Efeito da troca térmica sobre o processo de ustulação para

Universidade Federal de Campina Grande

Centro de Ciecircncias e Tecnologia

Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Engenharia Quiacutemica

Efeito da troca teacutermica sobre o processo de ustulaccedilatildeo

para produccedilatildeo de zinco metaacutelico

Fabricia Arauacutejo Sales

Campina Grande Paraiacuteba Brasil

copyFabricia Arauacutejo Sales 20 de marccedilo de 2020

Dissertaccedilatildeo de Mestrado apresentado agrave Coordenaccedilatildeo do Programa

de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Engenharia Quiacutemica da Universidade Fede-

ral de Campina Grande - Campus de Campina Grande como parte

dos requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do grau de Mestre em

Engenharia Quiacutemica

Aacuterea de Concentraccedilatildeo Modelagem e Simulaccedilatildeo

Romildo Pereira Brito DSc

Orientador

Sales Fabricia Arauacutejo

Efeito da troca teacutermica sobre o processo de ustulaccedilatildeo para produccedilatildeo

de zinco metaacutelico Fabricia Arauacutejo Sales ndash Campina Grande 2020

84 f il

Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Engenharia Quiacutemica) ndash Universidade

Federal de Campina Grande Centro de Ciecircncias e Tecnologia 2020 Orientaccedilatildeo Prof Dr Romildo Pereira Britordquo

Referecircncias

1 Engenharia Quiacutemica 2 Modelagem e Simulaccedilatildeo 3 Troca

Teacutermica 4 Oacutexido de Zinco 5 Vapor I Brito Romildo Pereira

II Tiacutetulo

CDU 6601-0345(043)

FICHA CATALOGRAacuteFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECAacuteRIA SEVERINA SUELI DA SILVA OLIVEIRA CRB-15225

Dedicatoacuteria

Dedico este trabalho aos meus pais Nilson e Severina

Agradecimentos

A Deus sobre todas as coisas por ter me dado forccedilas nos momentos mais difiacuteceis ao longo

dessa caminhada

Aos meus pais por sempre terem feito o possiacutevel e o impossiacutevel por mim Por sempre

colocarem a minha educaccedilatildeo como prioridade e por fazerem com que eu sempre acreditasse

que soacute eu poderia escolher o meu destino Por todo amor obrigada

A todos da minha famiacutelia que sempre se mostraram compreensivos diante das minhas

ausecircncias principalmente meus irmatildeos Lucas e Flaacutevia

A Gabriel por todo apoio pelo incentivo a sempre entregar o melhor de mim e por me

ajudar nos momentos que mais precisei Obrigada pelo amor e carinho

Aos meus amigos do LARCA em especial Neto Gilvan Girrad e Gladson por terem

acompanhado e compartilhado toda diculdade no decorrer deste trabalho

Aos meus amigos que sempre me apoiaram nas minhas escolhas e tambeacutem compreende-

ram minhas ausecircncias Jeacutessica Juacutelio Cezar Luana Luize Malisson e Samuel

Ao Prof Romildo Pereira Brito pela orientaccedilatildeo e por todos os ensinamentos que vatildeo

aleacutem da vida acadecircmica sempre inspirando a insistir e persistirnos nossos objetivos

Ideias e somente ideias podem iluminar a escuridatildeo

Ludwig von Mises

Resumo

O foco da intensicaccedilatildeo de processos estaacute nos processos que envolvem principalmente sis-

temas liacutequido-liacutequido e gaacutes-liacutequido enquanto as aplicaccedilotildees de manuseio de soacutelidos satildeo mais

limitadas Neste trabalho o objetivo eacute propor um modelo fenomenoloacutegico completo do

processo de ustulaccedilatildeo para a produccedilatildeo de zinco metaacutelico com foco na avaliaccedilatildeo do efeito

da troca teacutermica em diferentes pontos do processo visando aumentar a produccedilatildeo de oacutexido

de zinco e a geraccedilatildeo de vapor O modelo implementado no Aspen PlusTM abrange desde a

alimentaccedilatildeo do ustulador ateacute a etapa de resfriamento e lavagem dos gases gerados pelas re-

accedilotildees de oxidaccedilatildeo dos sulfetos Dados de planta foram utilizados para validar os resultados

obtidos pelo modelo Os resultados mostram que o estudo de alternativas que permitam o

aumento da produccedilatildeo de oacutexido de zinco e da geraccedilatildeo de vapor deve considerar onde ocorre o

aumento da aacuterea de troca teacutermica A anaacutelise de sensibilidade mostrou que sem investimento

de capital as mudanccedilas operacionais possibilitam um aumento de aproximadamente 10

na produccedilatildeo de oacutexido de zinco no entanto implicando uma reduccedilatildeo de aproximadamente

86 na geraccedilatildeo de vapor Com o uso de investimento de capital eacute possiacutevel obter condiccedilotildees

operacionais que aumentam a produccedilatildeo de oacutexido de zinco em ateacute 25 aleacutem da reduccedilatildeo do

consumo de aacutegua na etapa de resfriamento dos gases

Palavras-chave Modelagem e simulaccedilatildeo Troca teacutermica Oacutexido de zinco Vapor

Abstract

Process intensication focuses in processes involving mainly liquid-liquid and gas-liquid sys-

tems while solid handling applications are more limited In this work the main goal is to

propose a complete phenomenological model of the roasting process for metallic zinc pro-

duction emphasizing the evaluation of the thermal exchange eect in dierent points of

the process aiming at increasing the zinc oxide production and steam generation The

model implemented in Aspen PlusTM covers from the roaster feed to the stage of cooling

and washing the gases generated by the sulde oxidation reactions Plant data were used

to validate the model results The results show that the study of alternatives allowing the

increase in zinc oxide production and steam generation must take into consideration where

the enlargement in thermal exchange area happens Sensitivity analysis show that without

capital expenditure operational adjusts make it possible to increase in approximately 10

the zinc oxide production however implying in a decrease of around 86 in steam gener-

ation With capital expenditure it is possible to obtain operating conditions that increase

zinc oxide production up to 25 while also reducing water consumption at the gases cooling

Keywords Modeling and simulation Thermal exchange Zinc oxide Steam

Lista de Figuras

21 Fluxograma simplicado do processo Roast-Leach-Electrowin (RLE) 22

22 Diagrama de blocos do processo Integrado Silicato-Sulfeto 24

23 Fluxograma simplicado do processo de ustulaccedilatildeo 25

24 Diagrama de Predominacircncia para o sistema Zn-O-S com a pressatildeo do O2 xa 27

31 Esquema da estrateacutegia de controle desenvolvida por Nyberg [2004] 32

41 Diagrama com opccedilotildees fornecidas pelo Aspen PlusTM para escolha do modelo

termodinacircmico 39

42 Pers de solubilidade do SO2 em aacutegua 43

43 Meacutetodos numeacutericos utilizados no modelo do processo da ustulaccedilatildeo 45

44 Implementaccedilatildeo do Optimization no Aspen PlusTM 48

45 Fluxograma do processo de ustulaccedilatildeo implementado em Aspen PlusTM 50

46 Implementaccedilatildeo do ustulador 52

47 Implementaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo 54

48 Implementaccedilatildeo da scrubber 56

49 Histogramas e boxplots dos histoacutericos de dados 58

51 Anaacutelise de sensibilidade para a vazatildeo de ar de uidizaccedilatildeo do leito 62

52 Excesso de O2 na saiacuteda do forno e temperatura dos gases na saiacuteda da caldeira

em funccedilatildeo da vazatildeo de ar 63

53 Temperatura dos gases na saiacuteda da caldeira em funccedilatildeo da vazatildeo de aacutegua de

circulaccedilatildeo 64

54 Vazatildeo de aacutegua direta no leito e temperatura dos gases na entrada da scrubber

55 Temperatura do ustulador e dos gases na entrada da scrubber em funccedilatildeo da

vazatildeo de ar 65

56 Matriz resultante da anaacutelise de sensibilidade considerando as quatro variaacuteveis

selecionadas 67

57 Fluxograma do processo de ustulaccedilatildeo com a inclusatildeo do trocador de calor agrave

jusante da caldeira de recuperaccedilatildeo 71

58 Fluxograma do processo de ustulaccedilatildeo com a inclusatildeo do trocador de calor na

recirculaccedilatildeo da scrubber 74

59 Make-up de aacutegua e purga da scrubber em funccedilatildeo da aacuterea de troca teacutermica do

novo trocador de calor 75

Lista de Tabelas

21 Principais mineacuterios de zinco do Brasil 20

41 Comparaccedilatildeo dos valores de solubilidade do SO2 em H2O 44

42 Meacutetodos numeacutericos utilizados como padratildeo pelo Aspen PlusTM 45

43 Componentes utilizados na modelagem 49

44 Dados de entrada para o caso base 51

45 Informaccedilotildees adicionais para a implementaccedilatildeo do ustulador 53

46 Informaccedilotildees adicionais para a implementaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo 55

47 Informaccedilotildees adicionais para a implementaccedilatildeo da scrubber 57

48 Validaccedilatildeo do modelo 57

51 Relaccedilotildees entre as variaacuteveis alvo e as variaacuteveis de decisatildeo 61

52 Resultados da anaacutelise de sensibilidade em relaccedilatildeo ao ar de uidizaccedilatildeo 66

53 Dados para a anaacutelise de sensibilidade (conguraccedilatildeo I) 67

54 Restriccedilotildees operacionais do processo de ustulaccedilatildeo 68

55 Principais resultados da anaacutelise de sensibilidade (Conguraccedilatildeo I) 69

56 Dados para a anaacutelise de sensibilidade (conguraccedilatildeo II) 70

57 Principais resultados da anaacutelise de sensibilidade (Conguraccedilatildeo II) 72

58 Dados para a anaacutelise de sensibilidade (conguraccedilatildeo III) 76

59 Principais resultados da anaacutelise de sensibilidade (Conguraccedilatildeo III) 76

510 Comparaccedilatildeo em termos de aacuterea de troca teacutermica das conguraccedilotildees avaliadas 78

Lista de siacutembolos e abreviaturas

JO2Coeciente de difusatildeo do O2 27

PO2Pressatildeo parcial do oxigecircnio 26

PSO2Pressatildeo parcial do dioacutexido de enxofre 26

CAPEX Custo de investimento (do inglecircs Capital Expenditure) 68

CFD Fluidodinacircmica computacional (do inglecircs Computational Fluid Dynamics) 16

CISOLID Conventional Inert Solid 41

DRX Difraccedilatildeo de raio-X 30

DTA Anaacutelise teacutermica diferencial 30

DTGA Anaacutelise termogravimeacutetrica derivada 31

LME Bolsa de Metais de Londres (do inglecircs London Metal Exchange) 20

MEV Microscopia eletrocircnica de varredura 31

PFD Diagrama de uxo de processo (do inglecircs Process Flow Diagram) 17

RLE Ustulaccedilatildeo-Lixiviaccedilatildeo-Eletroacutelise (do inglecircs Roast-Leach-Electrowin) 16

TGA Anaacutelise termogravimeacutetrica 30

U Coeciente global de transferecircncia de calor 70

Sumaacuterio

1 Introduccedilatildeo 15

11 Objetivo geral 17

12 Objetivos especiacutecos 17

13 Organizaccedilatildeo 17

2 Ustulaccedilatildeo no processo de produccedilatildeo do zinco metaacutelico 19

21 Fontes de zinco e metalurgia extrativa 19

22 Ustulaccedilatildeo 22

23 Termodinacircmica e reaccedilotildees da ustulaccedilatildeo 25

24 Consideraccedilotildees nais 29

3 Descriccedilatildeo do problema 30

31 Principais abordagens 30

32 Troca teacutermica no processo de ustulaccedilatildeo 33

4 Modelagem e simulaccedilatildeo do processo 37

41 Ambiente de simulaccedilatildeo 37

42 Modelos termodinacircmicos 38

421 Peng-Robinson 40

422 Non-Random-Two-Liquid (NRTL) 42

43 Meacutetodos numeacutericos 44

431 Meacutetodo da Secante 46

432 Meacutetodo de Broyden 46

433 Otimizaccedilatildeo limitada por aproximaccedilatildeo quadraacutetica (BOBYQA) 47

44 Implementaccedilatildeo em ambiente simulado (Aspen PlusTM) 48

441 Ustulador 51

442 Caldeira de recuperaccedilatildeo 53

443 Scrubber 55

46 Consideraccedilotildees Finais 59

5 Anaacutelise de sensibilidade e novas conguraccedilotildees 60

51 Variaacuteveis relevantes para a troca teacutermica do processo de ustulaccedilatildeo 60

52 Conguraccedilatildeo I Aumento da serpentina no ustulador 66

53 Conguraccedilatildeo II Inclusatildeo de um trocador de calor apoacutes a caldeira de recuperaccedilatildeo 70

54 Conguraccedilatildeo III Inclusatildeo de um trocador de calor na recirculaccedilatildeo da scrubber 73

55 Comparaccedilatildeo entre as alternativas para o aumento da aacuterea de troca teacutermica

no processo de ustulaccedilatildeo 77

6 Conclusatildeo 80

Referecircncias bibliograacutecas 82

Capiacutetulo 1

Introduccedilatildeo

O desenvolvimento de ferramentas cada vez mais modernas para o monitoramento e controle

de processos industriais traz consigo a posibilidade de tornar as induacutestrias energeticamente

mais ecientes e consequentemente mais competitivas No caso dos processos metaluacutergicos

fatores como a crescente demanda pelo aumento de produtividade aliado agrave reduccedilatildeo do

consumo energeacutetico e agraves restriccedilotildees ambientais satildeo os principais motivadores para a busca

por alternativas que permitam realizar tais melhorias

A metalurgia como um todo ainda eacute uma aacuterea pouco explorada pela engenharia de

processos Isso signica que as soluccedilotildees desenvolvidas tecircm como caracteriacutestica principal

anaacutelises pontuais sem a investigaccedilatildeo do impacto que alteraccedilotildees em um ponto da planta

pode gerar no restante do processo Nesse contexto uma abordagem desse tipo de processo

sob a oacutetica da engenharia de quiacutemica eacute apresentada neste trabalho Como estudo de caso

foi utilizado o processo para a produccedilatildeo de zinco metaacutelico de uma induacutestria do Brasil mais

especicamente a etapa da ustulaccedilatildeo que consiste em um tratamento do mineacuterio sulfetado

A versatilidade do zinco metaacutelico (Zn) lhe assegura uma posiccedilatildeo privilegiada no mer-

cado dada a sua aplicabilidade que se estende da induacutestria automotiva ateacute a farmacecircutica

passando pela utilizaccedilatildeo em eletrodomeacutesticos torres de transmissatildeo eleacutetrica tintas e re-

vestimentos Aleacutem destas o zinco se destaca pela sua propriedade anticorrosiva (muito

explorada por sideruacutergicas) e pela facilidade de combinaccedilatildeo com outros metais

