Simulação no COCO: Mistura de etanol e água

Essa simulação e um exercício proposto pelo Prof. Adilson José de Assis, recomendo que sigam o canal dele lá no youtube, no qual acontece a mistura de etanol e água conforme o desenho descreve abaixo:

Questões:

A) Qual a composição (% molar e mássica) e a vazão volumétrica (L/min) após o tanque de mistura e na saída do processo?

B) Qual a densidade em g/L após a mistura?

C) Quanto de energia ou potência será necessário dispor no trocador de calor?

D) Faça um estudo paramétrico acerca de como a vazão de etanol afeta a energia necessária no trocador de calor.

Para conseguir responder essas perguntas, primeiro precisamos fazer a simulação do processo. Para isso utilizarei o COCO Simulator.

Vídeo da simulação:

Passo 1: Flowsheet Configuration

Settings: Add package / TEA / New

- Property packages: criar o pacote termodinâmico.

Model set: UNIFAC VLE.

Compounds: Ethanol, Water.

SALVAR.

Passo 2: Correntes de entrada.

Stream 1: Ethanol, 1 atm, 50 °C, 1 kg/min.

Stream 2: Water, 1 atm, 25 °C, 5 kg/min.

Passo 3: Inserir o tanque de mistura.

Insert / Unit Operation / Mixers & Spliters / Mixer

Ligar as correntes de entrada e saída.

VALIDATE, SALVAR e SOLVE.

Passo 4: Inserir o trocador de calor.

Insert / Unit Operation / Heaters, Coolers & Heat exchangers / HeaterCooler

Ligar as correntes de entrada e saída.

- Edit:

Heater / Cooler: Outlet Temperatute = 80+273.15 K

VALIDATE, SAVE e SOLVE.

Passo 5: Inserir o separador de correntes.

Insert / Unit Operation / Mixers & Spliters / Spliter

Ligar as correntes de entrada e saída.

- Edit / Split factor = 0.25 (ou 1/4).

VALIDATE, SAVE e SOLVE.

Passo opcional: Inserir tabela com valor de energia do trocador de calor.

Insert / Unit parameter report... / Em Parameters, selecionar o trocador de calor e escolher Heat duty. 

Passo opcional: Estudo paramétrico da vazão de etanol e potência do trocador de calor.

Flowsheet / Parametric study...

- Input: Stream 1, Mass flow rate, From = 1, To = 10, Intervals = 20, Unit = kg/min.

- Outputs: Unit Operation, Heat duty, Unit = kW.

Opção também de ir em Plot e construir o gráfico do estudo paramétrico.

RESPOSTAS:

A) Após a mistura: 0.725 ethanol e 0.927 water (% molar), 0.166 ethanol e 0.833 wather (% mássica), vazão = 6.2025762 L/min. Saída do processo: vazões = 1.6242356 e 4.8727067 L/min.

B) 967.33999 g/L

C) 21.2751 kW

D) Gráfico do estudo paramétrico abaixo: