Otimização de condições operacionais visando a minimização do consumo energético num sistema de recuperação de acrilonitrila

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia sistemática para a seleção das condições operacionais ótimas em unidades industriais, baseada em consumo energético mínimo e especificações dos produtos como restrições. A unidade de recuperação de acrilonitrila, escolhida como estudo de caso, envolve um sistema quaternário complexo composto por acrilonitrila, acetonitrila, água e ácido cianídrico, que forma azeótropos e duas fases líquidas em alguns pratos da coluna de destilação extrativa. Modelos termodinâmicos foram escolhidos e parâmetros binários para Redlich-Kwong e NRTL foram ajustados. Os modelos e simulação da planta foram validados contra dados operacionais. Os perfis de temperaturas calculados concordaram com os dados da planta dentro de um erro relativo médio de 2,00%. Análise de sensibilidade foi usada para identificar o conjunto de parâmetros que afetam mais fortemente a carga térmica da unidade, mantendo as especificações dos produtos. Concluiu-se que estas variáveis são a razão solvente/alimentação, e as temperaturas do solvente e da alimentação. Suas faixas de operação e papel na flexibilidade operacional foram determinadas. O ponto operacional ótimo e a relação multifuncional entre as três variáveis e a carga térmica do reboiler foram determinadas através da metodologia de superfície de resposta (MSR) e de técnicas de análise estatística, como ANOVA. Os resultados sugerem que o ponto ótimo de operação é: temperatura do solvente de 43,67ºC, temperatura de alimentação de 82,56ºC, razão solvente / alimentação de 0,35, estágio de alimentação entre 22 e 42 e de solvente entre 1 e 4. Nesse caso, a economia de energia na unidade pode atingir até 10%. Entretanto, estudos ainda precisam ser desenvolvidos para se alcançar conclusões definitivas. Em geral, o estudo mostra que uma gestão eficiente de energia pode assegurar uma maior sustentabilidade ambiental, mesmo para instalações industriais antigas