A produccedilatildeo de zinco pode ser realizada por duas rotas distintas hidrometaluacutergica e a

pirometaluacutergica A primeira opccedilatildeo eacute a rota tradicional que inclui o processo Roast-Leach-

Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 16

Electrowin (RLE) apresentando como uma das principais vantagens a obtenccedilatildeo do metal

com elevado grau de pureza [FENEAU 2002] Enquanto isso a rota pirometaluacutergica eacute uma

opccedilatildeo menos utilizada atualmente que faz uso de alto fornos para realizar a reduccedilatildeo do

oacutexido de zinco e produzir o vapor de zinco que eacute condensado para obtenccedilatildeo do zinco metaacutelico

A mesma induacutestria para a qual esse estudo foi desenvolvido patenteou uma modicaccedilatildeo

no processo RLE que viabiliza o tratamento do concentrado silicatado [SOUZA MENDES

2001] para a produccedilatildeo de zinco pela rota hidrometaluacutergica e atualmente utiliza os dois

tipos de concentrado (sulfetado e silicatado) simultaneamente

A ustulaccedilatildeo exerce a funccedilatildeo de oxidar os sulfetos presentes no concentrado sulfetado

sendo conduzida em fornos ustuladores e operando a temperaturas elevadas onde ar e

oxigecircnio (O2) satildeo injetados para promover as reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo [BALARINI et al 2008]

Dessa forma eacute onde ocorre a transformaccedilatildeo do sulfeto de zinco (ZnS) em oacutexido de zinco

(ZnO) o qual eacute encaminhado para as etapas de lixiviaccedilatildeo puricaccedilatildeo e eletroacutelise

Processos envolvendo ustulaccedilatildeo satildeo caracterizados pela geraccedilatildeo de um grande volume

de gases SO2 a altas temperaturas os quais geralmente satildeo direcionados para uma caldeira

de recuperaccedilatildeo com o objetivo de gerar uma parte do vapor necessaacuterio para atender outras

aacutereas da planta nesse caso autoclaves e lixiviaccedilotildees Uma vez que se dispensa a utilizaccedilatildeo

de combustiacuteveis foacutesseis para a geraccedilatildeo desse vapor o mesmo tambeacutem eacute denominado como

vapor verde Portanto um aumento na alimentaccedilatildeo de concentrado sulfetado pode reetir

natildeo soacute na produccedilatildeo nal de zinco como tambeacutem na disponibilidade de vapor da planta

uma vez que o vapor gerado nessa etapa atende em torno de 30 da demanda total do

processo

Os estudos relacionados agrave ustulaccedilatildeo normalmente tecircm focado em questotildees associadas

agrave alimentaccedilatildeo do ustulador uma vez que eacute comum a utilizaccedilatildeo de diversos tipos de con-

centrados sulfetados em um mesmo processo Aleacutem disso eacute comum observar a abordagem

de problemas que se referem ao forno isoladamente como a uidizaccedilatildeo do leito por exem-

plo Entre as abordagens avaliadas destacam-se black box Fluidodinacircmica Computacional

(CFD) loacutegica Fuzzy e trabalhos experimentais

Nesse contexto esse trabalho tem como motivaccedilatildeo o desenvolvimento de alternativas

que permitam tornar a metalurgia extrativa do zinco mais sustentaacutevel atuando natildeo soacute

no aumento de produtividade da etapa da ustulaccedilatildeo mas na autossuciecircncia do processo

produtivo do zinco em termos de consumo de vapor A partir modelagem da etapa da

ustulaccedilatildeo que abrange desde o forno ustulador ateacute a limpeza dos gases foram levantados

cenaacuterios com diferentes combinaccedilotildees de condiccedilotildees operacionais tornando possiacutevel avaliar

o impacto que alteraccedilotildees na alimentaccedilatildeo e na capacidade de troca teacutermica da ustulaccedilatildeo

exerceraacute no processo como um todo

11 Objetivo geral

Avaliar o efeito da troca teacutermica no processo de ustulaccedilatildeo para a produccedilatildeo de zinco metaacutelico

12 Objetivos especiacutecos

Os objetivos especiacutecos desejados com a realizaccedilatildeo deste trabalho satildeo os listados a seguir

bull Implementar e validar o modelo fenomenoloacutegico do processo de ustulaccedilatildeo em ambiente

simulado (Aspen PlusTM)

bull Estudar as variaacuteveis com maior inuecircncia em pontos importantes do processo para

serem avaliadas na anaacutelise de sensibilidade

bull Propor e implementar alteraccedilotildees no Process Flow Diagram (PFD) com foco no au-

mento da aacuterea de troca teacutermica do processo

bull Avaliar a performance das conguraccedilotildees propostas em termos de produtividade de

oacutexido de zinco (ZnO) e geraccedilatildeo de vapor por meio de uma anaacutelise de sensibilidade

comparando ao caso base

13 Organizaccedilatildeo

Este texto estaacute organizado da seguinte maneira no Capiacutetulo 2 eacute apresentada uma visatildeo geral

do processo produtivo do zinco e mais especicamente da etapa de ustulaccedilatildeo no Capiacutetulo 3

se discorre a respeito dos limitadores do processo de ustulaccedilatildeo com foco na capacidade

de troca teacutermica aleacutem disso satildeo apresentadas as principais abordagens da literatura no

tratamento de concentrados sulfetados no Capiacutetulo 4 satildeo discutidos os detalhes relacionados

agrave implementaccedilatildeo e validaccedilatildeo do modelo desenvolvido no Capiacutetulo 5 satildeo apresentados os

criteacuterios para a escolha de variaacuteveis que compotildeem a anaacutelise de sensibilidade assim como as

novas conguraccedilotildees propostas em prol do aumento da aacuterea de troca teacutermica do processo e

otimizaccedilatildeo de paracircmetros importantes do processo por m satildeo reunidas todas as conclusotildees

a respeito do trabalho desenvolvido aleacutem das oportunidades identicadas para trabalhos

futuros

Capiacutetulo 2

Ustulaccedilatildeo no processo de produccedilatildeo do

zinco metaacutelico

Neste capiacutetulo eacute apresentado de modo resumido o contexto em que o processo de ustulaccedilatildeo

estaacute inserido o que inclui a ocorrecircncia propriedades e as formas de extraccedilatildeo do zinco Satildeo

descritas as diferenccedilas entre os tipos de processo utilizados para o processamento desse

metal assim como as tecnologias pertencentes agrave cada classicaccedilatildeo Em seguida uma seccedilatildeo

eacute dedicada agrave descriccedilatildeo geral do processo de ustulaccedilatildeo com destaque para algumas questotildees

relacionadas agraves reaccedilotildees e aos aspectos termodinacircmicos desta etapa

21 Fontes de zinco e metalurgia extrativa

O zinco (Zn) pode ser encontrado na natureza na forma de diversos mineacuterios e comumente

apresenta-se associado a sulfetos de chumbo (Pb) ferro (Fe) e cobre (Cu) por exemplo Os

mineacuterios sulfetados satildeo denidos como ocorrecircncias primaacuterias de zinco sendo responsaacuteveis

por cerca de 90 da produccedilatildeo mundial de concentrado [CORTEZ 2002]

O mineacuterio na forma de sulfeto pode sofrer transformaccedilotildees na zona de oxidaccedilatildeo e formar

oacutexidos carbonatos e silicatos dando origem agraves chamadas ocorrecircncias secundaacuteriasde zinco

geralmente encontradas em depoacutesitos superciais [FEIJoacute 2007] A Tabela 21 apresenta os

principais mineacuterios de zinco encontrados no Brasil e seus respectivos teores de zinco ( Zn)

As reservas brasileiras representam apenas 12 das reservas mundiais e possuem em

Capiacutetulo 2 Ustulaccedilatildeo no processo de produccedilatildeo do zinco metaacutelico 20

Tabela 21 Principais mineacuterios de zinco do Brasil

Mineral Componentes Zn (em mol)

Esfarelita ZnS 670

Willemita Zn2SiO4 590

Franklinita (ZnFeMn)(FeMn)O4 150 a 200

Calamina Zn4Si2O7(OH)2H2O 542

Fonte adaptado de Cortez [2002]

torno de 65 milhotildees de toneladas de zinco contido no mineacuterio Essas reservas apesar de

distribuiacutedas entre os estados de Minas Gerais Bahia Mato Grosso e Rio Grande do Sul

concentram-se principalmente nos municiacutepios de Vazante (MG) e Paracatu (MG) onde se

observa 862 das ocorrecircncias conhecidas do Brasil Os depoacutesitos de Vazante satildeo de mineral

oxidado willemita e calamina com teores de zinco variando entre 16 e 39 (em massa)

e as reservas de Paracatu satildeo de mineacuterio sulfetado (esfalerita) com teor de cerca de 5 (em

massa) de zinco contido [NEVES C A R 2010 CORTEZ 2002]

O fato do zinco ser um produto negociado no mercado nanceiro mundial mais especi-

camente pela Bolsa de Metais de Londres (LME) o dene como uma commodity Ou seja

natildeo haacute uma diferenciaccedilatildeo entre o zinco proveniente de diferentes induacutestrias o que torna o

mercado pulverizado e sujeito a um cenaacuterio mundial de negociaccedilatildeo

Entre as aplicaccedilotildees possiacuteveis para o zinco metaacutelico destacam-se sua grande facilidade de

combinaccedilatildeo com outros metais para a fabricaccedilatildeo de ligas e o seu uso na galvanizaccedilatildeo de accedilos

estruturais folhas chapas dentre outros Aleacutem destas sua aplicaccedilatildeo tambeacutem se estende agrave

construccedilatildeo civil induacutestria automobiliacutestica eletrodomeacutesticos e agrave induacutestria farmacecircutica

Apesar de natildeo haver uma uniformidade no conceito que se refere agraves formas de extraccedilatildeo

do zinco com base nos trabalhos de Souza [2005] Feijoacute [2007] e Boyanov Peltekov e Petkova

[2014] eacute possiacutevel armar que a produccedilatildeo de zinco pode ser realizada por duas rotas distintas

pirometaluacutergica e a hidrometaluacutergica Como dito anteriormente a rota hidrometaluacutergica

inclui o processo RLE praticado por mais de 85 das plantas de zinco do mundo e que

seraacute abordado com mais detalhes neste trabalho Para cada uma dessas rotas existem

tecnologias especiacutecas que satildeo detalhadas por Souza [2005] e Feijoacute [2007] e listadas a seguir

bull Processo Roast-Leach-Electrowin (RLE) tem como principais etapas a ustulaccedilatildeo li-

xiviaccedilatildeo e eletroacutelise para a extraccedilatildeo do zinco Por conta disso tambeacutem eacute conhecido

como processo eletroliacutetico apresentando como principal vantagem a obtenccedilatildeo do

metal com elevado grau de pureza [FENEAU 2002]

bull Processo Integrado Silicato-Sulfeto tecnologia patenteada por Souza e Mendes [2001]

na verdade implica em uma alteraccedilatildeo do processo RLE e atualmente eacute utilizada apenas

por uma planta no mundo localizada no Brasil

bull Processo Imperial Smelting Furnace (ISF) apesar de estar em desuso eacute uma tecno-

logia pertencente agrave rota pirometaluacutergica que tambeacutem inclui a etapa de ustulaccedilatildeo

Entretanto ao inveacutes do ZnO seguir para as etapas de lixiviaccedilatildeo e eletroacutelise (como no

processo RLE) o mesmo eacute reduzido por carvatildeo em um forno Imperial Smelting para

produzir o zinco metaacutelico na forma de gaacutes e em seguida ser condensado em um banho

de chumbo liacutequido

bull Processo de Lixiviaccedilatildeo Direta Atmosfeacuterica (ZDL) trata-se de uma tecnologia onde

o concentrado sulfetado eacute tratado com uma soluccedilatildeo rica em ferro (III) advinda da

etapa de lixiviaccedilatildeo aacutecida do processo RLE A etapa de oxidaccedilatildeo do ferro eacute realizada

em condiccedilotildees atmosfeacutericas com oxigecircnio (O2) de alta pureza

bull Processo de Lixiviaccedilatildeo sob Pressatildeo (ZPL) segue a mesma premissa da tecnologia de

lixiviaccedilatildeo direta entretanto diferencia-se pelo fato das reaccedilotildees serem conduzidas em

vasos de pressatildeo Aleacutem disso destaca-se pelo consumo de O2 que chega a ser o dobro

da quantidade utilizada no processo de lixiviaccedilatildeo direta atmosfeacuterica

bull Processo Zincex Modicado (MZP) assim como no caso do processo integrado silicato-

sulfeto esse caso tambeacutem consiste em uma alteraccedilatildeo do processo RLE onde a etapa de

puricaccedilatildeo eacute substituiacuteda por uma etapa de extraccedilatildeo por solventes para a puricaccedilatildeo

do licor concentrado obtido apoacutes a lixiviaccedilatildeo aacutecida

Com base nas alternativas mais utilizadas para a produccedilatildeo de zinco com exceccedilatildeo do

Processo Imperial Smelting Furnace (ISF) as outras tecnologias compreendem alteraccedilotildees

que possuem como referecircncia o processo RLE Nesse sentido a Figura 21 apresenta um

esquema simplicado das etapas desse processo e que seraacute detalhado na proacutexima seccedilatildeo

como foco na etapa de ustulaccedilatildeo

Figura 21 Fluxograma simplicado do processo Roast-Leach-Electrowin (RLE)

Fonte Souza [2005]

22 Ustulaccedilatildeo

O processo de ustulaccedilatildeo estudado neste trabalho estaacute inserido no processo de produccedilatildeo

de zinco Integrado Silicato-Sulfeto o que faz da etapa de ustulaccedilatildeo um ponto ainda mais

importante para a sustentabilidade do processo

A ustulaccedilatildeo corresponde a um processo de oxidaccedilatildeo de sulfetos geralmente conduzido

em fornos ustuladores e que atingem elevadas temperaturas [BALARINI et al 2008] Esta

etapa tem como funccedilatildeo transformar o concentrado constituiacutedo principalmente de sulfeto

de zinco em oacutexido de zinco (ZnO) que seguiraacute para as etapas de lixiviaccedilatildeo puricaccedilatildeo e

eletroacutelise

Uma das principais caracteriacutesticas de processos de ustulaccedilatildeo eacute a geraccedilatildeo de um grande

volume de gases SO2 a altas temperaturas os quais geralmente satildeo direcionados para uma

caldeira de recuperaccedilatildeo com o objetivo de gerar uma parte do vapor necessaacuterio para a opera-

ccedilatildeo da planta Nesse caso especiacuteco o vapor advindo da ustulaccedilatildeo atende parte da demanda

das autoclaves e lixiviaccedilotildees A Figura 22 apresenta uma diagrama de blocos do processo

