Coluna de Parede Dividida¶
Neste tutorial você separará uma mistura de três componentes em três produtos num único casco com a Coluna de Parede Dividida (Divided-Wall Column) da Edição Patreon do DWSIM. Você vai montar a coluna, resolvê-la, ler os perfis dos dois lados da parede, deixar as ferramentas de projeto encontrarem as divisões da parede e o prato da retirada lateral, e comparar a energia que ela consome com a de duas colunas convencionais em série.
O que você vai aprender
- Como uma coluna de parede dividida é formada por quatro seções, e quais cinco especificações a fixam
- Como ler os perfis de temperatura, de composição e de rastreamento molecular dos dois lados da parede
- Como o otimizador das divisões da parede e a varredura da retirada lateral reduzem a carga do refervedor
- Quanta energia a coluna economiza em relação à sequência direta de duas colunas
Pré-requisitos
- Coluna de Destilação concluído
- DWSIM Edição Patreon, assinatura de nível 2 ou superior
Recurso do Patreon
A Coluna de Parede Dividida exige assinatura Patreon de nível 2 ou superior. Com um nível menor a coluna pode ser inserida e configurada, mas não calcula, e o flowsheet não pode ser salvo com ela.
Visão Geral do Processo¶
Uma mistura ternária A/B/C costuma ser separada em duas colunas: a primeira tira A no topo, a segunda separa B de C (a sequência direta). Na primeira coluna a concentração de B sobe até um máximo em algum ponto abaixo da alimentação e depois cai de novo, de modo que parte do trabalho de separação feito sobre B se desfaz mais abaixo. Essa remistura é a principal ineficiência da sequência.
A coluna de parede dividida coloca uma parede vertical no meio de um único casco. O lado da alimentação (o pré-fracionador) só separa A de C e deixa B seguir para os dois lados; o lado do produto retira B como corrente lateral onde ele está mais concentrado. Acima da parede a coluna é uma seção de retificação comum, com um condensador; abaixo dela, uma seção de esgotamento comum, com um refervedor. Termodinamicamente é o arranjo Petlyuk totalmente acoplado, e costuma economizar de 25 a 35 % da energia da sequência convencional, além de dispensar um casco, um condensador e um refervedor.
O DWSIM resolve todos os estágios das quatro seções e as duas extremidades (condensador e refervedor) ao mesmo tempo, pelo método de Newton sobre o conjunto completo de equações MESH.
Estrutura da Coluna¶
graph TB
C["Condensador"] --> T["Seção de topo (T)<br/>9 estágios"]
T --> P["Pré-fracionador (P)<br/>23 estágios<br/>alimentação em P14"]
T --> M["Lado do produto (M)<br/>23 estágios<br/>retirada lateral em M14"]
P --> B["Seção de fundo (B)<br/>14 estágios"]
M --> B
B --> R["Refervedor"]
F["Alimentação"] -.-> P
C -.-> D["Pentano"]
M -.-> S["Hexano"]
R -.-> W["Heptano"]Os estágios são contados a partir do topo de cada seção. No topo da parede o líquido que sai do último estágio de T se divide: uma parte desce pelo pré-fracionador, o restante pelo lado do produto. Na base da parede o vapor que sai do primeiro estágio de B se divide da mesma forma. Essas duas divisões da parede são o que a coluna acrescenta a uma coluna comum.
Graus de liberdade¶
Uma coluna de parede dividida com uma retirada lateral tem cinco especificações:
| Onde | Especificação neste tutorial |
|---|---|
| Condensador | fração molar de n-pentano 0,99 no destilado |
| Refervedor | fração molar de n-heptano 0,99 no produto de fundo |
| Retirada lateral | fração molar de n-hexano 0,92 no produto lateral |
| Topo da parede | vazão de líquido para o pré-fracionador |
| Base da parede | vazão de vapor para o pré-fracionador |
As três purezas fixam os produtos. As duas divisões da parede ficam livres: qualquer par dentro de uma região viável atende às purezas, mas cada par exige uma carga diferente no refervedor. Escolhê-las bem é a principal tarefa de projeto, e o DWSIM tem uma ferramenta para isso.
Parâmetros Principais de Projeto¶
O caso é o caso 1 da DTU, de Montonati et al. (2022).
