Primeiros Passos no Chemsep

A utilizao do Chemsep bastante simples. Para que a simulao seja realizada

o usurio deve fornecer algumas informaes que variam em funo da operaro que ele

deseja simular. Basicamente devem ser fornecidas informaes para os seguintes itens

que podem ser observados na pgina de abertura do programa:

Title: Existem dois campos que podem ser preenchidos, ttulo, opcional, mas recomendamos que seja fornecido um ttulo que ajude a identificar o problema

que est sendo simulado e comentrio, tambm opcional, destina-se a incluso de algum comentrio relevante sobre o problema.

Components: Destinado a seleo dos componentes. No campo Find pode ser realizado uma pesquisa pelo componente na base de dados do Chemsep (nomes

em ingls). Aps a seleo, o componente deve ser adicionado Add lista de seleo. Um componente adicionado erroneamente pode ser removido por meio

do boto Remove.

Operation: Deve ser selecionado o tipo de operao, Flash ou Coluna de equilbrio. Caso a operao escolhida seja uma separao em coluna as informaes solicitadas no campo configurao devem ser fornecidas, ou seja:

o Operation: selecionar o tipo de operao (destilao simples, destilao extrativa, destilao azeotrpica, coluna de absoro, etc);

o Condenser: selecionar o tipo do condensador no caso de uma operao de destilao (Geralmente Total com produto lquido);

o Reboiler: selecionar o tipo do refervedor no caso de uma operao de destilao (Geralmente Parcial com produto lquido);

o Nmero de estgios de equilbrio: definir o nmero de estgios de equilbrio da coluna. Observe que o Chemsep no calcula o nmero de

estgios, de modo que ao empreg-lo com esta finalidade devemos supor

um certo nmero de estgios e verificar se eles so suficiente para

realizarmos a operao;

o Feed Stage (estgio da alimentao): Deve ser fornecido o estgio timo da alimentao. O Chemsep sugere automaticamente um estgio o qual

pode ser modificado pelo usurio.

Obs: Atente para o fato que o chemsep considera o condensador como primeiro

estgio (mesmo quando ele definido como condensador total) de modo que se

optarmos por um condensador total devemos alterar as informaes referentes ao

nmero de estgios na coluna (se o nmero de estgios for n informamos n+1) e

estgio de alimentao (se a alimentao ocorrer no estgio n informamos n+1)

para nos adequarmos ao programa.

Properties: Campo mais importante. Sub-dividido em trs abas termodinmica, Propriedades Fsicas e Reaes. No nosso caso s nos interessaremos pela aba Termodinmica onde sero definidos os modelos para a predio do equilbrio de fases. At 5 campos podem ser preenchidos nesta

aba:

o K-Value: A escolha do modelo (Lei de Raoult, equao de estado, Volatilidade relativa constante, Wilson,...) depende da natureza do

sistema.

o Equao de estado: Sua ativao depende do modelo selecionado para estimativa dos K-valores. Em alguns casos no necessrio selecionar

uma equao de estado.

o Coeficiente de atividade: S empregado em situaes que a fase lquida no pode ser considerada ideal.

o Presso de vapor: Em geral, escolhe a equao de Antoine. o Entalpia: Pode ser assumido um modelo ideal na maioria das situaes

em que no se desejam informaes precisas sobre requerimentos

energticos.

Feeds: So definidas as informaes da alimentao. Os campos a serem preenchidos dependem da operao (flash ou coluna de equilbrio) e so

designados por um asterisco.

o Caso de uma destilao Flash: Devem ser preenchidos os campos:

State: So definidas as informaes que sero fornecidas para a alimentao (Temperatura e Presso ou Presso e Frao

vaporizada).

Presso, Temperatura e Frao vaporizada: em funo da escolha feita no campo state.

Fluxos molares de cada constituinte.

o Caso de uma destilao em coluna: Devem ser preenchidos os campos:

Two fase-feed: selecione Split neste campo. Tal campo s tem utilidade prtica no caso de a alimentao ser uma mistura lquid-

vapor. Com a opo Split o simulador considera a distribuio da corrente de alimentao entre as fases lquida e vapor no

interior da coluna.

State: So definidas as informaes que sero fornecidas para a alimentao (Temperatura e Presso ou Presso e Frao

vaporizada).

