Simulação computacional do trocador de calor casco tubo para otimização da eficiência térmica do refervedor intercambiador da torre de destilação extrativa

Abstract

Trocadores de calor ou permutadores são equipamentos para troca de energia térmica entre dois fluidos que estão em temperaturas diferentes. O mais frequente trocador de calor utilizado em processos industriais é o tipo casco e tubos. Trocadores deste tipo têm muitas aplicações na indústria petroquímica, sendo utilizados no aquecimento, resfriamento, evaporação e condensação de fluidos. Neste trabalho é realizado o estudo da eficiência energética de um trocador de calor casco tubo o qual utiliza solvente normal metilpirolidona para aquecimento da torre de destilação extrativa da Unidade de Extração de Butadieno. O Software Aspen Enxenger Desing and Ratin V8.4 foi utilizado para a modelagem e cálculos complexos fundamentais, sendo possível assim propor um projeto de trocador de calor casco tubo para suprir a demanda térmica e atender aos requisitos desejados. O método utilizado para validar os resultados foi por comparação entre os resultados obtidos pela simulação dos trocadores de calor originais com os dados concedidos pelo projetista da planta, a Badische Anilin & Soda Fabrik (BASF). O trabalho possibilitou a análise de variáveis que interferem significativamente no projeto, como velocidade de escoamento dos fluidos, perda de carga, número de passes, número de chicanas e coeficiente de sujamento. Os resultados obtidos mostram que um aumento da taxa de troca térmica e, portanto, da eficiência do trocador de calor, pode ser obtida pelo aumento de área de troca térmica. Para isso, é necessário a implementação de um permutador a mais na série de quatro permutadores já existentes na planta.

Heat exchangers are equipment for exchanging thermal energy between two fluids that are at different temperatures. The most frequent heat exchanger used in industrial processes is the hull type and pipes. Exchangers of this type have many applications in the petrochemical industry, being used in heating, cooling, evaporation and condensation of fluids. In this work the study of energy efficiency of a hull type and pipe heat exchanger for heating the extractive distillation tower of the Butadiene Extraction Unit. The Software Aspen Enxenger Design and Ratin V8.4 is used for modeling and fundamental complex calculations, so it is possible to propose a hull type and pipes heat exchanger design to supply the thermal demand and attend the desired requirements. The method used to validate the results was by comparing the results obtained by the simulation of the original heat exchangers with the data provided by the plant designer, Badische Anilin & Soda Fabrik (BASF).The study allowed the analysis of variables that significantly interfere in the design, such as fluid flow velocity, loss of load, number of passes, number of baffles and coefficient of soiling. The results obtained show that an increase in the thermal exchange rate and therefore the efficiency of the heat exchanger can be obtained by increasing the area of thermal exchange. For this, it is necessary to implement one more exchanger in the series of four exchanger already in the plant.