Integrado Silicato-Sulfeto onde eacute possiacutevel observar que aleacutem do concentrado sulfetado esse

processo tambeacutem utiliza simultaneamente uma segunda mateacuteria-prima denominada de

concentrado silicatado e que apresenta na sua composiccedilatildeo os mineacuterios willemita e calamina

Nesse processo o maior consumidor de vapor eacute a aacuterea das autoclaves responsaacutevel pela

solubilizaccedilatildeo do magneacutesio presente no concentrado silicatado Sendo assim o papel da etapa

de ustulaccedilatildeo vai aleacutem da produccedilatildeo do ZnO uma vez que a mesma fornece em torno de 30

da demanda de vapor da planta e gera os gases SO2 que ao serem encaminhados para a

faacutebrica de aacutecido satildeo convertidos em SO3 e na sequecircncia em H2SO4 a ser utilizado nas

etapas de lixiviaccedilatildeo

A ustulaccedilatildeo ocorre de modo a garantir o contato do concentrado sulfetado com o ar en-

riquecido com O2 que aleacutem de garantir a uidizaccedilatildeo do leito eacute o responsaacutevel pela promoccedilatildeo

das reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo caracterizadas pela alta liberaccedilatildeo de energia Uma vez iniciado o

processo eacute autoacutegeno ou seja nenhum calor externo eacute necessaacuterio devido agrave natureza exoteacuter-

mica das reaccedilotildees

Do ponto de vista de processo o forno de ustulaccedilatildeo consiste em um reator de leito

uidizado que aleacutem de possuir uma grelha por onde passa o ar necessaacuterio conta com uma

serpentina que auxilia no resfriamento do forno Outra estrateacutegia utilizada em conjunto com

a serpentina para o controle de temperatura do forno eacute a adiccedilatildeo de aacutegua (H2O) diretamente

no leito

De acordo com a literatura o controle de temperatura utilizando injeccedilatildeo direta de aacutegua

eacute uma praacutetica comum se tratando de fornos ustuladores como mostram os trabalhos de

Themelis e Freeman [1984] e Taskinen et al [2008] Sendo assim convencionou-se que

enquanto a quantidade de aacutegua adicionada no leito varia em funccedilatildeo da temperatura o

enriquecimento do ar com O2 eacute funccedilatildeo do balanccedilo de massa do enxofre (S) na forma de ZnS

Figura 22 Diagrama de blocos do processo Integrado Silicato-Sulfeto

Fonte Elaborada pelo autor

no ustulado

Apoacutes o ustulador a caldeira de recuperaccedilatildeo garante o aproveitamento do calor dos gases

gerados durante as reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo para a geraccedilatildeo de vapor saturado Aleacutem disso uma

quantidade consideraacutevel de particulados (ustulado) acompanha esses gases que seguem para

a caldeira os quais tambeacutem satildeo recuperados a partir de batedores existentes no interior da

mesma juntamente com os ciclones e os precipitadores eletrostaacuteticos localizados na saiacuteda

da caldeira A preocupaccedilatildeo em retirar esses soacutelidos justica-se por dois motivos recuperar

a maior quantidade possiacutevel de ustulado e promover a limpeza dos gases que alimentaratildeo a

scrubber

O desaerador eacute responsaacutevel por remover os gases natildeo condensaacuteveis como O2 e dioacutexido

de carbono (CO2) presentes na aacutegua que alimenta a caldeira responsaacuteveis pelo aumento da

corrosatildeo Aleacutem disso o desaerador possibilita o preacute-aquecimento da aacutegua antes de alimentar

o vaso de vapor que tem como funccedilatildeo separar a aacutegua nas fases liacutequida e vapor visto que

as correntes de saiacuteda da serpentina do forno e da caldeira de recuperaccedilatildeo satildeo bifaacutesicas

Os gases produzidos na ustulaccedilatildeo apoacutes a passagem pela caldeira de recuperaccedilatildeo ciclones

e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo direcionados para a scrubber com o intuito de reduzir

a temperatura atraveacutes do contato direto com aacutegua para que estes possam seguir para a

faacutebrica de aacutecido para a produccedilatildeo de H2SO4 A Figura 23 apresenta o uxograma mais

detalhado da etapa de ustulaccedilatildeo

Figura 23 Fluxograma simplicado do processo de ustulaccedilatildeo

Forno Ustulador

Caldeira de recuperaccedilatildeo

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Tubulatildeo de vapor

Aacutegua

Aacutegua desmineralizada

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Aacutegua de resfriamentoAr

Precipitador eletrostaacutetico

Makeup Gases para afaacutebrica de aacutecido

Aacutegua de recirculaccedilatildeo

Scrubber

23 Termodinacircmica e reaccedilotildees da ustulaccedilatildeo

A versatilidade do processo de ustulaccedilatildeo para o tratamento de diferentes mineacuterios exige o

entendimento de alguns aspectos quiacutemicos e termodinacircmicos considerados relevantes Nesse

caso destaca-se o sistema Zn-S-O utilizado na avaliaccedilatildeo das regiotildees de estabilidade de

diferentes fases do processo de ustulaccedilatildeo para a produccedilatildeo de zinco

O primeiro ponto a ser levado em consideraccedilatildeo eacute o fato de que a performance da ustu-

laccedilatildeo natildeo estaacute condicionada apenas agrave composiccedilatildeo mineraloacutegica e elementar do concentrado

sulfetado temperatura e agraves da pressotildees parciais do O2 SO2 e SO3 de modo que paracirc-

metros como granulometria tempo de reaccedilatildeo e o tipo do ustulador tambeacutem afetaratildeo as

caracteriacutesticas do ustulado

Aleacutem desses fatores como mencionado anteriormente a vazatildeo de ar de uidizaccedilatildeo enri-

quecida com O2 eacute manipulada com base na quantidade de enxofre presente no meio Somado

a isso o grau de eliminaccedilatildeo do enxofre tambeacutem depende do grau de anidade dos elemen-

tos minerais pelo enxofre ou pelo oxigecircnio Por exemplo o sulfeto de ferro (FeS) pode ser

oxidado porque o ferro tem mais anidade pelo oxigecircnio do que pelo enxofre enquanto isso

um mineral como o sulfeto de cobre (CuS) tenderaacute a aparecer em maior quantidade no

ustulado como sulfeto devido agrave maior anidade do cobre pelo enxofre do que pelo oxigecircnio

[SHAMSUDDIN 2016]

Um dos recursos utilizados tanto na induacutestria como nos estudos desse tipo de processo

satildeo os Diagramas de Aacutereas de Predominacircncia (PAD) tambeacutem conhecidos como Diagramas

de Kellogg A partir destes eacute possiacutevel avaliar as condiccedilotildees necessaacuterias para a formaccedilatildeo de

diferentes produtos assim como as relaccedilotildees de equiliacutebrio no sistema

A partir do diagrama apresentado na Figura 24 pode-se observar que diferentes produtos

satildeo formados (sulfetos oacutexidos sulfatos e silicatos) em condiccedilotildees consideradas tiacutepicas de um

processo de ustulaccedilatildeo de zinco Esses diagramas tambeacutem permitem visualizar as fases

estaacuteveis para diferentes componentes com base em variaacuteveis como a temperatura e as

pressotildees parciais do O2 (PO2) e do SO2 (PSO2

) No caso da Figura 24 Nyberg [2004]

destaca que a aacuterea oval representa as condiccedilotildees tiacutepicas de operaccedilatildeo do forno avaliado aleacutem

de armar que uma reduccedilatildeo na temperatura resultaraacute na formaccedilatildeo de ZnSO4 como seraacute

discutido a seguir

No caso da ustulaccedilatildeo para a produccedilatildeo do zinco o principal mineacuterio presente no con-

centrado eacute a esfarelita entretanto eacute natural que existam outros componentes aleacutem do ZnS

como CuS FeS FeS2 PbS dentre outros De acordo com Shamsuddin [2016] quanto maior

a variedade de sulfetos presentes no concentrado mais complexos seratildeo os mecanismos das

reaccedilotildees que ocorrem no ustulador Entretanto estudos como o de Boyanov Peltekov e Pet-

kova [2014] apresentam os mecanismos de reaccedilotildees mais comuns nesse tipo de processo As

reaccedilotildees que apresentam Mecomo reagente ou produto satildeo representaccedilotildees gerais vaacutelidas

Figura 24 Diagrama de Predominacircncia para o sistema Zn-O-S com a pressatildeo do O2 xa

Fonte Nyberg [2004]

para os metais que geralmente estatildeo presentes junto com ZnS no concentrado sulfetado

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

ZnS + 2O2 ZnSO4 (23)

MeS + 2O2 MeSO4 (24)

MeO + SO3 MeSO4 (25)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

A principal reaccedilatildeo caracteriacutestica do processo de ustulaccedilatildeo para a produccedilatildeo de zinco

eacute representada por (21) Ao se considerar que essas reaccedilotildees podem ser limitadas pelos

fenocircmenos de difusatildeo interna ou pela reaccedilatildeo na superfiacutecie da partiacutecula por exemplo para

que essa reaccedilatildeo ocorra eacute essencial que pelo menos trecircs moleacuteculas de O2 cheguem agrave interface

para formar duas moleacuteculas de dioacutexido de enxofre O coeciente de difusatildeo do O2 (JO2) eacute

maior que o das moleacuteculas de SO2 mas sempre existe uma razatildeo miacutenima entre as pressotildees

parciais do O2 e SO2 (PO2PSO2

) na atmosfera fora da partiacutecula de concentrado Portanto

essa relaccedilatildeo miacutenima deve ser mantida de modo que a mesma seja sempre superior ao valor

de equiliacutebrio Tal fato justica a importacircncia da relaccedilatildeo entre a quantidade de O2 no ar de

uidizaccedilatildeo e a quantidade de enxofre na mateacuteria-prima

De modo geral a ustulaccedilatildeo do sulfeto de zinco eacute realizada em temperaturas entre 900 e

980degC para produzir oacutexido de zinco (ZnO) [NYBERG 2004] Tendo isso em vista Shamsud-

din [2016] arma que a taxa de oxidaccedilatildeo dos sulfetos tende a ser muito lenta em temperaturas

abaixo de 700degC Em temperaturas ainda mais baixas ocorre a formaccedilatildeo dos sulfatos re-

presentada por (23) (24) e (25) Em contrapartida devido ao calor adicional liberado

pelas outras reaccedilotildees a temperatura do meio se eleva ateacute que a maior parte dos sulfatos seja

decomposta de maneira que esses sulfatos para o caso avaliado representam menos de 2

da composiccedilatildeo do ustulado

De acordo com Boyanov Peltekov e Petkova [2014] a ocorrecircncia de outras reaccedilotildees

secundaacuterias tambeacutem eacute possiacutevel como a formaccedilatildeo das ferritas e silicatos dadas por

ZnO + Fe2O3 ZnFe2O4 (27)

2 ZnO + SiO2 Zn2SiO4 (28)

O alto teor de ferro (Fe) no concentrado eacute um dos paracircmetros utilizados para denir

a qualidade da mateacuteria-prima uma vez que um alto percentual de Fe no mineacuterio tende

a facilitar a formaccedilatildeo das ferritas formas muito estaacuteveis e pouco soluacuteveis do ferro que satildeo

indesejadas no processo produtivo do zinco devido ao impacto negativo na taxa de lixiviaccedilatildeo

de zinco [BOYANOV PELTEKOV PETKOVA 2014]

Vale ressaltar que a formaccedilatildeo das ferritas tambeacutem depende muito da natureza fiacutesica

do mineacuterio Visto que se o mineacuterio apresentar na sua composiccedilatildeo mineraloacutegica o ZnS e o

FeS separadamente estes se oxidaratildeo formando Fe2O3 e ZnO de maneira que a formaccedilatildeo

da ferrita precisaraacute de mais tempo para ocorrer ao longo do processo Por outro lado se

o mineacuterio original possuir em uma mesma estrutura o ZnS e o FeS a formaccedilatildeo de ferrita

seraacute favorecida Cortez [2002] arma que experimentalmente chegou-se a resultados que

demonstram uma menor formaccedilatildeo de ferrita de zinco para o caso de processos de ustulaccedilatildeo

que ocorrem de maneira mais raacutepida e com temperaturas mais elevadas

24 Consideraccedilotildees nais

Neste capiacutetulo foi apresentada uma visatildeo geral do processo de ustulaccedilatildeo incluindo desde

as formas de ocorrecircncia do zinco ateacute as particularidades sob a oacutetica termodinacircmica e rea-

cional do processo Foram explicadas as diferenccedilas entre as rotas de produccedilatildeo do zinco as

tecnologias mais utilizadas atualmente assim como a importacircncia da etapa de ustulaccedilatildeo no

processo Integrado Silicato-Sulfeto O intuito ao fazer essa introduccedilatildeo das particularidades

do processo a ser estudado eacute que ao assimilar a forma como ele opera atualmente isso

sirva de base para compreender melhor as mudanccedilas que seratildeo propostas neste trabalho e

o impacto que elas podem causar

Em seguida foram apresentados o diagrama de predominacircncia para o sistema Zn-S-O e

os principais mecanismos reacionais com foco especial nas condiccedilotildees que levam agrave formaccedilatildeo

das ferritas produto tido como indesejado ustulaccedilatildeo do zinco

No capiacutetulo a seguir o problema abordado neste trabalho eacute descrito assim como as

principais metodologias que vecircm sendo aplicadas de acordo com a literatura disponiacutevel

tomando como base a introduccedilatildeo desenvolvida neste capiacutetulo

Capiacutetulo 3

Descriccedilatildeo do problema

Neste capiacutetulo eacute apresentado um levantamento das principais abordagens do processo de

ustulaccedilatildeo do zinco encontradas na literatura com destaque para questotildees como controle de

temperatura e uidodinacircmica do ustulador estrateacutegias de blendagem e paracircmetros cineacuteticos

das reaccedilotildees de ustulaccedilatildeo Em seguida uma seccedilatildeo eacute dedicada agrave descriccedilatildeo do problema

abordado no trabalho e a partir da visatildeo geral do processo descrita no capiacutetulo anterior

satildeo destacadas as motivaccedilotildees para cada conguraccedilatildeo proposta com foco no aumento da aacuterea

de troca teacutermica em diferentes pontos do processo de ustulaccedilatildeo

31 Principais abordagens

A blendagem adequada do concentrado a ser alimentado no ustulador eacute um tema recor-

rente em trabalhos focados na metalurgia extrativa do zinco [BOYANOV SANDALSKI

IVANOV 2011 BOYANOV PELTEKOV PETKOVA 2014]