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Compostos | N-pentane, N-hexane, N-heptane |
| Pacote Termodinâmico | Peng-Robinson (PR) |
| Alimentação | 100 kmol/h, 40/20/40 % molar, líquido saturado a 2 atm |
| Seções | 9 (topo), 23 (pré-fracionador), 23 (lado do produto), 14 (fundo) |
| Estágio de alimentação | estágio 14 do pré-fracionador |
| Retirada lateral | estágio 14 do lado do produto, líquido |
| Condensador | total, 2 atm, sem perda de carga |
| Estimativa inicial das divisões | 45 kmol/h de líquido e 85 kmol/h de vapor para o pré-fracionador |
Passo a Passo na GUI Clássica¶
1. Configuração¶
File > New Chemical Process Model:
- Compostos:
N-pentane,N-hexane,N-heptane - Pacote Termodinâmico:
Peng-Robinson (PR)
2. Crie a alimentação¶
Adicione uma Material Stream Feed: pressão 2 atm, fração de vapor 0 (líquido saturado), vazão molar 100 kmol/h, frações molares 0,4 / 0,2 / 0,4.
3. Adicione a coluna e conecte¶
Na Object Palette, em Columns, arraste uma Divided-Wall Column para o canvas e chame-a de DWC-101. Adicione três correntes materiais vazias, Pentane, Hexane e Heptane, e duas correntes de energia, Condenser Duty e Reboiler Duty.
Abra o editor de DWC-101. Em Connections > Inlets, conecte Feed à porta de alimentação e Reboiler Duty à porta de carga do refervedor. Em Connections > Outlets, conecte Pentane ao destilado, Heptane ao produto de fundo, Hexane ao primeiro produto lateral e Condenser Duty à carga do condensador.
Uma porta por alimentação e por retirada lateral
A coluna cria uma porta de alimentação para cada linha da tabela de alimentações e uma porta de produto lateral para cada linha da tabela de retiradas (passo 5). Uma coluna nova tem uma de cada, que é o que este tutorial precisa.
4. Estrutura, pressão, especificações e divisões da parede¶
Na aba Parameters:
- Structure: Wall position
Middle (one condenser, one reboiler); Top section stages9; Prefractionator stages23; Product side stages23; Bottom section stages14; CondenserTotal. - Pressure: Condenser pressure
2 atm(2,0265 bar); as duas perdas de carga0. - Condenser Specification:
Component Mole Fraction, valor0.99, compostoN-pentane. - Reboiler Specification:
Component Mole Fraction, valor0.99, compostoN-heptane. - Wall Splits: Liquid split at the top of the wall
Flow to prefractionator, Liquid flow to the prefractionator45 kmol/h; Vapor split at the bottom of the wallFlow to prefractionator, Vapor flow to the prefractionator85 kmol/h.
Vazão ou fração?
Uma divisão da parede pode ser dada como a fração do líquido (ou do vapor) enviada ao pré-fracionador ou como a própria vazão. Vazões são a escolha usual em estudos de projeto porque continuam fazendo sentido quando o refluxo muda; os 45/85 kmol/h usados aqui são uma estimativa inicial propositalmente grosseira, que o otimizador vai melhorar no passo 8.
5. Local da alimentação e retirada lateral¶
Na aba Feeds and Side Draws, ajuste a linha da alimentação para a seção Prefractionator, estágio 14. Na linha da retirada lateral, use o nome Hexane, seção Product side, estágio 14, fase Liquid, especificação Component Mole Fraction, valor 0.92, composto N-hexane.
6. Resolva e leia os resultados¶
Clique em Solve. A coluna converge em bem menos de um segundo. A aba Results mostra o resumo da solução, as cargas térmicas, as razões de refluxo e de refervimento, as vazões de interligação e uma estimativa de tamanho usada no custeio:
| Resultado | Estimativa inicial (45/85 kmol/h) |
|---|---|
| Carga do condensador | 1011,5 kW |
| Carga do refervedor | 1097,1 kW |
| Razão de refluxo | 2,66 |
| Razão de refervimento | 3,37 |
| Temperatura do condensador / refervedor | 58,4 / 123,6 °C |
As três purezas são atendidas: 40,3 kmol/h de pentano a 99,00 %, 20,9 kmol/h de hexano a 92,00 % e 38,8 kmol/h de heptano a 99,00 %. As divisões da parede só mudam quanta energia isso custa.
7. Leia os perfis¶
A aba Profiles tem um seletor de gráficos e a tabela de estágios (temperatura, pressão, vazões de líquido e vapor, vazão da retirada lateral e o fator de rastreamento β). Cada gráfico tem duas curvas: o caminho do lado do produto (seção de topo, lado do produto da parede, seção de fundo) e o pré-fracionador entre as extremidades da parede. O eixo de elevação conta estágios a partir do topo da coluna, de modo que os dois lados da parede ficam na mesma escala.
Temperature Profile: na mesma elevação, os dois lados da parede operam a temperaturas diferentes. Em torno da alimentação o pré-fracionador é mais frio, porque ainda contém muito pentano, e o lado do produto, mais rico em hexano, é mais quente.
Liquid Composition (Prefractionator Side): acompanhe o caminho do lado da alimentação, do condensador ao refervedor. O hexano tem um pico perto do topo da parede e outro abaixo da alimentação. Dentro do pré-fracionador, acima da alimentação, as três composições ficam quase constantes: esses estágios estão num pinch e separam pouco, sinal de que a alimentação poderia subir (veja os exercícios).
8. Otimize as divisões da parede¶
Abra a aba Design e role até Wall Split Optimization. Mantenha Maximum column solutions em 40 e clique em Optimize Wall Splits. O otimizador faz uma busca Nelder-Mead sobre as duas frações de divisão, resolvendo a coluna completa em cada ponto (a partir do último perfil convergido) e guardando o par de menor carga no refervedor que ainda atende às cinco especificações. Leva cerca de 10 segundos:
| Estimativa inicial | Otimizado | |
|---|---|---|
| Líquido para o pré-fracionador | 45,0 kmol/h | 33,6 kmol/h |
| Vapor para o pré-fracionador | 85,0 kmol/h | 85,3 kmol/h |
| Carga do refervedor | 1097,1 kW | 928,4 kW |
| Carga do condensador | 1011,5 kW | 842,8 kW |
| Razão de refluxo | 2,66 | 2,05 |
Clique em Apply the Best Splits e resolva de novo. A carga do refervedor cai 15 % com a mesma estrutura e os mesmos produtos. O ótimo coincide com as vazões de interligação de Montonati et al. (33,5 e 84,5 kmol/h, Qr = 898,6 kW com a implementação de PR deles; a carga aqui fica 3 % acima).
Um vale plano com paredes íngremes
Perto do ótimo a carga quase não muda: 30/80 kmol/h dá 932 kW. Longe dele a carga sobe depressa: 25/95 kmol/h exige 1540 kW. Uma coluna de parede dividida operada com divisões mal escolhidas pode perder a maior parte da vantagem sobre a sequência convencional, e por isso vale a pena otimizá-las.
9. Confira o prato da retirada lateral com o rastreamento molecular¶
Selecione o gráfico Molecular Tracking na aba Profiles. Ele mostra β = K·V / (K·V + L) para o composto intermediário (hexano) em cada estágio: a probabilidade de uma molécula de hexano naquele estágio sair para cima com o vapor. Onde β é menor que 0,5 o hexano tende a descer, onde é maior tende a subir, então o hexano se acumula onde β cruza 0,5. É ali que a retirada lateral deve ficar (Montonati et al., 2022).
No caminho do lado do produto β cruza 0,5 perto do estágio M13. Os saltos nas extremidades da parede vêm das vazões de interligação e são ignorados. Na aba Design, Molecular Tracking informa o cruzamento e permite conferi-lo: ajuste a faixa da varredura (por exemplo 7 a 19) e clique em Sweep Side Draw Stage. A coluna é resolvida com a retirada em cada estágio e a carga do refervedor é listada:
| Estágio da retirada | M8 | M10 | M12 | M13 | M14 | M16 | M19 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Carga do refervedor (kW) | 934,3 | 929,9 | 927,9 | 927,8 | 928,4 | 933,3 | 977,2 |
O mínimo fica em M12-M13, onde β cruza 0,5, e é raso: o estágio usado neste tutorial (M14) custa 0,6 kW a mais. Levar a retirada para perto da base da parede custa bem mais. Use the Lowest-Duty Stage move a retirada para o melhor estágio da varredura.