Presso, Temperatura e Frao vaporizada: em funo da escolha feita no campo state.

Fluxos molares de cada constituinte.

Specifications: As especificaes dependem da operao escolhida, flash ou coluna de equilbrio. Para o caso de uma coluna de equilbrio este item sub-

dividido em 5 abas sendo a primeira (Analysis) apenas explicativa. Para as

demais devem ser especificados:

o Pressures: Devem ser especificados a presso no condensador (Condenser Pressure), presso na coluna (Column Pressure) e a Presso

no topo da coluna (Top Pressure). Em Column Pressure escolha presso constante (coluna opera a presso constante) e assuma que a

presso no condensador e no topo da coluna so idnticas e iguais a

presso de operao.

o Heaters/Coolers: Em Column Heat Loss digite zero (coluna sem perda de calor).

o Efficiences: em Default Stage Efficiency digite a eficincia do estgio (assuma 1 para estgios ideais).

o Column Specs: Defina as especificaes de projeto da coluna para o topo e para a corrente de fundo. Para a corrente de topo (Top) o mais comum

definirmos uma razo de refluxo (Reflux Ratio) ou a frao molar de

um dado componente na corrente de destilado (mole fraction of a

component). O Chemsep sempre sugere uma razo de refluxo, a qual

pode ser alterada pelo usurio. Para a corrente de fundo (Bottom)

comum a especificao da razo de vaporizao (Boilup Ratio) ou a

frao molar de um dado componente na corrente de fundo (mole

fraction of a component). Ao optarmos pela seleo da frao molar de

um dado componente devemos escolher o componente para o qual

estamos especificando a frao molar.

Para o caso de uma operao Flash deve ser especificado apenas o Flash Type (presso e temperatura, presso e fluxo de vapor, presso e fluxo de lquido, etc.)

a ser definido em funo das informaes disponveis. Em funo da escolha

feita acima, as propriedades requeridas devem ser informadas.

Aps o preenchimento de todas as informaes acima, ir em solve Chek and Solve para rodar a simulao. Caso haja alguma inconsistncia com os dados fornecidos, o programa informa (aparece no item Results) para que os mesmos possam ser corrigidos.

Observaes:

Nos valores informados no devem constar virgulas e sim pontos;

Caso uma especificao seja definida erroneamente, digitar um asterisco no campo e apertar a tecla enter para que o valor seja apagado da memria do simulador. Em seguida registrar o novo valor.

Para que o Chemsep efetue a simulao necessrio que as informaes estejam salvas em um arquivo.

recomendado que antes de iniciar qualquer simulao ajustem-se as unidades no item Units para as unidades que sero empregadas no problema.

Questes para familiarizao com o programa

1) Construindo diagramas de equilbrio no Chemsep:

Ex: Assumindo que as leis de Raoult e Dalton se aplicam, construa os diagramas

Txy e xy para o sistema n-hexano (H) e n-octano (O) a 101 kPa.

Em components selecione n-hexane e n-octane;

Em operation selecione Flash;

Em properties selecione para o K-Value a lei de Raoult, para Vapour

Pressure a equao de Antoine e para Enthalpy ideal.

V em AnalisysPhase DiagramsBinary. Selecione o tipo de diagrama

em Type (Txy, Pxy, yx a P constante, etc) e clique em Calculate.

Por curiosidade, construa outros diagramas de equilbrio e compare com diagramas

fornecidos na literatura. Analise tambm o efeito do modelo termodinmico

escolhido para predio do equilbrio nos diagramas obtidos.

2) Resolvendo um flash multicomponente no Chemsep.

Ex: 100 kmol/h de uma alimentao consistindo de 10, 20, 30 e 40 % (molar) de

propano (1), n-butano (2), n-pentano (3) e hexano (4), respectivamente, so

submetidos a uma destilao flash a 698,5 kPa e 93,35 C. Assumindo a condio de

equilbrio trmico e mecnico, qual a frao da alimentao que entra como lquido

e quais so as composies das correntes lquido e vapor?

Em components selecione todos os componentes relacionados no problema;

Em operation selecione Flash;

Em properties selecione para o K-Value a lei de Raoult, para Vapour

Pressure a equao de Antoine e para Enthalpy ideal.

Em feeds selecione no item State a opo temperatura e presso e informe

os valores fornecidos. Ainda em Feeds entre com os fluxos molares dos

constituintes da mistura.

