Minicurso software COCO
Prof. Ricardo Vieira Gonçalves
UFSJ
13/05/2014
Introdução
A Engenharia de Processos Químicos Auxiliada por Computador (CAPE
1).
Utilização de simulação de modelos de processos químicos.
Softwares para simulação.
Ex: COCO, HYSYS, Aspen, ProSimPlus e EMSO.
Softwares para otimização.
Ex: Scilab, Matlab e Maple.
Introdução
Problema:
A utilização de todas essas possiblidades (simulação e otimização) é dispendiosa quando feita individualmente.
Solução:
Integrar diversos softwares que são capazes de realizar funções específicas, mas que original- mente foram projetados para funcionarem de modo isolado.
Como?
Protocolo CAPE-OPEN: um padrão para escrever interfaces de software desenvolvido pela in-
dústria para que haja uma padronização entre alguns softwares e simuladores de processo para
que estes possam se comunicar.
Simulação de Processos Químicos
Simulação
Hoje, a simulação é considerada extremamente importante na fase de projeto e análise de processos químicos.
É utilizada para as mais distintas aplicações na engenharia química:
Estágio inicial do processo.
No estágio final do projeto.
A aplicação da simulação em plantas químicas.
Mudanças nas condições de operação.
Possibilidade de otimizar o processo.
Simulação de Processos Químicos
Resultados obtidos através da utilização de simuladores:
Melhorias no projeto dos equipamentos e da planta;
Melhor produtividade e eficiência;
Redução significativa no tempo de execução e cálculos rotineiros;
Maior intercâmbio entre o operador do processo e o projetista, de forma a levantar maior
número de informações operacionais e construtivas, possibilitando a união dos conheci-
mentos empíricos na análise da simulação de plantas químicas.
Principais Simuladores de Processos Comerciais
Um simulador comercial é aquele desenvolvido por uma empresa que visa lucrar com o mesmo. O uso do software somente é feito caso haja pagamento.
Alguns exemplos: PRO II, Aspen Plus e Dynamics, Hysys, CHEMCAD,
gPROMS, ASCEND e UniSim
Principais Simuladores de Processos Gratuitos
Software livre está ligado a liberdade de executar, acessar o código-fonte, assim como alterá-lo, e distribuir cópias.
Software gratuito é aquele que o uso pode ser feito sem um pagamento
Exemplos: Sim42, COCO, Modelica e EMSO.
COCO
O software COCO é um ambiente gratuito de simulação no estado estacionário que suporta o protocolo CAPE-OPEN, consistindo nos seguintes componentes:
COFE
Ambiente do Fluxograma, é uma interface intuitiva à fluxogramas de plantas químicas com o usuário. COFE possui algoritmos de solução sequenciais que usam abertura automática de correntes. COFE mostra as propriedades das correntes, lida com conversão de unidades e provê funcionalidades de realizar gráficos.
TEA:
Termodinâmica disponível no COCO para Aplicações em Engenharia, é baseado no código da biblioteca termodinâmica do ChemSep e inclui um banco de dados de mais de 430 compostos químicos comumente usados.
COUSCOUS:
Pacote de Operacões Unitárias Simples CAPE-OPEN que acompanha o COCO.
CORN:
Pacote Numérico de Reações CAPE-OPEN que acompanha o COCO e que facilita a especificação de qualquer tipo de cinética ou de reação no equilíbrio.
COCO
Limitação do software COCO:
Contém apenas as operações unitárias mais comuns (como os outros simuladores “genéri- cos").
Solução:
Modelagem do processo ou operação unitária no Scilab.
O que é o Scilab?
Um sistema aberto onde o usuário pode definir novos tipos de dados e operações; possui cente-
nas de funções matemáticas com a possibilidade de interação com programas em várias lingua-
gens.
Revisão de Reatores
Reatores disponíveis no software COCO
CSTR: Reator de tanque agitado contínuo (Continuous Stirred-Tank Reactor ) Equilibrium Reactor: Reator de Equilíbrio
Fixed Conversion Reactor: Reator de Conversão fixa Gibbs Reactor: Reator de Gibbs
PFR: Reator de fluxo pistonado ou reator tubular (Plug Flow Reactor)
Proposta de implementação de um reator PFR
Deseja-se produzir etano a partir da seguinte reação:
C2H4+H2→C2H6 ∆H=−136330J/mol
Dados do processo:
Alimentação do reator:P=15 atm, T= 300 K,yC
2H4=0,4,yH 2=0,4,yN
2=0,2, vazão total= 1,5 mol/min Reator PFR:d=0,3 m, fase vapor, U=100W/(m2K)
Taxa de Reação:
rC
2H6=4,16667x10−6.CEthylene.CHydrogen Calcule:
a) Qual é a conversão obtida para um reator com comprimento de 1 m?
b) Qual deve ser o comprimento do reator para se obter uma conversão de 90%?
c) Considere agora o reator com 2,5 m. Estão disponíveis duas correntes que devem se unir para formar a corrente que alimentará o reator. A primeira corrente contêm 1/3 de nitrogênio e 2/3 de hidrogênio a uma vazão de 54 mol/h. A segunda corrente contêm etileno puro. Ambas as correntes estão a 15 atm e 300 K. Qual deve ser a vazão molar da segunda corrente para obtenção de uma conversão de 90% no reator PFR?
Proposta de implementação de um reator CSTR
Exemplo (FOGLER, H. S. Elements of chemical reaction engineering, 3aed., Prentice-Hall, 1999. Exemplo 4-2, p. 142):
Produção de 200 milhões de libras por ano em um CSTR
Aprximadamente 2,2 bilhões de etilenoglicol foram produzidos em 1995, o qual ocupou a 26aposição em termos de produção nos EUA. O etilenoglicol é utilizado como anticongelante e na manufatura de poliésteres.
Deseja-se produzir 200 milhões de libras por ano de etilenoglicol. O reator de mistura utilizado deve ser operado de modo isotérmico. Uma solução de 1lbmol/ft3de óxido de etileno em água é alimentado ao reator junto com igual volume de uma solução de água contendo 0,9% (em peso) de ácido sulfúrico (catalisador). Se 80% da conversão deve ser alcançada, determine o volume necessário do reator. A constante da taxa de reação específica é 0,311min−1.