10. Compare com a sequência convencional¶
Para ver o que a parede traz, obtenha os mesmos produtos com duas Distillation Columns comuns em série: C-1 (30 estágios, alimentação no estágio 15) tira pentano no topo a 99 %, com 1 % de pentano no fundo; C-2 (30 estágios, alimentação no estágio 15) separa esse fundo em hexano a 92 % e heptano a 99 %. O script Python da próxima seção também monta esse flowsheet.
| Sequência direta | Coluna de parede dividida | |
|---|---|---|
| Colunas / condensadores / refervedores | 2 / 2 / 2 | 1 / 1 / 1 |
| Estágios | 60 | 69 (46 em altura) |
| Carga dos refervedores | 686,8 + 724,7 = 1411,5 kW | 928,4 kW |
| Economia | 34 % |
Com 40 estágios em cada coluna convencional o total cai para 1340 kW; a coluna de parede dividida ainda gasta 31 % menos calor.
Resultados e Validação¶
| Variável | Valor |
|---|---|
| Pentano | 40,3 kmol/h, 99,00 % molar |
| Hexano (retirada lateral) | 20,9 kmol/h, 92,00 % molar |
| Heptano | 38,8 kmol/h, 99,00 % molar |
| Divisões otimizadas da parede | 33,6 / 85,3 kmol/h |
| Carga do refervedor | 928,4 kW (artigo: 898,6 kW) |
| Carga do condensador | 842,8 kW (artigo: 815,8 kW) |
| Razão de refluxo | 2,05 (artigo: 1,95) |
| Melhor estágio da retirada | M12-M13 |
Resultados esperados
As cinco especificações atendidas, carga no refervedor em torno de 930 kW depois da otimização, e cerca de um terço a menos de calor que a sequência direta.
Projetando uma Coluna do Zero¶
Este tutorial partiu de uma estrutura conhecida. Para uma separação nova, o quadro Shortcut Design da aba Design propõe uma. Escolha o componente-chave leve (destilado), o intermediário (produto lateral) e o chave pesado (fundo), as recuperações e a razão entre o vapor de operação e o vapor mínimo, e clique em Run Shortcut Design. O projeto segue Triantafyllou e Smith (1992): a coluna é tratada como um pré-fracionador e uma coluna principal dividida em uma parte superior e uma inferior; Underwood dá as vazões mínimas de vapor (o diagrama Vmin), e Fenske, Gilliland e Kirkbride dimensionam cada parte.
Para esta alimentação (volatilidades relativas 5,71 / 2,24 / 1), recuperações 0,99 / 0,95 / 0,99 e 1,2 vez o vapor mínimo, o shortcut propõe 8 / 26 / 26 / 9 estágios, alimentação em P13, retirada em M12, razão de refluxo 2,14 (mínima 1,61) e interligações de 33,7 e 79,0 kmol/h, próximo da estrutura usada acima. Apply to the Column copia a estrutura e as divisões para os parâmetros; marque a opção logo acima para copiar também as especificações de pureza. Um projeto shortcut é um ponto de partida: resolva a coluna rigorosa e depois refine com o otimizador e a varredura, como nos passos 8 e 9.
Indo Além¶
- Especificações secundárias: a aba Secondary Specs ajusta uma especificação primária até que uma propriedade de um produto atinja um alvo, por exemplo um ponto D86 95 %, um ponto de fulgor ou uma densidade. O exemplo
Divided-Wall Column - Secondary Specifications on D86 Cut Pointsopera assim um fracionador de nafta em dois pontos de corte D86. - Quatro produtos (coluna Kaibel): adicione uma segunda retirada lateral no lado do produto. O exemplo
Divided-Wall Column - Kaibel Column, Pentane to Octanesepara quatro alcanos lineares num único casco. - Parede no topo ou no fundo: Wall position
Topleva a parede até o topo da coluna e dá a cada lado o próprio condensador e destilado;Bottomleva a parede até o fundo e dá a cada lado o próprio refervedor e produto de fundo. Cada extremidade extra traz a sua especificação. - Calor através da parede: uma parede real conduz calor do lado mais quente para o mais frio. Informe um coeficiente global e a área da parede em Heat Transfer Through the Wall para incluí-lo; zero em qualquer um deles mantém a parede adiabática.
