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:

Dica COCO Simulator (fev-2021)

 Recentemente recebi um email com essa imagem do simulador COCO.

Se trata de um Bug que acontecendo quando se instala e atualiza os componentes do simulador. Acredito que seja um erro no ChemSep 8.25 e/ou no CUP.

Para resolver: Desinstale do COCO e o ChemSep, se puder apague também as pastas criadas em C:/Arquivos de Programas. Depois ao instalar novamente o COCO, NÃO faça as atualizações/updates sugeridos no processo de instalação.

Toda vez que abrir o software, irá aparece uma janela perguntando se quer fazer o update, clique em cancelar. Momentaneamente continue utilizando o ChemSep 8.22, até que o erro seja corrigido na versão mais recente. 

Baixar e instalar ChemSketch 2020

Classificação condicional no R

Imaginemos a seguinte situação: eu tenho uma lista de alunos e suas respectivas notas, e gostaria de classificá-los se estão aprovados ou reprovados.

Essa classificação, será com base na nota e feita para cada aluno da lista, pensando numa lista pequena é fácil ver quem está abaixo ou acima da média, mas se pensarmos em 50, 100 ou 200 alunos já começa a se tornar complicado. Nessa hora o R ajuda muito a criar uma tabela com essas informações e facilita o trabalho futuro com esses dados. 

Para começar, criaremos a lista:

> alunos <- c("Aline","João","Alonso","Josias", "Camila", "Katia","Pedro", "José", "Ricardo", "Luis", "Luiza", "Gabriela")

> notas <- c(9.2,5.6,7.7,7.0,6.3,6.5,6.0,6.1,8.2,7.0,8.8,5.9)

Vale lembrar que a lista poderia estar em um arquivo csv criado no Excel (ou LibreOffice), ou mesmo em um arquivo txt. Daí bastaria importar o arquivo.

> dados <- data.frame(alunos,notas) #criar a tabela

Para começar, é preciso quantos alunos está na lista, para isso:

> length(alunos)

Nesse caso foi 12, então agora é classificar quem tem nota abaixo de 6.0 como reprovado e maior que 6.0 como aprovado. Para isso será criado um vetor status, que depois será incluído no data frame.

> status <- 0

> for (i in 1:12) {

  if(notas[i] < 7.0){status[i] = "Reprovado"}

  else{status[i] = "Aprovado"}

}

O vetor status agora contém a classificação de cada aluno, então basta inserir-lo na tabela

> tabela <- cbind(dados,status)

> tabela #exibe o resultado

Agora vamos pensar em outra classificação. Supondo que a média seja 7, e que os alunos com nota acima de 6 tem a possibilidade de fazer um exame para serem reavaliados. Podemos classificá-los em aprovados, de exame e reprovados.

Os dados serão os mesmo, o que mudará será as condições do comando for:

> status <- 0

> for (i in 1:12) {

  if(notas[i] < 6.0){status[i] = "Reprovado"}

  else if(notas[i] < 7.0){status[i] = "Exame"}

  else{status[i] = "Aprovado"}

}

> tabela <- cbind(dados,status)

> tabela #exibe o resultado

Vídeo tutorial:

Como abrir livros no formato ePub

Cálculos simples no R

Destilação

A destilação é um processo simples e muito antigo, que surgiu nos primórdios da alquimia. Ao ferver soluções notavam que desprendiam o vapor (espírito), ao esfriar o "espírito" o líquido continha a essência da solução. Essa técnica era usada principalmente para produção de perfumes e também de bebidas alcoólicas.

Baixar e instalar o R e RSturio 2019

Simulação no COCO - Conversção etanol em éter

Objetivo desse exercício é repetir a simulação do processo de conversão do etanol em dietil éter (éter etílico). A simulação original está em Sample Flowsheets lá no site do COCO simulator.


Passo 1: Flowsheet configuration
Settings: Add package TEA / New.
- Property packages: Criar pacote.
Model set = UNIFAC VLE.
Compounds: Ethanol, Diethyl eter, Water.
- Reaction packages: Add/CORN/New
Criar reação: Reaction.
Compounds: Ethanol, Diethyl eter, Water
Reaction: Conversion
Create = -2 Ethanol, 1 Diethyl eter, 1 Water. Phase = Liquid.

Passo 2: Corrente de entrada
Criar corrente de entrada FEED. Ethanol 85%, 20 mol/s, T = 40 °C e P = 1 atm.

Passo 3: Inserir e configurar o reactor
Insert/Unit Operation/Reators/FixedConversionReactor.
Ligar as correntes de entrada e saída.
- Operation:
Pressure drop = 0
Isothermal = 313.15 K
Enthalpy balance: UseEnthalpyF
- Reaction:
Conversion = 0.5 Of compound: Ethanol

Save e Solve.

Passo 4: Inserir coluna de destilação
Insert/Unit Operation/Separators/ChemSep
Ligar a corrente de entrada.
Configurar a coluna:
- CAPE-OPEN: Cape-Open properties
- Operation: Equilibrium Column, Simple destilation total (Liquid), Partial (Liquid), 20 stages, Feed stage = 8.
- Pressures: Constant pressure = 101325 N/m²
- Column specs: Top: reflux ratio = 10, Bottom: mole fraction of component Diethyl eter = 1.0E-05.
Ligar as saídas da coluna
Save e Solve.

Passo 5: Inserir a segunda coluna
Insert/Unit Operation/Separators/ChemSep
Ligar corrente de entrada.
Edit:
- Operation: 15 stages, Feed stage = 4
- Column specs: Top: reflux ratio = 3, Bottom: mole fraction Water = 0.99
Save e Solve.

Passo 6: Fazer o reciclo da corrente de etanol
Insert/Unit Operations/Mixer
Ligar a corrente de topo da coluna 2 no mixer.
Save e Solve.

Verificar os resultados.

Mudar ponto por vírgula nos gráficos do R

Para mudar a exibição decimal nos gráficos, de 1.0 para 1,0; podemos usar o comando :

 > options(OutDec = ",")

Esse comando pode ser inserido no script, se for o caso, pois funciona somente no ambiente aberto. Não interfere nas configurações gerais do software.