Estudo de viabilidade da substituição do fluido de aquecimento de um trocador de calor tipo refervedor

Abstract

Acompanhando às tendências de atuação dos Engenheiros Químicos, que buscam otimizar os processos industriais visando à redução de perdas e custos, o assunto do presente trabalho é um estudo de caso industrial, em que se avaliou a possibilidade da substituição de vapor d’água de baixa pressão, utilizado como fluido de aquecimento do lado do casco de um refervedor, do tipo termossifão vertical, da torre de destilação fracionada de uma unidade de extração de 1,3-Butadieno, por condensado d’água de baixa pressão, por meio da utilização do Aspen Exchanger Design and Rating, software de modelagem e simulação de processos específico para trocadores de calor. Utilizando dados de projeto do refervedor e de outros equipamentos envolvidos, foram realizadas duas simulações, uma para o fluido original de projeto e outra para o fluido em análise, em que foram avaliados três aspectos principais: se os valores resultantes da simulação utilizando vapor de baixa pressão eram condizentes com os valores da folha de dados do permutador, se a substituição do fluido de aquecimento atendia à demanda energética do equipamento prevista por projeto e se haveria redução na temperatura de película dos tubos do refervedor, visando à minimização da tendência de formação de dímeros de 1,3-Butadieno, no permutador e na torre de destilação. Após os resultados das simulações, as três premissas foram avaliadas, concluindo que os dados gerados pelos software são condizentes com os valores de projeto, que o fluido é capaz de fornecer energia suficiente para a troca térmica desejada, mantendo a vaporização especificada dos hidrocarbonetos do lado do tubo, e que a temperatura de película dos tubos é de fato reduzida, podendo levar a uma redução de mais de 98% da taxa de formação de dímeros do componente em questão, tendo em vista que essa taxa aumenta exponencialmente com a elevação da temperatura.

Following the trends of Chemical Engineers who seek to optimize industrial processes by reducing losses and costs, the subject of this work is an industrial case study that evaluated the possibility of replacing low-pressure water vapor, used as a heating fluid on the shell side of a vertical thermosiphon reboiler, in a fractional distillation tower of a 1,3-Butadiene extraction unit, with low-pressure water condensate, using Aspen Exchanger Design and Rating, a process modeling and simulation software specific to heat exchangers. Using design data from the reboiler and other equipment involved, two simulations were performed, one for the original design fluid and one for the fluid under analysis, where three main aspects were evaluated: whether the resulting values from the simulation using low-pressure steam were consistent with the values from the exchanger data sheet, whether the replacement of the heating fluid attempted the energy demand of the equipment specified by design, and whether there would be a reduction in tube wall temperature, aiming to minimize the tendency for 1,3-Butadiene dimer formation in the exchanger and in the distillation tower. After the simulation results, the three assumptions were evaluated, concluding that the software-generated data is consistent with the design values, the fluid is capable of providing sufficient energy for the desired heat exchange while maintaining the specified vaporization of the hydrocarbons on the tube side, and the tube wall temperature is indeed reduced, which could lead to a reduction of more than 98% in the dimer formation rate of the component in question, considering that this rate increases exponentially with rising temperature.