- Custeio: a estimativa de tamanho da aba Results (diâmetro, altura, peso do casco e da parede) alimenta a Análise Tecno-Econômica, para comparar também o custo de capital dos dois arranjos.
Automatizando Este Tutorial¶
Arquivos neste repositório
- Script Python:
examples/advanced/08_divided_wall_column.py - No DWSIM: lista Samples da tela de boas-vindas,
Divided-Wall Column - Pentane, Hexane, Heptane(a mesma coluna, com as divisões otimizadas)
import os
import sys
import pythonnet
pythonnet.load("netfx") # DWSIM is a .NET Framework application
import clr # noqa: E402
DWSIM_BIN = os.environ.get("DWSIM_BIN")
if not DWSIM_BIN:
raise SystemExit("Set DWSIM_BIN to the DWSIM installation folder before running.")
for sub in ("", "unitops", "ppacks", "extenders"):
sys.path.append(os.path.join(DWSIM_BIN, sub))
# In a source tree the Plus unit operations live in a separate DistPackages folder;
# an installed Patreon edition already has them under DWSIM_BIN.
PLUS = os.environ.get("DWSIM_PLUS", "")
if PLUS:
for sub in ("unitops", "extenders"):
sys.path.append(os.path.join(PLUS, sub))
clr.AddReference("DWSIM.Automation")
clr.AddReference("DWSIM.Automation.FluentAPI")
from DWSIM.Automation.FluentAPI import Flowsheet, License, PropertyPackages, Q # noqa: E402
key = os.environ.get("DWSIM_PATRON_KEY")
if not key:
raise SystemExit("The Divided-Wall Column is a DWSIM Patreon operation: set DWSIM_PATRON_KEY to your Patreon key.")
if not License.CheckLicense(key):
raise SystemExit("The Patreon key was not accepted.")
clr.AddReference("DWSIM.UnitOperations.DividedWallColumn")
from System import Array, Int32 # noqa: E402
from DWSIM.UnitOperations.DividedWallColumn import DwcSection, DwcEndSpecType, DwcSideSpecType # noqa: E402
from DWSIM.UnitOperations.DividedWallColumn.Design import InterlinkOptimizer, MolecularTracking # noqa: E402
COMPOUNDS = ("N-pentane", "N-hexane", "N-heptane")
def add_feed(fs):
# 100 kmol/h of saturated liquid at 2 atm, 40/20/40 mol %; compound flows in mol/s
return (fs.AddMaterialStream("Feed").WithPressure(Q.Atm(2.0)).WithVaporFraction(0.0)
.SetCompoundMolarFlow("N-pentane", 100.0 / 9.0)
.SetCompoundMolarFlow("N-hexane", 50.0 / 9.0)
.SetCompoundMolarFlow("N-heptane", 100.0 / 9.0))
# --- build the divided-wall column -----------------------------------------
fs = (Flowsheet.Create("DividedWallColumn")
.WithCompounds(*COMPOUNDS)
.WithPropertyPackage(PropertyPackages.PengRobinson))
feed = add_feed(fs)
pentane, hexane, heptane = (fs.AddMaterialStream(n) for n in ("Pentane", "Hexane", "Heptane"))
qc, qr = fs.AddEnergyStream("Condenser Duty"), fs.AddEnergyStream("Reboiler Duty")
