Pertinence d’une approche de terrain dans le contexte chinois

No HYSYS quando se inicia uma nova simulação deve-se definir um fluid package. Um fluid packagecontém os componentes e métodos (por exemplo, uma Equação de Estado) que serão usados pelo HYSYS em seus cálculos para um particular flowsheet [Hyprotech 2002d]. Dependendo do que é requerido em um específico flowsheet, um fluid package também contém outras informações, como a caracterização do fluido de petróleo ou de reações cinéticas.

A ferramenta Simulation Basis Manager (figura 3.6) é onde se pode criar, definir e modificar um fluid package para ser usado na construção do modelo de uma planta no HYSYS.

No Simulation Basis Manager, ao se carregar no botão <ADD> da página Fluid Pkgs, o simulador abre a página Fluid Package onde o operador tem de selecionar o Property Package de base. Neste pacote de base, tem-se acesso a uma lista de métodos para a estimativa das propriedades dos compostos disponíveis na base de dados do HYSYS. O Property Pkg Filter permite filtrar a lista de métodos disponíveis, baseado no critério apresentado na tabela 3.1.

3.4. FLUID PACKAGE 19

Figura 3.6: Ferramenta Simulation Basis Manager

Tabela 3.1: Critérios de seleção do Property Pkg Filter

FILTRO DESCRIÇÃO

All Todos os Property Packages. EOSs Só equações de estado.

Activity Models Só os modelos de atividade de líquidos. Chao Seader Models Exclusivamente os métodos semi-empíricos

baseados na equação de Chao Seader.

Vapour Pressure Models Somente modelos de pressão de vapor basea- dos no parâmetro K.

Miscellaneous Types Modelos que não se enquadrem em nenhuma das quatro categorias anteriores.

A seleção do property package mais adequado a um dado processo está dependente do seguinte:

1. tipo de espécies químicas envolvidas

2. condições (pressão e temperatura) a que estão sujeitas ao longo do processo 3. tipo de transformações que ocorrem (condensação, vaporização, dissolução, etc.

Não existe nenhum método numérico universal que permita reproduzir rigorosamente o comportamento de todas as espécies, em todas as condições e para todas as transforma- ções. Assim, na seleção do fluid package mais adequado é necessário ter em consideração

20 CAPÍTULO 3. AMBIENTE DE SIMULAÇÃO

as especificidades particulares de cada método e ponderar a sua aplicabilidade ao processo que pretendemos construir.

Seguidamente apresentam-se algumas das principais características dos métodos nu- méricos disponíveis para a previsão de propriedades das substâncias. A informação con- tida neste capítulo deverá ser considerada sempre que se pretenda selecionar um fluid package.

Equações de Estado

Para óleos, gases e aplicações petroquímicas, a equação de estado Peng Robinson (PR) é geralmente o Property Package recomendado numa larga gama de condições. Esta equação descreve rigorosamente a maior parte dos sistemas mono, bi e trifásicos com elevado grau de eficiência e rigor.

Todos os métodos baseados em equações de estado e suas aplicações específicas são descritos na tabela 3.2.

Tabela 3.2: EOSs e suas respectivas aplicações

EOS DESCRIÇÃO

Kabadi Danner Este modelo é uma modificação da equação de estado SRK, de modo a melhorar as estimativas do equilíbrio vapor-líquido- líquido para sistemas de água-hidrocarbonetos, em particular para elevadas diluições.

Lee-Kesler Plocker Este modelo é o método geral mais rigoroso para substâncias não polares e suas misturas.

Peng Robinson Este modelo é ideal para cálculos de equilíbrio líquido-vapor assim como para o cálculo de massas específicas de líquidos em sistemas de hidrocarbonetos. Vários melhoramentos ao modelo original PR têm sido efetuados para alargar a sua gama de aplicação e para melhorar as previsões de alguns sistemas não ideais. No entanto, em situações em que existem sistemas altamente não ideais, é recomendado a utilização de modelos de atividade.