Devido agrave utilizaccedilatildeo de diversos tipos de concentrados em uma mesma campanha Boya-

nov Sandalski e Ivanov [2011] realizaram um estudo de caracterizaccedilatildeo por diferentes meacute-

todos e a partir da utilizaccedilatildeo de softwares para o caacutelculo e prognoacutestico da composiccedilatildeo

quiacutemica assim como das proporccedilotildees de mistura o estudo propotildee condiccedilotildees que levam ao

aprimoramento de iacutendices econocircmicos ainda que haja variaccedilotildees no concentrado alimentado

Nessa mesma linha com base em teacutecnicas de DRX DTA TGA e Moumlssbauer Boyanov

Peltekov e Petkova [2014] avaliaram diferentes tipos de concentrados com foco no teor de

Capiacutetulo 3 Descriccedilatildeo do problema 31

ferro (Fe) com o objetivo de denir condiccedilotildees de alimentaccedilatildeo que minimizassem a presenccedila

de ferritas (ZnFe2O4) no ustulado uma vez que essas espeacutecies dicultam a lixiviaccedilatildeo do zinco

nas etapas subsequentes do processo RLE

Aleacutem das condiccedilotildees de alimentaccedilatildeo adotadas na ustulaccedilatildeo outro ponto de interesse

se refere agrave ocorrecircncia das reaccedilotildees no leito uidizado Em Marzoughi et al [2018] foram

investigados os mecanismos e a cineacutetica das reaccedilotildees para a ustulaccedilatildeo de um concentrado de

esfalerita Para isso foram realizados experimentos onde se avaliou o efeito do tempo e da

temperatura no grau de oxidaccedilatildeo atraveacutes de aquecimento isoteacutermico e natildeo isoteacutermico Para

o ajuste dos dados os autores adotaram o modelo de encolhimento de nuacutecleo Devido agrave

abordagem experimental do problema tambeacutem foram utilizadas anaacutelises termogravimeacutetricas

(TGA) e termogravimeacutetricas derivadas (DTGA)

Outra abordagem que vem sendo utilizada nos problemas envolvendo a ustulaccedilatildeo faz uso

da uidodinacircmica computacional (CFD) alternativa amplamente aplicada para o ajuste de

paracircmetros (granulometria massa especiacuteca das partiacuteculas velocidade de uidizaccedilatildeo dentre

outros) que garantam um alto grau de conversatildeo das reaccedilotildees de ustulaccedilatildeo Trabalhos como

o de Dash Mohanty e Mishra [2017] avaliaram a possibilidade de se alcanccedilar um aumento

de conversatildeo das reaccedilotildees do processo de ustulaccedilatildeo a partir da modelagem e simulaccedilatildeo de

um forno ustulador em CFD O estudo teve como objetivo avaliar o comportamento das

partiacuteculas com menor granulometria considerando diferentes vazotildees de alimentaccedilatildeo e o

efeito que a utilizaccedilatildeo de um ar de uidizaccedilatildeo enriquecido com O2 exerce sobre conversatildeo

do ZnS em ZnO

Ainda sobre a granulometria do concentrado Balarini et al [2008] desenvolveu um estudo

que tambeacutem teve como base teacutecnicas de difraccedilatildeo de raio-X (DRX) e microscopia eletrocircnica

de varredura (MEV) para a caracterizaccedilatildeo do concentrado sulfetado e do ustulado de

modo que foi identicada uma relaccedilatildeo direta entre os tamanhos das partiacuteculas dos mineacuterios

sulfetados com a ocorrecircncia de ustulaccedilatildeo incompleta

Com base em um ponto de vista focado na termodinacircmica do processo Safarzadeh

e Howard [2018] desenvolveram um novo tipo de diagrama para expressar as relaccedilotildees de

equiliacutebrio do sistema metal-enxofre-oxigecircnio (M-S-O) denominado Roaster diagrams onde

um dos casos avaliados eacute justamente o sistema Zn-S-O De acordo com os autores embora

os diagramas de aacuterea de predominacircncia (PADs) que jaacute satildeo consolidados sejam uacuteteis para

a determinaccedilatildeo das fases estaacuteveis nesse tipo de sistema um diagrama mais uacutetil seria aquele

que mostra as aacutereas de estabilidade de diferentes fases em funccedilatildeo da temperatura e do

percentual de oxigecircnio dos gases que saem do ustulador uma vez que esses satildeo paracircmetros

que o metalurgista pode manipular durante a operaccedilatildeo

Em termos de controle Nyberg [2004] realizou a caracterizaccedilatildeo do processo de ustulaccedilatildeo

e a partir disso propocircs uma estrateacutegia de controle baseada em loacutegica fuzzy tendo como

principal objetivo aumentar a produccedilatildeo de ustulado por meio da otimizaccedilatildeo da taxa de

tratamento dos gases gerados O autor destaca a importacircncia de se controlar a temperatura

do ustulador e a quantidade de O2 no leito aleacutem de enfatizar o impacto que a performance

da caldeira de recuperaccedilatildeo exerce no grau de liberdade para manipulaccedilatildeo de variaacuteveis do

ustulador A Figura 31 mostra um esquema com a estrateacutegia de controle desenvolvida

Figura 31 Esquema da estrateacutegia de controle desenvolvida por Nyberg [2004]

Fonte Adaptada de Nyberg [2004]

Com o mesmo objetivo Taskinen et al [2008] propocircs um sistema de controle avanccedilado

de um forno ustulador de leito uidizado utilizando modelos de seacuteries temporais de modo

que seja possiacutevel maximizar a alimentaccedilatildeo de concentrado mantendo os paracircmetros ope-

racionais do forno dentro dos limites O sistema de controle proposto baseia-se em um

modelo dinacircmico e preditivo com paracircmetros determinados experimentalmente utilizando

o MATLABSIMULINK

Com exceccedilatildeo do trabalho de Nyberg [2004] em geral os trabalhos mencionados demons-

tram uma forte tendecircncia em realizar estudos focados exclusivamente no ustulador de modo

que natildeo satildeo investigados os impactos que as alteraccedilotildees propostas podem gerar na caldeira

de recuperaccedilatildeo e na limpeza de gases por exemplo As estrateacutegias propostas por Nyberg

[2004] e Taskinen et al [2008] estatildeo alinhadas com o que eacute abordado neste trabalho ou

seja o aumento da vazatildeo de concentrado no ustulador Nesse sentido este trabalho tem

como objetivo o desenvolvimento de um modelo fenomenoloacutegico que consiga responder como

algumas variaacuteveis chaves no processo de ustulaccedilatildeo se comportaratildeo mediante modicaccedilotildees

nos cenaacuterios de alimentaccedilatildeo e a partir deste propor modicaccedilotildees que permitam o aumento

da produccedilatildeo de ZnO via concentrado como descrito na proacutexima seccedilatildeo

32 Troca teacutermica no processo de ustulaccedilatildeo

No capiacutetulo anterior foi apresentada uma descriccedilatildeo mais detalhada do processo de ustulaccedilatildeo

com destaque para a Figura 23 que mostra desde a alimentaccedilatildeo do ustulador ateacute a etapa

de limpeza dos gases realizada na scrubber O modelo desenvolvido neste trabalho tambeacutem

se estenderaacute ateacute a etapa de limpeza dos gases em virtude dos pontos criacuteticos identicados

e discutidos a seguir

A etapa de ustulaccedilatildeo pertencente ao processo Integrado Silicato-Sulfeto especicamente

apresenta como um dos seus principais problemas a diculdade em encontrar alternativas

que possibilitem o aumento da produccedilatildeo de ustulado sem comprometer a operaccedilatildeo da planta

equipamentos e produccedilatildeo Obviamente o aumento da produccedilatildeo de ustulado soacute eacute possiacutevel

atraveacutes do aumento da vazatildeo de concentrado para o forno ustulador entretanto conside-

rando que um aumento de alimentaccedilatildeo de concentrado tem como consequecircncia a elevaccedilatildeo

das temperaturas ao longo do processo a diculdade em realizar essa modicaccedilatildeo eacute limitada

pela capacidade de resfriamento do ustulador e de outras partes do processo

Conforme citado anteriormente a injeccedilatildeo de aacutegua diretamente sobre o leito eacute uma praacutetica

comum nas induacutestrias Poreacutem o aumento da vazatildeo de aacutegua para controle da temperatura

do forno ustulador eacute limitado pela capacidade de resfriamento da scrubber visto que uma

maior quantidade de aacutegua sobre o leito uidizado eacute diretamente proporcional agrave vazatildeo de

gaacutes que sai do ustulador e segue ateacute a scrubber Diante disso com o objetivo de mitigar

problemas na scrubber uma estrateacutegia utilizada atualmente para o controle de temperatura

no caso do processo para o qual o modelo foi desenvolvido eacute substituir cerca de 25 em

massa da alimentaccedilatildeo do forno ustulador com o ustulado jaacute produzido que no caso de ser

utilizado para esses ns tambeacutem eacute denominado como carga fria

Ao se considerar essa praacutetica de utilizar carga fria como estrateacutegia para o controle de

temperatura a primeira proposta de modicaccedilatildeo avaliada corresponde a uma alteraccedilatildeo no

proacuteprio ustulador onde se analisa o impacto que um aumento da aacuterea de troca teacutermica da

serpentina pode trazer para o processo mediante uma reduccedilatildeo de carga fria e consequente-

mente o aumento da vazatildeo de concentrado

Outro ponto chave no processo de ustulaccedilatildeo eacute a operaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo

As temperaturas de entrada e saiacuteda dos gases que passam pela caldeira satildeo diretamente

afetadas pelo cenaacuterio de alimentaccedilatildeo do ustulador Portanto uma vez que ocorra alguma

elevaccedilatildeo de temperatura no ustulador dadas as condiccedilotildees limites de operaccedilatildeo da caldeira

esse efeito seraacute observado nos gases que saem da caldeira e seguem para a scrubber

Diante disso a segunda conguraccedilatildeo avaliada consiste na inclusatildeo de um trocador de

calor entre a caldeira de recuperaccedilatildeo e a scrubber de modo que os gases que saem da

caldeira sejam utilizados para preacute-aquecer a aacutegua de circulaccedilatildeo utilizada na serpentina e na

caldeira Sendo assim tem-se como objetivo quanticar a capacidade de aumento da vazatildeo

de concentrado desde que os gases de entrada da scrubber estejam em uma temperatura

que respeite a capacidade de resfriamento da mesma

A terceira e uacuteltima conguraccedilatildeo se refere agrave etapa de limpeza dos gases uma vez que

um aumento da temperatura na alimentaccedilatildeo da torre resultaraacute em uma maior temperatura

nos gases que saem pelo topo da mesma Tal alteraccedilatildeo implica no aumento da umidade dos

gases o que natildeo eacute recomendado devidos aos diversos problemas que podem ser causados agrave

jusante desse ponto da faacutebrica como a possibilidade de corrosatildeo na faacutebrica de aacutecido

Em virtude disso nessa conguraccedilatildeo tem-se como objetivo avaliar a capacidade de au-

mento da vazatildeo de concentrado diante da inclusatildeo de um trocador de calor na aacutegua de

recirculaccedilatildeo da proacutepria torre manipulando em paralelo a vazatildeo de makeup de aacutegua de

resfriamento

Ao se denir as propostas de alteraccedilotildees no processo de ustulaccedilatildeo o estudo do efeito da

troca teacutermica em diferentes pontos do processo levou em consideraccedilatildeo diversos cenaacuterios de

alimentaccedilatildeo onde fosse possiacutevel reduzir gradativamente a contribuiccedilatildeo de carga fria na

alimentaccedilatildeo do ustulador

Em resumo o presente trabalho se propotildee a avaliar a ustulaccedilatildeo sob a oacutetica da engenharia

de processos onde seja possiacutevel aprofundar questotildees que apesar de serem abordadas pela

literatura ainda satildeo tratadas de maneira pontual com foco especial no ustulador Aleacutem

disso eacute importante ressaltar que a motivaccedilatildeo de se avaliar o aumento de produtividade

com foco na etapa de ustulaccedilatildeo eacute justicada pela abertura de uma nova mina que forneceraacute

concentrado sulfetado Dessa forma o trabalho natildeo implica apenas uma otimizaccedilatildeo do

ponto de vista energeacutetico eou de produccedilatildeo uma vez que passou a ser uma necessidade de

ajuste agraves novas demandas da planta para a qual o trabalho foi desenvolvido

Os resultados das simulaccedilotildees foram validados a partir de dados de planta em termos de

temperatura vazatildeo e composiccedilatildeo e permitiu avaliar a sensibilidade do processo agrave quatro

variaacuteveis decisivas vazatildeo de concentrado vazatildeo de carga fria vazatildeo de ar para uidizaccedilatildeo

do leito e a aacuterea de troca teacutermica em diferentes pontos do processo de ustulaccedilatildeo A manipu-

laccedilatildeo simultacircnea dessas variaacuteveis gerou uma matriz com centenas de cenaacuterios operacionais

tornando possiacutevel avaliar aqueles que resultam em aumento de produccedilatildeo de ZnO e de vapor

Neste capiacutetulo com base na literatura jaacute existente acerca dos toacutepicos previamente citados

neste capiacutetulo e nos problemas identicados na proacutepria operaccedilatildeo da planta sob estudo

deseja-se propor modicaccedilotildees na etapa de ustulaccedilatildeo do processo Integrado Silicato-Sulfeto

de modo que se torne posssiacutevel o aumento da produccedilatildeo de ZnO e vapor via concentrado O

objetivo central eacute aumentar a capacidade de resfriamento do processo a partir de alternativas

que exijam um baixo custo de investimento para que se torne possiacutevel a elevaccedilatildeo da vazatildeo

de concentrado alimentada ao ustulador

A partir das abordagens apresentadas tambeacutem foi explicada a motivaccedilatildeo para se realizar

um trabalho com um enfoque voltado para a engenharia de processos demonstrando que

uma visatildeo global do processo pode responder questotildees que ainda natildeo foram aprofundadas

devido ao fato das atenccedilotildees na maioria dos trabalhos estarem voltadas para o ustulador

isoladamente Aleacutem disso foram denidas as justicativas para cada conguraccedilatildeo que seraacute

avaliada

No capiacutetulo a seguir eacute realizada a apresentaccedilatildeo do modelo de simulaccedilatildeo desenvolvido e

que seraacute utilizado para propor as modicaccedilotildees incluindo detalhes relacionados aos meacutetodos

numeacutericos modelos termodinacircmicos e as variaacuteveis de validaccedilatildeo do modelo