# 9 stages above the wall, 23 on each side of it, 14 below; feed and side draw on stage 14 of their sides.
# The wall splits start from a first guess (45 kmol/h of liquid and 85 kmol/h of vapor to the feed side).
dwc = (fs.AddDividedWallColumn("DWC-101")
.WithSections(9, 23, 23, 14)
.WithPressures(Q.Atm(2.0))
.WithFeed(feed, DwcSection.Prefractionator, 14)
.WithDistillate(pentane)
.WithBottoms(heptane)
.WithSideProduct(hexane, DwcSection.Main, 14, DwcSideSpecType.ComponentMoleFraction, 0.92, "N-hexane")
.WithCondenserDuty(qc)
.WithReboilerDuty(qr)
.WithCondenserSpec(DwcEndSpecType.ComponentMoleFraction, 0.99, "N-pentane")
.WithReboilerSpec(DwcEndSpecType.ComponentMoleFraction, 0.99, "N-heptane")
.WithSplitFlows(Q.KmolPerHour(45.0), Q.KmolPerHour(85.0)))
uo = dwc.Object
uo.Config.SideDraws[0].Name = "Hexane"
def report(title):
r = uo.Results
print(f"\n{title}")
print(f" converged in {r.Iterations} Newton iterations")
print(f" condenser duty = {r.CondenserDuty:8.1f} kW reboiler duty = {r.ReboilerDuty:8.1f} kW reflux ratio = {r.RefluxRatio:.3f}")
print(f" wall splits: liquid {uo.Config.LiquidSplitFlow * 3.6:.1f} kmol/h, vapor {uo.Config.VaporSplitFlow * 3.6:.1f} kmol/h to the feed side")
for name, flow, x in (("Pentane", r.DistillateFlow, r.DistillateComposition[0]),
("Hexane", r.SideProducts[0].Flow, r.SideProducts[0].Composition[1]),
("Heptane", r.BottomsFlow, r.BottomsComposition[2])):
print(f" {name:8s} {flow * 3.6:6.2f} kmol/h, purity {x * 100:.2f} mol %")
fs.Solve()
report("First guess of the wall splits")
# --- optimize the wall splits (minimum reboiler duty at the specifications) --
opt = InterlinkOptimizer.Optimize(uo, 40)
best = opt.Best
print(f"\nWall split optimization: {opt.Evaluations.Count} column solutions, {opt.Message}")
print(f" best liquid {best.LiquidFlow * 3.6:.2f} kmol/h, vapor {best.VaporFlow * 3.6:.2f} kmol/h, reboiler duty {best.ReboilerDuty:.1f} kW")
InterlinkOptimizer.Apply(uo.Config, best)
fs.Solve()
report("Optimized wall splits")
# --- molecular tracking: where does hexane accumulate on the product side? --
print(f"\nMolecular tracking suggests the side draw on product side stage(s) {list(MolecularTracking.SuggestSideStages(uo.Results))}")
sweep = MolecularTracking.Sweep(uo, Array[Int32](list(range(8, 20))))
for p in sweep:
print(f" side draw on M{p.Stage:<2d}: reboiler duty {p.ReboilerDuty:7.1f} kW" + ("" if p.Converged else " (not converged)"))
fs.Solve() # back to the configured stage (sweeping does not change it)
qr_dwc = uo.Results.ReboilerDuty
# --- the same products from two conventional columns (direct sequence) -----
seq = (Flowsheet.Create("DirectSequence")
.WithCompounds(*COMPOUNDS)
.WithPropertyPackage(PropertyPackages.PengRobinson))
feed2 = add_feed(seq)
d1, b1, d2, b2 = (seq.AddMaterialStream(n) for n in ("Pentane", "C6-C7", "Hexane", "Heptane"))
qc1, qr1, qc2, qr2 = (seq.AddEnergyStream(n) for n in ("Qc1", "Qr1", "Qc2", "Qr2"))
(seq.AddDistillationColumn("C-1").WithNumberOfStages(30).WithTopPressure(Q.Atm(2.0)).WithFeed(feed2, 15)
.WithDistillate(d1).WithBottoms(b1).WithCondenserDuty(qc1).WithReboilerDuty(qr1)
.WithCondenserSpec("Component_Fraction", 0.99, "", "N-pentane")
.WithReboilerSpec("Component_Fraction", 0.01, "", "N-pentane")
.WithSolvingMethod("Napthali-Sandholm"))
(seq.AddDistillationColumn("C-2").WithNumberOfStages(30).WithTopPressure(Q.Atm(2.0)).WithFeed(b1, 15)
.WithDistillate(d2).WithBottoms(b2).WithCondenserDuty(qc2).WithReboilerDuty(qr2)
.WithCondenserSpec("Component_Fraction", 0.92, "", "N-hexane")
.WithReboilerSpec("Component_Fraction", 0.99, "", "N-heptane")
.WithSolvingMethod("Napthali-Sandholm"))
seq.Solve()
qr_seq = qr1.EnergyFlowKW + qr2.EnergyFlowKW
print("\nDirect sequence (two columns of 30 stages)")
print(f" C-1 reboiler {qr1.EnergyFlowKW:.1f} kW, C-2 reboiler {qr2.EnergyFlowKW:.1f} kW, total {qr_seq:.1f} kW")
print(f" the divided-wall column needs {qr_dwc:.1f} kW: {(1 - qr_dwc / qr_seq) * 100:.0f} % less heat")
# --- save --------------------------------------------------------------------
HERE = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
OUT = os.path.normpath(os.path.join(HERE, "..", "saved", "divided_wall_column.dwxmz"))
fs.OrthogonalLayout()
fs.Save(OUT)
print(f"\nSaved: {OUT}")
O resultado pode variar
O resultado depende da capacidade de raciocínio e do uso correto de ferramentas pelo LLM. Sempre verifique se a simulação corresponde à sua intenção antes de confiar nos números.
