Título: Comparação Técnica e Econômica de Diferentes Rotas de Produção de Amônia Empregando o software COCO
Título alternativo: Technical and Economic Comparison of Different Routes of Ammonia Production using COCO Software
Autoria de: Beatriz Souza Righi
Orientação de: Lidja Dahiane Menezes Santos Borel
Coorientação de: Suellen Mendonça Nascimento
Presidente da banca: Lidja Menezes dos Santos Borél
Primeiro membro da banca: Gilson Campani Junior
Segundo membro da banca: Luciano Jacob Correa
Terceiro membro da banca: Suellen Mendonça Nacimento
Palavras-chaves: Haber-Bosch, Simulação, Fertilizantes nitrogenados, Grass Root Cost, Método de Guthrie
Data da defesa: 14/04/2022
Semestre letivo da defesa: 2021-2
Data da versão final: 28/04/2022
Data da publicação: 28/04/2022
Referência: Righi, B. S. Comparação Técnica e Econômica de Diferentes Rotas de Produção de Amônia Empregando o software COCO. 2022. 53 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.
Resumo: O estudo dos solos foi uma ciência muito explorada durante a evolução da humanidade e continua sendo desenvolvido atualmente. As técnicas agrícolas foram desenvolvidas para promover o melhor aproveitamento do solo, possibilitando produção de alimentos em larga escala e, consequentemente, métodos para produção de fertilizantes também foram descobertos. Em 1908, Fritz Haber construiu um aparelho que possibilitou a produção de amônia, fertilizante mais utilizado atualmente, a partir dos gases nitrogênio e oxigênio. Avanços tecnológicos também possibilitaram a simulação de plantas de processos, antes que essas fossem construídas, para uma ideia prévia de seu funcionamento antes que essa fosse projetada fisicamente. Juntando-se a importância do processo de produção de amônia, que é oneroso em termos de custos, devido às elevadas pressões em que ele ocorre e o advento da simulação de processos, o objetivo principal deste trabalho foi simular rotas alternativas para a produção de amônia e identificar aquela que apresenta menor custo. Para isso, foram simuladas cinco rotas no software COCO, sendo quatro delas loops propostos previamentes na literatura para a produção de amônia com diferentes disposições dos principais equipamentos utilizados para essa síntese compressores, reator e separador(es ). A partir das simulações, foram coletados dados de potência de fluido nos compressores para estimativa de custo unitário destes equipamentos. Para o cálculo da estimativa de custo dos demais equipamentos foi necessário obter o volume referente a cada um deles. Para isso, foram coletados das simulações o fluxo e composição molar nas correntes de saída dos reatores e separadores. Também foi coletada a densidade das correntes de saída dos separadores para dimensionamento destes equipamentos. As quatro rotas foram comparadas entre si e concluiu-se que, para uma solução ideal, a Rota C - identificada principalmente pela localização de um de seus compressores fora do loop de síntese - apresenta menor custo quando comparada às demais rotas, com um custo total para a instalação de uma nova planta de US 25.690.740,53. A principal responsável por essa diferença no custo foi a separação entre os compressores utilizados na rota, fazendo com que a planta contenha dois estágios em vez de um múltiplo estágio. Mesmo suportando o separador de maior custo quando comparado às demais rotas, o custo dos compressores ainda assim compensa esse investimento nas análises econômicas, entretanto, se faz importante estudos futuros que também analise energeticamente o processo, visando garantir que seja melhor escolha entre as rotas propostas.
Abstract: Soil science was strongly studied during humanity evolution and it still in development nowadays. Agricultural techniques were developed to extended land use, enabling large scale food production and, hence, the discovery of new fertilizer production methods. In 1908, Fritz Haber built a machine to produce ammonia, the most widely used fertilizer today, made from nitrogen and oxygen gases. Technological advances have also enabled the simulation of processes schemes before they were physically built, making it possible to predict their results even before they are constructed. The ammonia production process, chargeable in its costs due to the need to work with high pressures, and the advent of processes simulation, made this work have as main objective the simulation of alternative routes to the ammonia production and identification of the cheapest one according to the ammonia amount produced. For this, five routes were simulated in COCO simulator software, of which four of them are loops found in the literature to produce ammonia considering different arrangements of the main equipment for this synthesis compressors, reactors, and separator(s). From the simulations, data such as compressors fluid power were collected to estimate the cost of these equipment. To calculate other equipment cost, it was necessary to calculate their dimension. For this, the molar flow and composition of the reactor and separator were collected. The fluid density at the separator outlets was also collected. Four routes were compared with each other, and it was concluded that, for a better solution, Route C ?? mainly identified by a compressor located outside the synthesis loop ?? has the lowest cost when compared to the other routes, with an grass root cost equivalent to US 25,690,740.53. The main reason for this cost difference was the separation of the compressors on this route, making two stages of compression instead of a multiple. Although this route supports the most expensive separator, the cost of compressors still makes it the best one considering economic analysis, however, it is important to implement future studies to energetically analyze these same routes to ensure that this is really the best choice.
URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20212201610796
URI alternaviva: repositorio.ufla.br/handle/1/54777
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Beatriz Souza Righi e Universidade Federal de Lavras
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