PRSV Esta é uma modificação da equação de estado PR a qual alarga a aplicação do método PR original para sistemas moderada- mente não ideais.

SRK Em muitos casos produz resultados comparáveis com a PR, mas a sua gama de aplicação é significativamente mais limi- tada. Este método não é fiável para sistemas não ideais. Sour PR Combina a equação de estado de PR e o modelo de Wilson

API-Sour aplicável a sistemas com água.

Sour SRK Combina os modelos de Soave Redlich Kwong e de Wilson API-Sour.

3.4. FLUID PACKAGE 21

Tabela 3.2 - Continuação

EOS DESCRIÇÃO

Zudkevitch Joffee É uma modificação da equação de estado Redlich Kwong. Este modelo foi criado para melhorar a previsão do equilíbrio líquido-vapor em sistemas de hidrocarbonetos, e sistemas con- tendo hidrogénio.

Modelos de Atividade

Embora os modelos baseados em equações de estado tenham provado a sua aplica- bilidade na previsão das propriedades da maior parte dos fluidos constituídos por hidro- carbonetos numa larga gama de condições operatórias, a sua aplicação tem sido limitada a componentes essencialmente não polares ou pouco polares. Para sistemas altamente não polares ou muito polares, devem usar-se preferencialmente modelos de atividade. Os modelos de atividade listados na tabela 3.3 estão disponíveis no Property Package do simulador.

Tabela 3.3: Modelos de Atividade e suas respectivas aplicações MODELO DE

ATIVIDADE

DESCRIÇÃO

Chien Null Fornece uma plataforma consistente para aplicação dos modelos de atividade baseados em interações binárias. Permite a seleção do melhor modelo de atividade para cada par de espécies.

Extended NRTL Esta variação do modelo NRTL permite introduzir valores para os parâmetros Ai j, Bi j, Ci j, Al p1i j e Al p2i j usados na definição

dos coeficientes de atividade dos componentes. Recomenda-se a aplicação deste modelo a sistemas: i) com uma gama de pontos de ebulição muito extensa entre os compostos; e ii) onde é necessário resolver simultaneamente os equilíbrios líquido-vapor e líquido- líquido, e existe uma grande diferença de pontos de ebulição ou gamas de concentração alargadas entre os componentes.

General NRTL Esta variação do modelo NRTL permite a seleção do formato da equação para os parâmetros τ e α. Recomenda-se a aplicacao deste modelo a sistemas: i) com uma gama de pontos de ebuli- ção muito extensa entre os componentes; e ii) onde e necessario resolver simultaneamente os equilibrios liquido-vapor e liquido- liquido, existindo uma grande diferenca de pontos de ebulição ou gamas de concentração alargadas entre os componentes.

22 CAPÍTULO 3. AMBIENTE DE SIMULAÇÃO

Tabela 3.3 - Continuação MODELO DE

ATIVIDADE

DESCRIÇÃO

Margules Este modelo representa o primeiro desenvolvimento da energia de Gibbs em excesso. A equação não possui nenhuma base teórica mas é muito útil para estimativas rápidas e interpretação de resul- tados.

NRTL Esta é uma extensão da equação de Wilson. Utiliza a mecânica estatística e a teoria da célula líquida para representar a estru- tura da fase líquida. É capaz de representar o comportamento dos equilíbrios de fases líquido-vapor, líquido-líquido e vapor- líquido-líquido.

UNIQUAC Utiliza a mecânica estatística e a teoria quasichemical de Gugge- nheim para representar a estrutura líquida. A equação é capaz de representar os equilíbrios de fases líquido/líquido, líquido/vapor e vapor/líquido/líquido, com um rigor comparável ao da equação NRTL, mas necessitando de recorrer a menos parâmetros.