Capiacutetulo 4

Modelagem e simulaccedilatildeo do processo

Neste capiacutetulo satildeo apresentadas as etapas para a construccedilatildeo do modelo de simulaccedilatildeo do

processo de ustulaccedilatildeo utilizado neste trabalho Primeiramente eacute apresentada e justicada

a escolha do ambiente de simulaccedilatildeo Em seguida satildeo explicados os criteacuterios para a de-

niccedilatildeo dos modelos termodinacircmicos para cada parte do processo assim como as estrateacutegias

utilizadas para a escolha dos meacutetodos numeacutericos responsaacuteveis pela resoluccedilatildeo dos balanccedilos

de massa e energia do processo como um todo Na sequecircncia satildeo mostradas as rotinas ado-

tadas para a implementaccedilatildeo do modelo de forma que seja possiacutevel representar os principais

fenocircmenos desde o ustulador ateacute a limpeza dos gases Por m o modelo eacute validado usando

dados de planta que foram fornecidos

41 Ambiente de simulaccedilatildeo

Um dos principais criteacuterios para a escolha de uma ferramenta em detrimento de outra eacute

o tipo de resposta que se busca para solucionar um determinado problema A escolha do

ambiente de simulaccedilatildeo teve como prioridade garantir a avaliaccedilatildeo do processo de ustulaccedilatildeo

de maneira global mas ainda assim ser possiacutevel denir novos cenaacuterios de operaccedilatildeo com o

niacutevel de detalhe necessaacuterio para viabilizar a implementaccedilatildeo da melhor alternativa

O simulador escolhido foi o Aspen PlusTM software amplamente utilizado para mode-

lar matematicamente processos quiacutemicos se mostrando como uma ferramenta poderosa na

resoluccedilatildeo de problemas criacuteticos de engenharia de processos que podem surgir desde a con-

Capiacutetulo 4 Modelagem e simulaccedilatildeo do processo 38

cepccedilatildeo de um novo projeto ateacute a otimizaccedilatildeo das operaccedilotildees de um processo jaacute consolidado

Para isso este simulador se vale de relaccedilotildees fundamentais da engenharia quiacutemica como

balanccedilos de massa e energia equiliacutebrio de fase e quiacutemico e cineacutetica das reaccedilotildees Uma vez

que todos esses equacionamentos satildeo tratados de maneira acoplada satildeo obtidos modelos

complexos que exigem a utilizaccedilatildeo de estrateacutegias de convergecircncia especiacutecas como sugerir

cortes oacutetimos no uxo de informaccedilotildees meacutetodos numeacutericos adequados para cada etapa de

resoluccedilatildeo e estabelecer a sequecircncia de resoluccedilatildeo para uxogramas que necessitam realizar a

recirculaccedilatildeo de dados

Outro criteacuterio levado em consideraccedilatildeo foi o fato do Aspen PlusTM apresentar como uma

de suas principais caracteriacutesticas um extenso banco de dados com modelos de propriedades

fiacutesicas e quiacutemicas meacutetodos de estimativa e modelos termodinacircmicos Tais fatores satildeo tidos

como essenciais para uma boa representatividade do modelo principalmente em situaccedilotildees

onde eacute preciso prever comportamentos fora da idealidade como eacute o caso do processo de

ustulaccedilatildeo

Aleacutem da possibilidade de desenvolver modelos fenomenoloacutegicos para diversos tipos de

processo o simulador se destaca pela sua interface graacuteca que permite o usuaacuterio inserir os

dados de entrada necessaacuterios de maneira bastante intuitiva As representaccedilotildees graacutecas dos

equipamentos assim como a facilidade de conectaacute-los com correntes de processo permitem

uma visatildeo global do processo e consequentemente um melhor entendimento de como as

variaacuteveis podem estar correlacionadas

Por m era desejaacutevel que uma vez concluiacuteda a etapa de modelagem e validaccedilatildeo fosse

possiacutevel denir novos cenaacuterios de operaccedilatildeo com ou sem modicaccedilotildees no uxograma do

processo Nesse sentido o Aspen PlusTM permite realizar essas alteraccedilotildees assim como as

anaacutelises de sensibilidade para gerar convenientemente as tabelas e os graacutecos que mos-

tram como o desempenho do processo varia com mudanccedilas realizadas nas especicaccedilotildees dos

equipamentos e nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo selecionadas

42 Modelos termodinacircmicos

A primeira etapa no desenvolvimento de um modelo no Aspen PlusTM eacute a deniccedilatildeo dos com-

ponentes e do modelo termodinacircmico que deve ser utilizado para calcular as propriedades

termodinacircmicas e de transporte Sendo assim eacute essencial que se realize um estudo preacutevio

do processo em questatildeo para que a escolha do modelo termodinacircmico seja realizada da me-

lhor maneira Para auxiliar nessa escolha o simulador tambeacutem oferece uma assistecircncia de

modo que baseado em algumas caracteriacutesticas chaves do processo o mesmo sugere as op-

ccedilotildees consideradas mais adequadas A Figura 41 apresenta um diagrama com as principais

caracteriacutesticas que o Aspen PlusTM solicita para a sugestatildeo de modelos termodinacircmicos ou

como tambeacutem satildeo conhecidos das equaccedilotildees de estado

Figura 41 Diagrama com opccedilotildees fornecidas pelo Aspen PlusTM para escolha do modelotermodinacircmico

Fonte Adaptada de Aspen Technology [2000]

De modo geral as equaccedilotildees de estado cuacutebicas aplicadas na representaccedilatildeo do comporta-

mento PVT das fases liacutequida e vapor precisam abranger uma larga faixa de temperatura e

pressatildeo Aleacutem disso natildeo devem ser complexas a ponto de gerar diculdades numeacutericas ou

analiacuteticas durante sua utilizaccedilatildeo Portanto equaccedilotildees polinomiais que satildeo cuacutebicas no volume

molar precisam equilibrar generalidade e simplicidade para possibilitar diversas aplicaccedilotildees

[SMITH NESS ABBOTT 2013]

As equaccedilotildees de estado geralmente expressam a pressatildeo como a soma de dois termos

uma pressatildeo de repulsatildeo (PR) e uma pressatildeo de atraccedilatildeo (PA) como mostrado na equaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

Onde g(V ) eacute funccedilatildeo do volume molar V

A primeira equaccedilatildeo cuacutebica uacutetil para essa nalidade foi proposta por van der Waals

em 1873 e eacute dada pela equaccedilatildeo (44) Desde entatildeo muitos autores propuseram variaccedilotildees

dessa relaccedilatildeo a exemplo de Redlich-Kwong Wilson Soave-Redlich-Kwong Peng-Robinson

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

A equaccedilatildeo (45) foi proposta por Peng e Robinson [1976] e teve como objetivo aprimorar

a precisatildeo dos valores de densidade gerados para a fase liacutequida bem como as pressotildees de

vapor e as proporccedilotildees de equiliacutebrio Ateacute entatildeo os valores de densidade para a fase liacutequida

apresentavam desvios signicativos dos valores reais mesmo com as equaccedilotildees de estado jaacute

existentes sendo capazes de calcular valores de densidade para a fase vapor considerados

aceitaacuteveis

V minus bminus a(T )

V (V + b) + b(V minus b)(45)

A equaccedilatildeo 45 tambeacutem pode ser reescrita da seguinte forma

Z3 minus (1minusB)Z2 + (Aminus 3B2 minus 2B)Z minus (AB minusB2 minusB3) = 0 (46)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

Ao se aplicar 45 no ponto criacutetico satildeo obtidas as seguintes expressotildees

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

b(Tc) = 0 07780RTcPc

Zc = 0 307 (412)

A equaccedilatildeo (45) manteacutem o padratildeo das equaccedilotildees de estado apresentando um termo

referente agrave pressatildeo de repulsatildeo e o outro agrave pressatildeo de atraccedilatildeo Ao se comparar as equaccedilotildees

(44) e (45) eacute possiacutevel observar que o segundo termo mais especicamente a funccedilatildeo g(V )

foi modicada

De acordo com Peng e Robinson [1976] ao se escolher uma funccedilatildeo adequada para g(V )

o fator criacutetico de compressibilidade previsto pode se aproximar de um valor mais realista

Aleacutem disso esse cuidado ao se propor novas modicaccedilotildees permitem ampliar a aplicabilidade

dessas equaccedilotildees a pressotildees mais altas melhorando signicativamente a previsatildeo de pressotildees

de vapor para substacircncias puras e consequentemente as razotildees de equiliacutebrio para misturas

Uma vez que o processo de ustulaccedilatildeo envolve as fases liacutequida vapor e soacutelida eacute importante

destacar a forma com que o simulador considera as questotildees relacionadas ao comportamento

termodinacircmico No caso do Aspen PlusTM ao se incluir soacutelidos convencionais (CISOLID)

no modelo isto eacute com foacutermula quiacutemica bem denida os mesmos natildeo participam dos caacutel-

culos de equiliacutebrio Dessa forma o modelo termodinacircmico deve ser escolhido com base nos

componentes convencionais que se encontram nas fases liacutequida e vapor

A escolha do modelo de Peng-Robinson para prever o comportamento PVT do processo

de ustulaccedilatildeo se mostrou ser a opccedilatildeo mais adequada devido ao processo ser submetido agrave

altas pressotildees de modo que o mesmo eacute responsaacutevel pela correccedilatildeo dos desvios em relaccedilatildeo agrave

idealidade das fases

422 Non-Random-Two-Liquid (NRTL)

O modelo NRTL foi desenvolvido por Renon e Prausnitz [1968] e teve como premissa um

dos conceitos introduzidos por Wilson [1964] o qual arma que em uma soluccedilatildeo liacutequida

composiccedilotildees locais diferentemente da composiccedilatildeo global da mistura satildeo supostamente

responsaacuteveis pelas orientaccedilotildees moleculares natildeo-aleatoacuterias e interaccedilotildees de curto alcance que

resultam de diferenccedilas no tamanho molecular e nas forccedilas intermoleculares Aleacutem disso

Wilson [1964] mostrou que o excesso de energia de Gibbs poderia ser convenientemente

expresso por uma funccedilatildeo algeacutebrica da composiccedilatildeo local

Seguindo essa mesma linha a equaccedilatildeo NRTL contendo trecircs paracircmetros para um sistema

binaacuterio eacute dada por

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

Os paracircmetros α b12 e b21 satildeo especiacutecos para um par de particular de espeacutecies aleacutem

de serem independentes da composiccedilatildeo e da temperatura Os valores dos coecientes de

atividade (γ1 e γ2) em uma condiccedilatildeo de diluiccedilatildeo innita satildeo fornecidos pelas equaccedilotildees

apresentadas a seguir [SMITH NESS ABBOTT 2013]

lnγinfin1 = τ21 + τ12eminusατ12 (413)

Apesar da escolha do modelo de Peng-Robinson para representar o comportamento ter-

modinacircmico da maior parte do processo de ustulaccedilatildeo a inclusatildeo da etapa de limpeza dos

gases mais especicamente da scrubber exigiu a escolha de um modelo termodinacircmico

especiacuteco para a representar o comportamento das propriedades fiacutesicas relacionadas aos

fenocircmenos de transferecircncia de massa e energia durante o resfriamento dos gases Essa ne-

cessidade ocorreu por duas razotildees as diferenccedilas nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo em termos de

pressatildeo entre o conjunto ustuladorcaldeira de recuperaccedilatildeo e a scrubber e a solubilidade do

SO2 em aacutegua paracircmetro este que exerce bastante inuecircncia no que se refere aos fenocircmenos

envolvidos no contato direto entre o gaacutes e a aacutegua

Dessa forma foram testados diferentes modelos termodinacircmicos disponiacuteveis no Aspen

PlusTM tomando como referecircncia o valor da solubilidade de SO2 em aacutegua agrave 20degC apresen-

tado no trabalho de Martins e De Andrade [2002] A Figura 42 apresenta o comportamento

da solubilidade do SO2 em funccedilatildeo da temperatura da aacutegua para os seguintes modelos termo-

dinacircmicos UNIQUAC NRTL UNIFAC PENG-ROB e AMINES Pelos pers obtidos ao

se comparar com o comportamento apresentado por Martins e De Andrade [2002] percebe-

se que os trecircs primeiros modelos apresentam um comportamento semelhante enquanto os

dois uacuteltimos natildeo tecircm nenhuma representatividade do processo

Figura 42 Pers de solubilidade do SO2 em aacutegua

0 10 20 30 400

Temperatura da aacutegua (ordmC)

UNIQUAC NRTL UNIFAC PENG-ROB AMINES Literatura

Fonte Martins e De Andrade [2002]

Na Tabela 41 eacute apresentada a comparaccedilatildeo para certicar qual eacute o meacutetodo mais indicado

ou seja qual apresenta o menor desvio com o valor teoacuterico

Tabela 41 Comparaccedilatildeo dos valores de solubilidade do SO2 em H2O

Literatura UNIQUAC NRTL UNIFAC PENG-ROB AMINES

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

O modelo NRTL apresentou o menor desvio quando comparado com o valor obtido pela

literatura Os valores apresentados na Tabela 41 mostram que o valor da solubilidade

teoacuterico obtido foi de 1066 g SO2kg H2O enquanto o fornecido pelo NRTL foi igual a

10474 g SO2kg H2O o que signica um desvio de 17 Portanto o NRTL foi o modelo

termodinacircmico utilizado para a modelagem da scrubber

43 Meacutetodos numeacutericos

O modo de resoluccedilatildeo do Aspen PlusTM eacute sequencial modular ou seja os resultados calcu-

lados para um bloco satildeo utilizados como informaccedilotildees de entrada para o bloco seguinte

Entretanto para que essa sequecircncia seja estabelecida primeiramente o simulador escolhe

automaticamente as chamadas Tear streams geralmente correntes de reciclo onde informa-

ccedilotildees como a vazatildeo total molar vazatildeo por componente pressatildeo e entalpia satildeo determinadas

a cada iteraccedilatildeo

Como dito anteriormente uma das estrateacutegias do Aspen PlusTM para a resoluccedilatildeo dos ba-

lanccedilos de massa e energia dos uxogramas eacute a realizaccedilatildeo de cortes no uxo de informaccedilotildees

o que gera os blocos de convergecircncia Esses blocos satildeo denidos de forma que se priorize a

convergecircncia das Tear streams Design Specs e os problemas de otimizaccedilatildeo (Optimization)

Os blocos de convergecircncia determinam como as estimativas para as Tear streams ou das

variaacuteveis manipuladas nos Design Specs satildeo atualizadas de iteraccedilatildeo para iteraccedilatildeo Dessa

forma eacute determinada uma sequecircncia que inclui todas as unidades de operaccedilatildeo e os blocos

de convergecircncia [ASPEN TECHNOLOGY 2000]

A Tabela 42 apresenta os meacutetodos numeacutericos escolhidos como padratildeo pelo Aspen PlusTM

para a resoluccedilatildeo do sistema de equaccedilotildees que representa o modelo implementado