Em Specifications v em Flash Type e selecione Temperatura e Presso e

fornea novamente os valores de presso e temperatura.

V em SolveCheck and Solve.

D um nome ao arquivo de sada para que o Chemsep efetue a simulao.

Os resultados podem ser observados no item Results.

Por curiosidade, v em Properties, selecione para o K-Value EOS (equao de

estado) e selecione a equao de Peng Ribinson 76. Clique em Correlation para

que o Chemsep gere os parmetros binrios de interao para esta equao. Rode

novamente a simulao e compare os valores obtidos. Compare esta resposta com a

resposta que obtivemos em sala de aula para o mesmo problema empregando a

equao de Rachford and Rice.

3) Anlise de uma operao de destilao no Chemsep.

Ex: Uma mistura lquida de benzeno e tolueno destilada em uma coluna a

101,3 kPa. A alimentao (100 kmol/h) encontra-se no estado lquido, contendo

45% de benzeno e 55% de tolueno, e entra na coluna a uma temperatura de

327,6 K. Um destilado contendo 95% de benzeno e 5% de tolueno e um produto

de fundo contendo 10% de benzeno e 90% de tolueno so obtidos. A coluna

possui 8 estgios de equilbrio e a alimentao entra no quinto estgio.

Em components selecione todos os componentes relacionados no problema;

Em operation selecione Equilibrium Column e defina o tipo de operao

(destilao simples), condensador (total com produto lquido), refervedor

(parcial com produto lquido), nmero de estgios na coluna (9) e estgio de

alimentao (6);

Em properties selecione para o K-Value a lei de Raoult, para Vapour

Pressure a equao de Antoine e para Enthalpy ideal.

Em feeds selecione no item Two Phase Feed a opo Split. Em State a

opo Presso e Temperatura e informe os valores fornecidos. Ainda em

Feeds entre com os fluxos molares dos constituintes da mistura.

Em Specifications defina que a coluna opera a presso constante (mesma

presso no topo e no condensador), sem perdas de calor, eficincia de estgio

igual a 1 e defina as especificaes de projeto (95% de benzeno no destilado e

10% de benzeno na corrente de fundo).

V em SolveCheck and Solve.

D um nome ao arquivo de sada para que o Chemsep efetue a simulao.

Os resultados podem ser observados no item Results.

V na aba McCabe-Thiele e clique em Display para visualizar o diagrama.

Obs: Atente para o fato que o condensador total no aparece no diagrama de

McCabe-Thiele.

Estudo Paramtrico no Chemsep

Esta uma das funes mais interessantes do Chemsep pois permite avaliar o

efeito de uma dada varivel em outras variveis relevantes no problema.

O uso deste mdulo bem simples e ele pode ser acessado indo em

AnalysisParametric Study:

No item Select input variables escolhida a varivel que queremos variar (no

caso acima foi escolhido a razo de refluxo). Em Number os Steps define-se o

nmero de pontos que sero considerados entre um valor inicial da varivel

(Start/Valuelist) at um valor final (End). No caso acima sero gerados 10 respostas no

intervalo da razo de refluxo variando de 1 at 6. O valor que aparece no campo

Value corresponde ao valor atual da varivel na simulao realizada.

No item Select result variables so escolhidas as variveis de sada, ou seja,

aquelas em que queremos observar como a razo de refluxo (input variable) afeta. No

caso acima foram escolhidas a frao molar de um dado componente no destilado

(componente mole fraction # distillate=XD #) e os requerimentos energticos no

refervedor (Reboiler Duty). Tendo em vista que a razo de refluxo foi selecionada como

varivel de entrada ela aparece naturalmente dentre as variveis de sada. No quadro

acima aparece um valor 0 para a frao molar do componente no destilado porque o

componente ainda no foi especificado. Para tal, deve-se substituir o smbolo # pelo

nmero de indicao do constituinte. O nmero de indicao do constituinte definido

pela ordem em que o constituinte foi inserido na lista de substncias. Por exemplo, se o

primeiro constituinte inserido for o benzeno ele ser o constituinte 1, e assim

sucessivamente.

No campo Results clique em Run para efetuar o estudo paramtrico. Os dados

podem ser importados para uma planilha excel (Copy data) e os grficos construdos

externamente ou trabalhos no prprio Chemsep.