Van Laar Esta equação ajusta-se perfeitamente a muitos sistemas, par- ticularmente para distribuições resultantes do equilíbrio lí- quido/líquido dos seus componentes. Pode ser usada em sistemas que exibam desvios positivos ou negativos à lei de Raoult. No en- tanto, geralmente, possuem um fraco comportamento em sistemas com hidrocarbonetos halogenados e álcoois.

Wilson É a primeira equação de coeficientes de atividade a utilizar o mo- delo da composição local para obter a expressão da energia de Gibbs em excesso. Oferece uma abordagem termodinamicamente consistente na previsão do comportamento multicomponente a partir de parâmetros de equilíbrio binário. No entanto o modelo de Wilson não pode ser usado para sistemas com duas fases líqui- das.

Modelos Chao Seader

Os métodos Chao Seader e Grayson Streed são velhos métodos empíricos. A correla- ção Grayson Streed é uma extensão do método Chao Seader com especial aplicabilidade para o hidrogénio. No HYSYS somente são usados os valores de equilíbrio produzidos por estas correlações. O método Lee-Kesler é usado para determinar a entalpia e entropia do líquido e vapor. Esses métodos são recomendados na simulação para as aplicações listadas na tabela 3.4.

3.4. FLUID PACKAGE 23

Tabela 3.4: Modelos Chao Seader e suas respectivas aplicações MODELOCHAO

SEADER

DESCRIÇÃO

Chao Seader Utilize este método para hidrocarbonetos pesados, onde a pressão é inferior a 10.342 kPa (1.500 psia), e gama de temperaturas entre -17,78◦_{C e 260}◦_C.

Grayson Streed Recomendado para simular sistemas de hidrocarbonetos pesados com um elevado conteúdo em hidrogénio.

Modelos de Pressão de Vapor

Os modelos de pressão de vapor podem ser usados para misturas ideais a baixas pres- sões. Misturas ideais incluem sistemas de hidrocarbonetos e misturas tais como cetonas e álcoois, onde o comportamento da fase líquida é aproximadamente ideal. Estes modelos podem também ser usados como uma primeira aproximação para sistemas não ideais. As aplicações para cada modelo de pressão de vapor estão listadas na tabela 3.5.

Tabela 3.5: Modelos de Pressão de Vapor e suas respectivas aplicações MODELO DE

PRESSÃO DE VAPOR

DESCRIÇÃO

Antoine Este modelo é aplicável a sistemas de baixa pressão que se comportam idealmente.

Braun K10 Este modelo é estritamente aplicável a sistemas de hidrocar- bonetos pesados a baixa pressão. O modelo utiliza o método Braun de convergência da pressão onde, dado o ponto de ebulição normal do componente, o valor de K é calculado à temperatura do sistema e 10 psia (68,95 kPa).

Esso Tabular Este modelo é estritamente aplicável a sistemas de hidrocar- bonetos a baixa pressão. O modelo utiliza uma modificação do modelo de pressão de vapor de Maxwell- Bonnel.

Miscellaneous

O grupo Miscellaneous descrito na tabela 3.6 contém Property Packages únicos e que portanto não se enquadram em nenhum dos grupos mencionados anteriormente.

24 CAPÍTULO 3. AMBIENTE DE SIMULAÇÃO

Tabela 3.6: Miscellaneous e suas respectivas aplicações PROPERTY

PACKAGE

DESCRIÇÃO

Amine Pkg Contém modelos termodinâmicos desenvolvidos por D. B. Robin- son & Associates para o simulador (AMSIM) da sua unidade de produção de aminas. Recomenda-se a utilização deste pacote para simulações no HYSYS envolvendo aminas.

ASME Steam Restrito a um único componente, a água. Usa os valores constan- tes nas ASME 1967 Steam Tables.

NBS Steam Restrito a um único componente, a água. Usa os valores constan- tes nas NBS 1984 Steam Tables.

MBWR Esta é uma versão modificada da equação original de Benedict- Webb-Rubin. Este modelo de equação de estado de 32 termos é aplicável somente a um conjunto específico de componentes e condições operatórias.