Tabela 42 Meacutetodos numeacutericos utilizados como padratildeo pelo Aspen PlusTM

Meacutetodo padratildeo

Tears Wegstein

Single Design Spec Secante

Multiple Desig Spec Broyden

Tears amp Design Specs Broyden

Optimization SQP

A depender do niacutevel de complexidade do modelo eacute comum que seja necessaacuterio escolher

meacutetodos de resoluccedilatildeo diferentes do padratildeo do simulador No caso do processo de ustulaccedilatildeo

foram modicados os meacutetodos numeacutericos para a resoluccedilatildeo das Tear streams e do Optimi-

zation este uacuteltimo sendo utilizado para manipular as conversotildees das reaccedilotildees incluiacutedas no

ustulador de forma que a composiccedilatildeo nal do ustulado fosse atendida A Figura 43 mos-

tra os meacutetodos numeacutericos utilizados na resoluccedilatildeo dos balanccedilos do modelo desenvolvido A

seguir eacute apresentado um breve resumo sobre as premissas de cada meacutetodo

Figura 43 Meacutetodos numeacutericos utilizados no modelo do processo da ustulaccedilatildeo

431 Meacutetodo da Secante

O meacutetodo da secante eacute um meacutetodo de aproximaccedilatildeo linear e consiste em uma das variaccedilotildees

do meacutetodo de Newton O desenvolvimento teve como motivaccedilatildeo o fato de que a depender

da funccedilatildeo a deniccedilatildeo da sua derivada pode ser muito dispendiosa Para essas situaccedilotildees a

derivada pode ser aproximada por uma diferenccedila nita dada pela Equaccedilatildeo 415 [CHAPRA

f prime(xi) asympf(ximinus1)minus f(x1)

ximinus1 minus xi(415)

Ao substituir a Equaccedilatildeo 415 na equaccedilatildeo do meacutetodo de Newton se obteacutem a equaccedilatildeo

correspondente ao meacutetodo da Secante (416)

ximinus1 = xi minusf(xi)(ximinus1 minus xi)f(ximinus1)minus f(xi)

No Aspen PlusTM o meacutetodo da Secante geralmente eacute utilizado para convergir o Single

design spec ou blocos de convergecircncia gerados pelo proacuteprio usuaacuterio

432 Meacutetodo de Broyden

O meacutetodo de Broyden assim como o da secante tambeacutem se trata de uma modicaccedilatildeo do

meacutetodo de Newton e tem como objetivo a resoluccedilatildeo de sistemas natildeo lineares de forma

que seja possiacutevel reduzir a quantidade de funccedilotildees necessaacuterias a serem avaliadas para a

representaccedilatildeo de um sistema [BROYDEN 1965 SASSI 2010]

Os meacutetodos que possuem esse propoacutesito tambeacutem satildeo conhecidos como meacutetodos quase-

Newton e possuem o formato apresentado nas equaccedilotildees (417) e (418)

Bksk = minusF (xk) (417)

xk+1 = xk + sk (418)

Onde Bk consiste em uma substituta da matriz Jacobiana J(xk)

No simulador o meacutetodo de Broyden geralmente eacute utilizado para a convergecircncia das

Tear streams e dos Design Specs que satildeo fortemente dependentes o que se aplica ao caso

do processo de ustulaccedilatildeo como mostrado no toacutepico 44

Em uma situaccedilatildeo onde o meacutetodo Broyden esteja sendo utilizado e as variaacuteveis manipu-

ladas dos Designs Specs atingem seus limites inferior ou superior o meacutetodo encontra uma

soluccedilatildeo que minimiza a soma dos quadrados dos Designs Specs e os erros das Tear streams

divididos por suas respectivas toleracircncias As iteraccedilotildees param quando o quadrado meacutedio da

raiz das alteraccedilotildees nas variaacuteveis manipuladas em escala eacute menor que a toleracircncia denida

De acordo com Sassi [2010] o meacutetodo proposto por Broyden em 1965 eacute um dos mais

conhecidos entre os meacutetodos quase-Newton ou seja aqueles meacutetodos em que a matriz

Jacobiana J(xk) eacute aproximada por uma matriz Bk que satisfaz a equaccedilatildeo do meacutetodo da

secante O objetivo eacute se evitar a avaliaccedilatildeo da matriz Jacobiana a cada iteraccedilatildeo Aleacutem

disso a resoluccedilatildeo de sistemas lineares tambeacutem satildeo simplicadas A equaccedilatildeo que sintetiza o

meacutetodo de Broyden eacute apresentada em (417)

Bk+1 = Bk +(yk minusBks

k)(sk)T

(sk)T (sk)

yk = F (xk+1)minus F (xk)

sk = xk+1 minus xk

433 Otimizaccedilatildeo limitada por aproximaccedilatildeo quadraacutetica (BOBYQA)

A utilizaccedilatildeo da ferramenta Optimization disponibilizada pelo Aspen PlusTM permitiu o

ajuste das conversotildees das reaccedilotildees que ocorrem no ustulador Para isso foi implementada

uma funccedilatildeo objetivo com a nalidade de minimizar as diferenccedilas entre a composiccedilatildeo do

ustulado fornecida pela planta e os valores obtidos na simulaccedilatildeo

A Figura 44 apresenta a interface do Aspen PlusTM com as variaacuteveis manipuladas (con-

versotildees das reaccedilotildees) para minimizar essas diferenccedilas assim como as variaacuteveis que precisaram

ser denidas para a formulaccedilatildeo da funccedilatildeo objetivo

Para a resoluccedilatildeo dessa parte do modelo optou-se pela utilizaccedilatildeo do meacutetodo BOBYQA

desenvolvido por Powell [2009] Esse meacutetodo consiste em um algoritmo iterativo para en-

contrar um miacutenimo de uma funccedilatildeo F(x) com x isin Rn sujeita aos limites a le x le b A funccedilatildeo

F eacute especicada por uma caixa pretaque retorna o valor F(x) para qualquer variaacutevel x

Cada iteraccedilatildeo emprega uma aproximaccedilatildeo quadraacutetica de Q para F que satisfaz a condiccedilatildeo

Figura 44 Implementaccedilatildeo do Optimization no Aspen PlusTM

expressada pela equaccedilatildeo (419)

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

Onde m corresponde ao nuacutemero de pontos de interpolaccedilatildeo impostas em uma aproximaccedilatildeo

quadraacutetica

O valor de m eacute constante e denido pelo usuaacuterio de modo que esteja dentro do intervalo

[n + 2 12(n + 1)(n + 2)] sendo tiacutepico o valor m = 2n+ 1 Os pontos de interpolaccedilatildeo (yj)

satildeo escolhidos e ajustados automaticamente

De acordo com Powell [2009] o modelo eacute atualizado pela minimizaccedilatildeo da norma de

Frobenius da variaccedilatildeo da matriz de derivada de segunda ordem de Q Portanto nenhuma

derivada de primeira ordem de F eacute exigida explicitamente

44 Implementaccedilatildeo em ambiente simulado (Aspen PlusTM)

Uma vez denidos os modelos termodinacircmicos e meacutetodos numeacutericos a serem utlizados na

resoluccedilatildeo das equaccedilotildees de balanccedilo de massa e energia do processo de ustulaccedilatildeo o proacute-

ximo passo consiste na deniccedilatildeo dos componentes considerados para o desenvolvimento do

modelo os quais satildeo listados na Tabela 43

Conforme mostrado na Tabela 43 foram utilizados componentes soacutelidos e convencionais

(na forma liacutequida ou gasosa) a presenccedila da fase soacutelida adiciona um grau de diculdade a

mais na implementaccedilatildeo do uxograma visto que a fase soacutelida eacute tratada separadamente As

principais reaccedilotildees que ocorrem no forno ustulador e que foram consideradas nesse trabalho

satildeo apresentadas a seguir enquanto a Figura 45 mostra o uxograma implementado e a

Tabela 44 traz os principais inputs utilizados

Tabela 43 Componentes utilizados na modelagem

Componentes Foacutermula molecular Tipo

Sulfeto de zinco ZnS Soacutelido

Sulfeto de ferro FeS Soacutelido

Sulfeto de cobre CuS Soacutelido

Sulfeto de chumbo PbS Soacutelido

Oacutexido de zinco ZnO Soacutelido

Oacutexido de ferro III (hematita) Fe2O3 Soacutelido

Oacutexido de cobre CuO Soacutelido

Oacutexido de chumbo PbO Soacutelido

Enxofre S Soacutelido

Oxigecircnio O2 Convencional

Dioacutexido de enxofre SO2 Convencional

Aacutegua H2O Convencional

Nitrogecircnio N2 Convencional

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

ulaccedilatildeodoprocesso

Figura 45 Fluxograma do processo de ustulaccedilatildeo implementado em Aspen PlusTM

HIERARCHYHIERARCHY

AR DE FLUIDIZAiumliquestfrac12iumliquestfrac12O

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

VASO-VAPOR DESAERADOR

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

H2O-CIRCULACcedilAtildeO

Tabela 44 Dados de entrada para o caso base

Corrente Componentes Fraccedilatildeo molar Vazatildeo Temperatura (degC) Pressatildeo (bar)

AR DE FLUIDIZACcedilAtildeON2 079

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

Fraccedilatildeo maacutessica

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

As reaccedilotildees que ocorrem no forno ustulador foram simuladas a partir da rotina RStoic

correspondente ao modelo de um reator estequiomeacutetrico Para isso eacute necessaacuterio incluir as

estequiometrias e as conversotildees das reaccedilotildees

Como dito anteriormente o valor da conversatildeo de cada reaccedilatildeo foi ajustado com a fer-

ramenta Optimization do Aspen PlusTM minimizando a diferenccedila entra a composiccedilatildeo do

ustulado nal (resposta do modelo) e a composiccedilatildeo da carga fria (dado de planta) Vale

lembrar que a carga fria nada mais eacute do que parte do produto que sai do ustulador e eacute

realimentado junto com o concentrado A Figura 46 mostra de forma mais detalhada como

o forno ustulador foi implementado sendo possiacutevel observar a inclusatildeo do bloco correspon-

dente agrave serpentina parte essencial para a retirada de parte do calor gerado em decorrecircncia

da natureza exoteacutermica das reaccedilotildees consideradas Para ns de simulaccedilatildeo a serpentina pre-

sente no interior do ustulador foi representada por um bloco baseado na rotina HeatX a

qual eacute capaz de prever a troca de calor que na praacutetica ocorre entre a aacutegua de circulaccedilatildeo e o

interior do ustulador com base no valor da aacuterea de troca teacutermica informada pela planta

De acordo com a Figura 46 o ustulador conta com quatro correntes de entrada concen-

trado sulfetado misturado e carga fria ar de uidizaccedilatildeo O2 utilizado no enriquecimento do

Figura 46 Implementaccedilatildeo do ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

CONCENTRADO + CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

AR DE FLUIDIZACcedilAtildeO

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

ar e a aacutegua de resfriamento do leito A corrente H2O mostrada na Figura 45 e que tambeacutem

compotildee a carga do blend corresponde agrave umidade presente no concentrado sulfetado sendo

manipulada para atender uma umidade meacutedia de 8 independente da vazatildeo de alimenta-

ccedilatildeo Apoacutes a serpentina tambeacutem foi incluiacutedo um bloco separador cuja nalidade eacute simular

as vazotildees de soacutelido que saem pelo topo e pela base do forno ustulador

Aleacutem da fraccedilatildeo maacutessica de enxofre no ustulado para essa seccedilatildeo do modelo foram utili-

zadas como variaacuteveis de validaccedilatildeo a temperatura meacutedia de operaccedilatildeo do ustulador e a vazatildeo

de aacutegua injetada diretamente no leito A Tabela 45 especica alguns inputs especiacutecos para

a seccedilatildeo do ustulador

Tabela 45 Informaccedilotildees adicionais para a implementaccedilatildeo do ustulador

Inputs

Vazatildeo de aacutegua na serpentina 820 th

Aacuterea de troca teacutermica da serpentina 240 m2

Fraccedilatildeo de ustulado retirada na parte inferior do forno 300

442 Caldeira de recuperaccedilatildeo

Para o entendimento da operaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo eacute importante esclarecer alguns

detalhes relacionados ao circuito da aacutegua no processo Ao se observar a Figura 45 nota-se

que a aacutegua de circulaccedilatildeo total que sai do vaso de vapor eacute bombeada e dividida entre a

caldeira de recuperaccedilatildeo e a serpentina do forno ustulador de forma que haacute a geraccedilatildeo de

vapor nesses dois pontos na planta de ustulaccedilatildeo

A corrente bifaacutesica (liacutequido-vapor) que sai da serpentina e da caldeira segue para o vaso

de vapor a partir do qual o vapor saturado para ser usado em outras partes da planta eacute

obtido ao mesmo tempo uma vazatildeo de make-up de aacutegua vinda do desaerador tambeacutem eacute

alimentada ao vaso de vapor Eacute importante destacar que esse make-up eacute funccedilatildeo natildeo soacute

da retirada de vapor como tambeacutem da purga contiacutenua a qual estaacute diretamente ligada agrave

qualidade da aacutegua de circulaccedilatildeo da caldeira e da serpentina

A caldeira de recuperaccedilatildeo desempenha um papel fundamental no processo de ustulaccedilatildeo

uma vez que o vapor gerado na mesma juntamente com o vapor produzido na serpentina

supre boa parte da demanda de vapor da planta A Figura 47 mostra a escolha da rotina

HeatX para a sua implementaccedilatildeo a qual consegue prever como a troca de calor ocorreraacute

entre a aacutegua de circulaccedilatildeo e os gases oriundos do forno ustulador utilizando a aacuterea de troca

teacutermica que tambeacutem foi informada pela planta sendo possiacutevel determinar a quantidade de

vapor gerada nessas condiccedilotildees de operaccedilatildeo

A estrateacutegia de dividir a caldeira em dois trocadores (CALDEIRA-1 e CALDEIRA-2)

foi utilizada porque aproximadamente 70 do ustulado eacute arrastado pelos gases que satildeo

alimentados agrave caldeira Essa divisatildeo possibilitou simular a remoccedilatildeo de parte do ustulado

Figura 47 Implementaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

CALDEIRA-1 CALDEIRA-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

(ZNO-B) que adere aos primeiros feixes a partir da inclusatildeo de um separador similar ao

que foi implementado na hierarquia do ustulador (Figura 46)

