatubular Atmosférica Fluido: Água Separador trifásico Fluido: Óleo aquecimento Armazenamento Armazenamento A vapor A vapor A vapor Óleo combustível Água de resfriamento Água de resfriamento Água de resfriamento Separador Vertical Conta-corrente (ar) Tabela 34. B. .ANEXOS Rocha. Lista de válvulas. Lista de equipamentos.34 6 Tabela 33.96 6 288. 92 Temperatura (ºC) Tubulação (in) 295. L.72 6 357. Taq VA-101 VA-102 VA-103 VA-104 Tipo Controle de nível Controle de pressão Segurança Controle de temperatura Acionamento Pneumático Pneumático Manual Pneumático Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. ANEXOS Rocha. 93 VA-105 VA-106 VA-107 VA-108 VA-109 VA-110 VA-111 VA-112 VA-113 VA-114 VA-115 VA-216 VA-217 VA-218 VA-219 VA-220 VA-221 VA-222 VA-223 VA-224 VA-225 VA-226 VA-301 VA-302 VA-303 VA-304 VA-305 VA-401 VA-402 VA-403 VA-404 Controle de temperatura Controle de nível Controle de pressão Segurança Controle de temperatura Controle de pressão Controle de nível Controle de pressão Segurança Controle de temperatura Controle de fluxo Controle de temperatura Controle de temperatura Controle de temperatura Controle de temperatura Controle de pressão Controle de nível Controle de nível Controle de nível Controle de temperatura e nível Controle de pressão Segurança Controle de temperatura Controle de pressão Controle de nível Controle de pressão Segurança Controle de temperatura Controle de pressão Controle de pressão Segurança Pneumático Pneumático Pneumático Manual Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Manual Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Manual Pneumático Pneumático Pneumático Pneumático Manual Pneumático Pneumático Pneumático Manual Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. L. . B. . Lista de instrumentos. L.ANEXOS Rocha. Taq LIC PIC FIC TIC Taq L P F T Controlador/Indicador Nível Pressão Fluxo Temperatura Medidores Nível Pressão Fluxo Temperatura Quantidade 9 12 1 10 Quantidade 9 12 1 10 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B. 94 VA-405 VA-406 Controle de pressão Segurança Pneumático Manual Tabela 35. ANEXOS Rocha. 95 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. L. B. . 376 185. 96 Tabela 36.ANEXOS Rocha. Número AI AP SA SN SV OC Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Número AI AP SA SN SV OC Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Número AI AP SA SN SV OC 1U 1 Vapor (1) 6U 1 Vapor (1) 158020 2 180 11U 1 - 2U 1 Vapor (1) 5 25 7U 1 Vapor (1) 5 25 12U 1 - 3U 1 Vapor (1) 5 25 8U 1 Vapor (1) 5 25 13U 1 - 4U 1 Vapor (1) 14984. Identificação das correntes do fluxograma de utilidades.67 11.56 9U 1 Vapor (1) 5 25 14U 1 - 5U 1 Vapor (1) 5 25 10U 1 Vapor (1) 29803 27.44 15U 1 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. . L.58 229. B. 4474 23.6 29U - Vapor (1) 4840 1.4474 23. L.8 194.724 385 20U 1 Vapor (1) 5 25 25U 1 Vapor (1) 5 25 30U - Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.4474 23. B.9 26U 1 Vapor (1) 5 25 17U 1 Líquido (1) 501163 3.9 22U 1 Vapor (1) 5 25 27U 1 Vapor (1) 5 25 18U 1 Vapor (1) 5 25 23U 1 Vapor (1) 5 25 28U 1 Vapor (1) 5 25 19U 1 Líquido (1) 412068 3. 97 Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Número AI AP SA SN SV OC Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Número AI AP SA SN SV OC Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Número AI Vapor (1) -5 25 16U 1 Vapor (1) 5 25 21U 1 Líquido (1) 412068 3. .9 24U 1 Vapor (1) 1700 13.ANEXOS Rocha. 9 1 Vapor (1) 62598 1. 98 AP SA SN SV OC Fase (fração) Total (kg/h) Pressão (bar) Temperatura (ºC) Vapor (1) 5 25 Vapor (1) 5 25 Vapor (1) 5 25 1 Líquida (1) 1472580 3.4474 23. B.suprimento água fria SN .724 385 Abaixo tem-se a legenda da tabela 11.óleo combustível Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.suprimento de vapor OC . L.ANEXOS Rocha. .ar para planta SA .ar para instrumento AP .suprimento de nitrogênio SV . AI . . 99 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. B.ANEXOS Rocha. L. B. . L. 100 Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS.ANEXOS Rocha. . L. B.ANEXOS Rocha. 101 hgjhjug Projeto de uma unidade de fracionamento atmosférico de petróleo utilizando HYSYS. UFSC.J. Sergio Fernandes. Apostila de Hamid. Monografia (Graduação em Engenharia de controle e automação industrial).. Princípios das operações unitárias. CHEMICAL ENGINEERING DESIGN. Practice and Economics of Plant and Process Design.1999. MACINTYRE. Thomas. Pontífica Universidade Católica do Rio de janeiro. 2001. Universidade Federal de Santa Catarina. Rio de janeiro. TRAMBOUZE. A. 2003. Apontamento de permutadores de calor. 101 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Azevedo. USA. 1997. 1ª Ed. 2005. Ray. P. Claro. B. USA: Elsevier. 2005. maio. Szklo. 2005. Alexandre S. 1997. Silvestre. 111 River Street. Monografia (Graduação em Engenharia Química). 1963. 2007. 1982. 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