No Assistente do DWSIM, construa a seguinte simulação:
- Compostos N-pentane, N-hexane e N-heptane; pacote termodinâmico
Peng-Robinson
- Uma corrente material "Feed": 100 kmol/h de líquido saturado
(fração de vapor 0) a 2 atm, frações molares 0,4 / 0,2 / 0,4
- Uma Divided-Wall Column "DWC-101" com 9 estágios na seção de topo,
23 no pré-fracionador, 23 no lado do produto e 14 na seção de fundo,
condensador total a 2 atm e sem perda de carga
- Alimentação no estágio 14 do pré-fracionador; destilado "Pentane",
fundo "Heptane", retirada lateral líquida "Hexane" no estágio 14 do
lado do produto com fração molar de n-hexano 0,92
- Especificação do condensador: fração molar de n-pentano 0,99 no
destilado; especificação do refervedor: fração molar de n-heptano
0,99 no fundo
- Divisões da parede: 33,5 kmol/h de líquido e 84,5 kmol/h de vapor
para o pré-fracionador
- Resolva e reporte as cargas do condensador e do refervedor, a razão
de refluxo e a vazão e a pureza dos três produtos
Exercícios
- Os estágios do pré-fracionador acima da alimentação estão num pinch (passo 7). Mova a alimentação para P10, otimize as divisões de novo e compare a carga do refervedor. Com quão poucos estágios no pré-fracionador a carga começa a subir?
- Relaxe a pureza do produto lateral para 0,90 e depois aperte para 0,95. Como mudam a carga do refervedor e as divisões ótimas?
- Adicione uma segunda retirada lateral para transformar a coluna numa coluna Kaibel e tire parte do heptano acima do refervedor. Que pureza o segundo produto lateral alcança?
- Informe um coeficiente de troca térmica na parede de 500 W/m²·K e uma área de 50 m². Que lado da parede perde calor, e o que isso faz com a carga do refervedor?
Leitura Complementar¶
- Gianluca Montonati, Nima Nazemzadeh, Jens Abildskov & Seyed Soheil Mansouri. (2022). Divided Wall Distillation Column Design using Molecular Tracking. AIChE Journal, 68(2), e17504. doi:10.1002/aic.17504
- Gloria A. Buitimea-Cerón, Juergen Hahn, Nancy Medina-Herrera, Arturo Jiménez-Gutiérrez, José A. Loredo-Medrano & Salvador Tututi-Avila. (2021). Dividing-Wall Column Design: Analysis of Methodologies Tailored to Process Simulators. Processes, 9, 1189. doi:10.3390/pr9071189
- Christos Triantafyllou & Robin Smith. (1992). The Design and Optimisation of Fully Thermally Coupled Distillation Columns. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, Part A, 70, 118-132
- F. B. Petlyuk, V. M. Platonov & D. M. Slavinskii. (1965). Thermodynamically Optimal Method for Separating Multicomponent Mixtures. International Chemical Engineering, 5, 555-561
Próximos Passos¶
Parabéns! Você concluiu a trilha de tutoriais avançados na GUI Clássica. Você construiu simulações completas de:
- Refrigeração por compressão de vapor
- Síntese de amônia (Haber-Bosch)
- Destilação de aromáticos
- Processamento de gás natural
- Fermentação de bioetanol
- Dessalinização por osmose reversa
- Síntese de metanol
- Coluna de parede dividida
Continue com Curvas de Destilação e Especificações Secundárias para conferir produtos de refinaria contra os seus pools e convergir uma coluna em qualidades de produto, ou na Trilha de Funcionalidades para explorar TEA, ACV e o Assistente de IA.