O vaso de vapor foi implementado como um vaso ash equipamento tipicamente utili-

zado para realizar a separaccedilatildeo de correntes bifaacutesicas Conforme dados de planta a relaccedilatildeo

entre a vazatildeo de alimentaccedilatildeo do forno e a produccedilatildeo de vapor estaacute entre 1 e 118 dessa forma

utilizando a ferramenta Design Spec do Aspen PlusTM a vazatildeo de make-up (MAKEUP) foi

ajustada de acordo com a de vazatildeo de alimentaccedilatildeo do ustulador

Como variaacuteveis de validaccedilatildeo para essa etapa adotou-se as temperaturas dos gases na

entrada na regiatildeo intermediaacuteria e na saiacuteda da caldeira aleacutem da vazatildeo de vapor que sai da

ustulaccedilatildeo para atender as outras aacutereas da planta (autoclaves e lixiviaccedilotildees) Vale destacar

que parte desse vapor eacute direcionado para o desaerador com o objetivo de preacute-aquecer a aacutegua

de circulaccedilatildeo Por conta disso foram realizadas manipulaccedilotildees nessa quantidade de vapor

de modo a manter a temperatura da aacutegua de circulaccedilatildeo no valor xado pela operaccedilatildeo da

planta (105degC) A Tabela 46 apresenta algumas informaccedilotildees adicionais necessaacuterias para a

implementaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo

Tabela 46 Informaccedilotildees adicionais para a implementaccedilatildeo da caldeira de recuperaccedilatildeo

Inputs

Vazatildeo de aacutegua na caldeira 4260 th

Aacuterea de troca teacutermica da caldeira 6280 m2

Pressatildeo de operaccedilatildeo 295 bar

Coeciente global de transferecircncia de calor 45 kcalhm2K

Fraccedilatildeo de ustulado coletada nos batedores 210

O valor utilizado para o coeciente global de transferecircncia calor (45 kcalhm2K) foi

ajustado de acordo com algumas premissas importantes a exemplo da faixa de variaccedilatildeo

para esse paracircmetro em situaccedilotildees onde a transferecircncia ocorre entre as fases liacutequida e vapor

aleacutem dos dados de planta fornecidos para a temperatura na saiacuteda da caldeira e de geraccedilatildeo

de vapor

Esse tipo de consideraccedilatildeo eacute importante pelo fato de ser comum ocorrer variaccedilotildees nesse

coeciente ao longo da campanha seja em virtude do excesso de particulados nos feixes

da caldeira ou de eventuais alteraccedilotildees em outras condiccedilotildees de operaccedilatildeo Sendo assim ao

considerar os histoacutericos de dados para variaacuteveis como a temperatura de saiacuteda da caldeira

e da geraccedilatildeo de vapor eacute possiacutevel ajustar o coeciente global de transferecircncia de calor de

modo que o mesmo reita um periacuteodo de operaccedilatildeo considerado estaacutevel para a caldeira

443 Scrubber

A etapa de puricaccedilatildeo dos gases eacute um ponto criacutetico do processo de ustulaccedilatildeo sendo res-

ponsaacutevel pela limpeza e resfriamento dos gases que alimentaratildeo a faacutebrica de aacutecido Para a

realizaccedilatildeo de qualquer modicaccedilatildeo em termos de alimentaccedilatildeo de concentrado e carga fria

vazatildeo de aacutegua direta ou de ar de uidizaccedilatildeo eacute essencial que se avalie o impacto que tais

alteraccedilotildees possam implicar na capacidade de resfriamento desses gases A Figura 48 mostra

a implementaccedilatildeo dessa etapa no simulador Aspen PlusTM

Somada agrave escolha do modelo termodinacircmico discutida no toacutepico 422 algumas conside-

raccedilotildees foram realizadas para simulaccedilatildeo como listado a seguir

bull A torre possui trecircs estaacutegios os quais representam as trecircs seccedilotildees de pulverizaccedilatildeo de

aacutegua

bull A vazatildeo de make-up e de purga foram ajustadas de forma a manter a recirculaccedilatildeo de

aacutegua na faixa de 320 360 msup3h

bull A eciecircncia de vaporizaccedilatildeo foi denida como 90 35 e 20 para os estaacutegios 1 2 e

3 respectivamente

Os valores de eciecircncia de vaporizaccedilatildeo foram ajustados de modo que as temperaturas e

vazotildees se aproximassem o maacuteximo das informaccedilotildees de referecircncia (Tabela 47) Aleacutem disso

os valores obtidos demonstram que a solubilidade do SO2 tende a aumentar ao longo dos

estaacutegios uma vez que a medida que a vaporizaccedilatildeo decai mais SO2 apresenta-se na fase

liacutequida juntamente agrave aacutegua na base da scrubber

Figura 48 Implementaccedilatildeo da scrubber

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

A Tabela 47 apresenta as informaccedilotildees que foram utilizadas para a implementaccedilatildeo da

scrubber

Tabela 47 Informaccedilotildees adicionais para a implementaccedilatildeo da scrubber

Inputs

Pressatildeo de descarga das bombas 25 kgfcm2

Temperatura da aacutegua de make-up 260degC

Vazatildeo de make-up na scrubber 260 th

Temperatura dos gases na entrada da scrubber le 2900degC

Temperatura dos gases na saiacuteda da scrubber le 690degC

45 Validaccedilatildeo do modelo

Eacute comum em plantas industriais natildeo haver instrumentaccedilatildeo em todas as correntes do pro-

cesso visto que se prioriza os pontos criacuteticos onde a realizaccedilatildeo do controle ou monitoramento

eacute essencial para manter as condiccedilotildees operacionais adequadas Dessa forma a validaccedilatildeo do

modelo implementado foi realizada com base nos histoacutericos de dados de algumas variaacuteveis

que satildeo acompanhadas

A Tabela 48 apresenta os valores de planta e os resultados obtidos a partir do modelo

onde eacute possiacutevel observar uma boa concordacircncia entre os mesmos

Tabela 48 Validaccedilatildeo do modelo

Variaacutevel Dados de planta Simulaccedilatildeo

Temperatura meacutedia de operaccedilatildeo do ustulador (degC) 9395 9491

Aacutegua de circulaccedilatildeo nas serpentinas (m3h) 1051 1054

Temperatura dos gases na entrada da caldeira (degC) 9059 9078

Temperatura intermediaacuteria da caldeira (degC) 4587 4717

Temperatura dos gases na saiacuteda da caldeira (degC) 3316 3311

Make-up de aacutegua no vaso de vapor (m3h) 153 146

Geraccedilatildeo de vapor (th) 135 147

Vazatildeo de aacutegua direta no ustulador (m3h) 095 103

Os histoacutericos utilizados correspondem a um periacuteodo de operaccedilatildeo que representa um

cenaacuterio tiacutepico de operaccedilatildeo da planta Para a determinaccedilatildeo dos valores meacutedios foi realizado

um tratamento estatiacutestico para a obtenccedilatildeo do histograma e do boxplot com o objetivo

de identicar os outliers As Figuras 49a a 49b apresentam os graacutecos obtidos para a

temperatura meacutedia do ustulador e a vazatildeo de aacutegua direta respectivamente como exemplo

do tratamento realizado

Figura 49 Histogramas e boxplots dos histoacutericos de dados

(a) Temperatura meacutedia do ustulador

(b) Vazatildeo de aacutegua direta

46 Consideraccedilotildees Finais

Neste capiacutetulo foi detalhada a construccedilatildeo do modelo de simulaccedilatildeo para o processo de us-

tulaccedilatildeo que seraacute utilizado ao longo deste trabalho Foi apresentado desde os trabalhos de

referecircncia que fundamentam os modelos termodinacircmicos e meacutetodos numeacutericos utilizados na

resoluccedilatildeo dos balanccedilos de massa e energia ateacute o processo de implementaccedilatildeo e validaccedilatildeo do

modelo

No capiacutetulo a seguir satildeo discutidos os criteacuterios para a escolha de variaacuteveis que compotildeem

as anaacutelises de sensibilidade realizadas assim como as novas conguraccedilotildees propostas em prol

do aumento da aacuterea de troca teacutermica do processo e otimizaccedilatildeo de paracircmetros importantes

para a produccedilatildeo da ustulaccedilatildeo

Capiacutetulo 5

Anaacutelise de sensibilidade e novas

conguraccedilotildees

Este capiacutetulo aborda os criteacuterios utilizados para a construccedilatildeo de uma anaacutelise de sensibilidade

capaz de avaliar o efeito da troca teacutermica em diferentes pontos do processo de ustulaccedilatildeo

Iniciando pelas variaacuteveis que afetam por exemplo a temperatura do ustulador e da entrada

da scrubber Em seguida satildeo apresentados os resultados das anaacutelises de sensibilidade com o

aumento da aacuterea de troca teacutermica em trecircs pontos diferentes do processo no ustulador apoacutes

a caldeira de recuperaccedilatildeo e na scrubber Para a concepccedilatildeo dessas anaacutelises foram realizadas

modicaccedilotildees na conguraccedilatildeo do caso base de modo que satildeo discutidos os proacutes e os contras

de cada alternativa a partir de um estudo comparativo em termos de geraccedilatildeo de vapor

produccedilatildeo de ustulado (ZnO) e do investimento estimado para cada alternativa

51 Variaacuteveis relevantes para a troca teacutermica do processo

de ustulaccedilatildeo

A escolha das variaacuteveis a serem modicadas na anaacutelise de sensibilidade foi realizada no

sentido de buscar alternativas que permitissem o aumento da vazatildeo de alimentaccedilatildeo do

concentrado sulfetado de modo que ainda fosse possiacutevel manter a normalidade operacional

da planta com atenccedilatildeo especial para o efeito dessas mudanccedilas na temperatura dos gases de

entrada e na saiacuteda da scrubber

Capiacutetulo 5 Anaacutelise de sensibilidade e novas conguraccedilotildees 61

Com esse objetivo as primeiras variaacuteveis escolhidas para compor a anaacutelise de sensibili-

dade foram a vazatildeo de concentrado sulfetado e a vazatildeo de carga fria A inclusatildeo da carga

fria como variaacutevel de anaacutelise eacute justicada pelo fato de que a alimentaccedilatildeo do forno ustulador

eacute constituiacuteda por um percentual do ustulado produzido com a nalidade de retirar parte do

calor gerado pelas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo conforme citado anteriormente Tendo isso em vista

as modicaccedilotildees propostas visaram reduzir o percentual de carga fria e consequentemente

aumentar o de concentrado sulfetado

As simulaccedilotildees evidenciaram um alto niacutevel de acoplamento entre diversas variaacuteveis de

modo que algumas correlaccedilotildees foram estabelecidas por meio da ferramenta Design Spec o

que garantiu robustez ao modelo para a geraccedilatildeo de cenaacuterios de novas condiccedilotildees operacionais

A Tabela 51 apresenta as relaccedilotildees observadas entre algumas variaacuteveis do processo de forma

que cada linha corresponde a um Design Spec implementado no modelo Em outras palavras

variaacuteveis que antes eram calculadas pela simulaccedilatildeo ou xadas como um dado de entrada

tiveram seus valores recalculados de modo a coadunar com dados de planta mediante a

manipulaccedilatildeo de outras variaacuteveis

Tabela 51 Relaccedilotildees entre as variaacuteveis alvo e as variaacuteveis de decisatildeo

Variaacuteveis alvo Variaacuteveis de decisatildeo

Temperatura meacutedia do ustulador Vazatildeo de aacutegua direta no ustulador

Umidade da alimentaccedilatildeo do ustulador Vazatildeo de aacutegua adicionada agrave alimentaccedilatildeo

Razatildeo entre a aacutegua de make-up no desaerador e a alimentaccedilatildeo de concentrado Vazatildeo de make-up no desaerador

Temperatura da aacutegua na saiacuteda do desaerador Vazatildeo de vapor direcionada para o desaerador

Temperatura do ustulado na entrada do resfriador rotativo Fraccedilatildeo de soacutelidos retirada pelos batedores da caldeira

Aleacutem da vazatildeo de concentrado e carga fria outra variaacutevel escolhida foi a vazatildeo de ar visto

que aleacutem de exercer inuecircncia na uidizaccedilatildeo do leito tambeacutem afeta a conversatildeo das reaccedilotildees

de oxidaccedilatildeo dos sulfetos e as temperaturas ao longo do processo A Figura 51 mostra

a matriz resultante de uma anaacutelise de sensibilidade preliminar realizada para vericar o

impacto dessa variaacutevel cujos resultados foram obtidos mantendo a temperatura do forno

ustulador constante e igual agrave 950degC para tanto a vazatildeo de aacutegua adicionada diretamente

ao forno foi usada como variaacutevel de decisatildeo De acordo com a Figura 51 a coluna AIR

corresponde a vazatildeo de ar que variou de 22000 a 30000 Nm3h

Figura 51 Anaacutelise de sensibilidade para a vazatildeo de ar de uidizaccedilatildeo do leito

A Figura 52 apresenta o efeito da vazatildeo de ar sobre a temperatura dos gases na saiacuteda

da caldeira e o excesso de O2 na saiacuteda do forno ustulador Conforme esperado a Figura

52 mostra que o excesso de O2 eacute diretamente proporcional agrave vazatildeo de ar visto que a vazatildeo

de concentrado permaneceu constante ou seja a quantidade de enxofre disponiacutevel para

a combustatildeo permaneceu inalterada enquanto a de O2 foi aumentada Por essa gura eacute

possiacutevel observar que para o caso base (Tabela 55) a planta opera com aproximadamente

7 de excesso de O2

A Figura 52 tambeacutem mostra que a temperatura na saiacuteda da caldeira eacute diretamente

proporcional agrave vazatildeo de ar mesmo com a temperatura do forno tendo sido mantida cons-

tante Esse comportamento eacute explicado pelo fato da aacuterea de troca teacutermica da caldeira ter

permanecido constante enquanto a vazatildeo de gaacutes aumenta com a vazatildeo de ar Outra questatildeo

importante relacionada agrave operaccedilatildeo da caldeira eacute apresentada na Figura 53 onde eacute mostrado

que o aumento da vazatildeo de aacutegua de circulaccedilatildeo pela caldeira natildeo apresenta inuecircncia sobre a

temperatura de saiacuteda dos gases resultado obtido atraveacutes de outra anaacutelise de sensibilidade

onde apenas a vazatildeo de aacutegua de circulaccedilatildeo pela caldeira variou Esse resultado tambeacutem foi

obtido para a vazatildeo de aacutegua de circulaccedilatildeo pela serpentina do forno ustulador ou seja na

faixa estudada natildeo haacute inuecircncia sobre a temperatura do forno

A Figura 54 apresenta o efeito da vazatildeo de ar sobre a vazatildeo de aacutegua adicionada direta-

mente no forno ustulador e na temperatura dos gases na entrada da scrubber A partir do

graacuteco apresentado foi obtido um comportamento inversamente proporcional entre a vazatildeo

Figura 52 Excesso de O2 na saiacuteda do forno e temperatura dos gases na saiacuteda da caldeiraem funccedilatildeo da vazatildeo de ar

22000 24000 26000 28000 30000310

Vazatildeo de ar (Nm3h)

saiacuted

de aacutegua adicionada diretamente ao forno e a vazatildeo de ar essa tendecircncia eacute explicada pelo

aumento da quantidade de energia necessaacuteria para elevar a temperatura do ar que alimenta

o forno Ou seja o aumento da vazatildeo de ar provoca resfriamento do forno ustulador dimi-

nuindo a quantidade aacutegua necessaacuteria para manter a temperatura deste constante e igual a

950degC

A Figura 55 demonstra o efeito da vazatildeo de ar sobre a temperatura do forno e dos gases

na entrada da scrubber quando a vazatildeo de aacutegua adicionada diretamente ao forno eacute mantida

constante em outra anaacutelise de sensibilidade realizada Nessa gura observa-se que somente

eacute possiacutevel operar o forno em 950degC com vazotildees de ar proacutexima de 28000 Nm3h entretanto

a temperatura dos gases na entrada da scrubber ultrapassa 291degC valor maacuteximo permitido

na entrada da torre

Com base nos resultados das Figuras 54 e 55 observa-se um trade-o entre a vazatildeo

de ar de uidizaccedilatildeo e a vazatildeo de aacutegua adicionada diretamente ao forno operar com baixa

vazatildeo de ar e maior vazatildeo aacutegua direta ou operar com alta vazatildeo de ar e menor vazatildeo aacutegua

para o resfriamento do leito Essa decisatildeo se torna mais difiacutecil de ser tomada quando satildeo

Figura 53 Temperatura dos gases na saiacuteda da caldeira em funccedilatildeo da vazatildeo de aacutegua decirculaccedilatildeo

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

Vazatildeo de aacutegua na caldeira (th)

consideradas variaccedilotildees nas vazotildees de concentrado e carga fria Nesse sentido a anaacutelise de

sensibilidade considerando as diversas variaacuteveis do processo eacute fundamental para a tomada de

decisatildeo e tal anaacutelise somente pode ser realizada com a implementaccedilatildeo do modelo completo

do processo

Diante do amplo conjunto de combinaccedilotildees considerado as anaacutelise de sensibilidade apre-

sentadas a seguir mostraratildeo condiccedilotildees operacionais onde

bull Seja possiacutevel reduzir a vazatildeo de carga fria ao mesmo tempo em que se aumenta a

vazatildeo de concentrado que alimenta o ustulador

bull A vazatildeo total de soacutelidos que alimenta o ustulador seja menor ou igual agrave condiccedilatildeo

operacional atual

bull A temperatura dos gases na entrada e na saiacuteda da scrubber natildeo ultrapassem o valores

da restriccedilatildeo

Os dados utilizados para a construccedilatildeo dos graacutecos das Figuras 52 54 e 55 satildeo apre-

sentados na Tabela 52

Figura 54 Vazatildeo de aacutegua direta no leito e temperatura dos gases na entrada da scrubberem funccedilatildeo da vazatildeo de ar

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

Figura 55 Temperatura do ustulador e dos gases na entrada da scrubber em funccedilatildeo davazatildeo de ar

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

Tabela 52 Resultados da anaacutelise de sensibilidade em relaccedilatildeo ao ar de uidizaccedilatildeo

Ar de uidizaccedilatildeo (Nm3h) Excesso de O2 () Aacutegua direta (th) Tmeacutedia do ustulador (degC) Tsaiacuteda da caldeira (degC) Tentrada da scrubber (degC)

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

52 Conguraccedilatildeo I Aumento da serpentina no ustulador

Devido ao aumento de calor gerado pelas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo dos sulfetos resultante do

aumento da vazatildeo de concentrado foram realizados estudos preacutevios onde foi possiacutevel vericar

as variaacuteveis que mais afetam as temperaturas do forno na saiacuteda da caldeira e dos gases na

entrada e saiacuteda da scrubber Para contornar essas alteraccedilotildees percebeu-se que o aumento da

alimentaccedilatildeo de concentrado estaacute condicionado agrave capacidade de retirar calor que o processo

de ustulaccedilatildeo possui Tal observaccedilatildeo levou agrave inclusatildeo da quarta variaacutevel na anaacutelise de

sensibilidade a aacuterea de troca teacutermica

A primeira conguraccedilatildeo avaliada consiste em uma modicaccedilatildeo onde se propotildee o aumento

da aacuterea de troca teacutermica da serpentina do forno ustulador a qual foi implementada utili-

zando o mesmo uxograma apresentado na Figura 45 Essa escolha foi realizada levando

em consideraccedilatildeo o menor investimento necessaacuterio a ser realizado visto que uma modica-

ccedilatildeo de projeto na caldeira de recuperaccedilatildeo eacute muito mais complexa aleacutem de exigir um maior

investimento

Foram gerados centenas de casos os quais correspondem aos cenaacuterios possiacuteveis consi-

derando as combinaccedilotildees dentro dos intervalos denidos para as variaacuteveis selecionadas A

Figura 56 mostra parte das variaacuteveis do processo que foram acompanhadas durante as al-

teraccedilotildees nas vazotildees de concentrado carga fria ar de uidizaccedilatildeo e na aacuterea de troca teacutermica

da serpentina

Os intervalos estabelecidos para as variaacuteveis da anaacutelise de sensibilidade foram determina-

dos de acordo com algumas restriccedilotildees como o limite de carga de alimentaccedilatildeo do ustulador

Figura 56 Matriz resultante da anaacutelise de sensibilidade considerando as quatro variaacuteveisselecionadas

e a vazatildeo miacutenima de ar que garante a uidizaccedilatildeo do leito A Tabela 53 mostra os intervalos

para cada variaacutevel manipulada e o incremento para cada uma delas

Tabela 53 Dados para a anaacutelise de sensibilidade (conguraccedilatildeo I)

Intervalos avaliados na anaacutelise de sensibilidade Incremento

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

140 le Fconcentrado le 160 05 th

10 le Fcarga fria le 20 05 th

240 le Aserpentina le 320 4 m2

Apesar do nuacutemero signicativo de cenaacuterios gerados a partir da anaacutelise de sensibilidade os

resultados obtidos foram ltrados com base em alguns criteacuterios identicados especicamente

para o processo avaliado neste trabalho os quais satildeo apresentadas na Tabela 54

Tabela 54 Restriccedilotildees operacionais do processo de ustulaccedilatildeo

Variaacutevel Restriccedilatildeo

Vazatildeo de ar de uidizaccedilatildeo 22000 - 28000 Nm3h

Temperatura do ustulador 950 plusmn 10degC

Teor de enxofre (S) no ustulado 03 plusmn 005

Temperatura dos gases na saiacuteda da caldeira 325 plusmn 10degC

Temperatura na entrada do resfriador rotativo 800 plusmn 10degC

Temperatura na entrada da scrubber le 291degC

Os resultados dos cenaacuterios apresentados na Tabela 55 mostram que para diferentes

aacutereas de troca teacutermica da serpentina eacute possiacutevel aumentar a vazatildeo do concentrado e reduzir

a vazatildeo de carga fria simultaneamente

As linhas destacadas em cinza da Tabela 55 representam o caso base que foi obtido para

a condiccedilatildeo operacional atual O cenaacuterio 1 corresponde a uma nova condiccedilatildeo operacional

sem a necessidade de CAPEX e resulta em um aumento de mais de 10 na produccedilatildeo de

ustulado (ZnO) O aumento na produccedilatildeo de ustulado eacute obtido para a menor vazatildeo de ar

avaliada o que signica uma menor vazatildeo de gases gerada pelo ustulador implicando em

uma reduccedilatildeo de aproximadamente 86 na geraccedilatildeo de vapor

Tabela 55 Principais resultados da anaacutelise de sensibilidade (Conguraccedilatildeo I)

Cenaacuterio Aserpentina (m2) Fconcentrado (th) Fcarga fria (th) Nar (Nm3h) Tustulador (degC) H2O direta (th)

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

(a) Resultados - Conguraccedilatildeo I (Parte I)

Cenaacuterio Aserpentina (m2) Tout caldeira (degC) Tin scrubber (degC) Excesso O2 () Excesso S () FZnO (th) Fvapor (th) FSO2(th)

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

(b) Resultados - Conguraccedilatildeo I (Parte II)

Os cenaacuterios 2 e 3 representam condiccedilotildees operacionais onde haacute necessidade de investi-

mento de capital para aumento da aacuterea de troca teacutermica da serpentina do forno de us-

tulaccedilatildeo de forma que o ganho de produccedilatildeo de ZnO obtido cou entre 7 de 10 aleacutem

de um pequeno aumento na geraccedilatildeo de vapor no cenaacuterio 3 No caso especiacuteco do cenaacuterio

3 o investimento eacute da ordem de US$ 150000 enquanto o ganho com ZnO foi estimado

de forma conservadora em US$ 3000000 por ano As informaccedilotildees em termos nanceiros

foram apresentadas pela planta de modo que natildeo foi possiacutevel ter acesso ao detalhamento

desses caacutelculos

Os resultados da anaacutelise de sensibilidade que mostram o aumento da produccedilatildeo de ZnO a

partir da reduccedilatildeo da vazatildeo total de alimentaccedilatildeo do forno ustulador fornecem mais seguranccedila

quanto agrave uidizaccedilatildeo do leito

53 Conguraccedilatildeo II Inclusatildeo de um trocador de calor

apoacutes a caldeira de recuperaccedilatildeo

Outra possibilidade de aumentar a produccedilatildeo de ZnO com investimento de capital eacute resfriar

os gases antes da entrada na scrubber aproveitando a energia para preacute-aquecer alguma

corrente do processo Apesar de implicar em um maior investimento eacute uma alternativa

mais conservadora pois evita alteraccedilotildees na condiccedilatildeo operacional do forno ustulador em

especial na uidizaccedilatildeo

De fato a instalaccedilatildeo de um novo trocador de calor representa o aumento na aacuterea de

troca teacutermica do processo que natildeo afeta nem a serpentina do forno nem a caldeira de

recuperaccedilatildeo aumento esse que permite maior retirada do calor gerado pelas reaccedilotildees de

oxidaccedilatildeo dos sulfetos com aproveitamento para geraccedilatildeo de vapor

A Figura 57 mostra o uxograma com a inclusatildeo de um trocador de calor o qual tem

como objetivo resfriar os gases que iratildeo alimentar a scrubber e preacute-aquecer a corrente de

aacutegua que sai do desaerador

Foram traccedilados trecircs cenaacuterios um para cada temperatura de saiacuteda dos gases que passaratildeo

pelo novo trocador de calor antes de alimentar a scrubber A Tabela 56 mostra os intervalos

para as variaacuteveis alteradas e os intervalos avaliados

Tabela 56 Dados para a anaacutelise de sensibilidade (conguraccedilatildeo II)

250 le Tgaacutes na saiacuteda do novo trocador le 270 10degC

Para todos os cenaacuterios foi utilizado o valor de 47 Wm2K para o coeciente global de

transferecircncia de calor (U) do novo trocador

De acordo com os nuacutemeros apresentados na Tabela 57 como esperado quanto menor a

temperatura dos gases que saem do novo trocador de calor maior a aacuterea de troca teacutermica

necessaacuteria o que signica mais calor transferido para a aacutegua que alimenta o desaerador

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

adeenovasconguraccedilotildees

Figura 57 Fluxograma do processo de ustulaccedilatildeo com a inclusatildeo do trocador de calor agrave jusante da caldeira de recuperaccedilatildeo

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

VASO-VAPOR DESAERADORSCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

A Tabela 57 mostra o aumento da geraccedilatildeo de vapor pelo processo de ustulaccedilatildeo o qual

atenderaacute as demandas das outras aacutereas da planta Para cada cenaacuterio avaliado eacute possiacutevel

observar que a vazatildeo de vapor gerado estaacute ligada tanto agrave aacuterea de troca teacutermica do novo

trocador de calor quanto ao cenaacuterio de alimentaccedilatildeo avaliado Prova disso eacute que mesmo

o cenaacuterio 2 possuindo uma maior aacuterea de troca teacutermica do que o cenaacuterio 3 diante das

diferenccedilas das vazotildees de concentrado e carga fria o mesmo natildeo supera a geraccedilatildeo de vapor

do cenaacuterio 3 (+708) contra um aumento de 401 obtido pelo cenaacuterio 2

Tabela 57 Principais resultados da anaacutelise de sensibilidade (Conguraccedilatildeo II)

Cenaacuterio Atrocador (m2) Tgases scrubber (degC) Fconcentrado (th) Fcarga fria (th) Nar (Nm3h) Tustulador (degC) H2O direta (th)

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

(a) Resultados - Conguraccedilatildeo II (Parte I)

Cenaacuterio Atrocador (m2) Tout caldeira (degC) Excesso O2 () Excesso S () FZnO (th) Fvapor (th) FSO2(th)

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

(b) Resultados - Conguraccedilatildeo II (Parte II)

Os resultados para a conguraccedilatildeo II mostram a possibilidade de um aumento na vazatildeo

de vapor gerado entre 4 e 10 o que corresponde a uma economia de ateacute US$ 217000 por

ano com combustiacutevel que seria utilizado na caldeira convencional da planta Para o valor da

aacuterea do trocador escolhido pela planta o investimento estimado eacute da ordem US$ 72000000

Em resumo a inclusatildeo do novo trocador permite simultaneamente aumentar o ganho

de produccedilatildeo de ustulado (107 a 142) e de vapor (4 a 10) o que geralmente natildeo ocorre

quando o aumento da aacuterea de troca teacutermica eacute realizado na serpentina do forno

Os resultados obtidos com essa conguraccedilatildeo demonstram que o estudo de alternativas

que possibilitem o aumento da produccedilatildeo de ustulado e da geraccedilatildeo de vapor deve considerar

onde ocorre o aumento da troca teacutermica antes ou depois da caldeira de recuperaccedilatildeo Aleacutem

disso os cenaacuterios obtidos para a conguraccedilatildeo I mostram que quando o aumento ocorre antes

da caldeira a vazatildeo do ar deve ser reduzida para atender agraves restriccedilotildees do processo Um

aumento posterior natildeo exige tal reduccedilatildeo evitando uma alteraccedilatildeo que gere algum tipo de

inseguranccedila nas condiccedilotildees de operaccedilatildeo do ustulador

Aleacutem disso enquanto o aumento na produccedilatildeo de ustulado aumenta a lucratividade da

planta o aumento na geraccedilatildeo de vapor contribui para a preservaccedilatildeo do meio ambiente

reduzindo o consumo de combustiacutevel

54 Conguraccedilatildeo III Inclusatildeo de um trocador de calor

na recirculaccedilatildeo da scrubber

A terceira conguraccedilatildeo avaliada consistiu na inclusatildeo de um trocador de calor para resfriar

parte da aacutegua de recirculaccedilatildeo da scrubber como mostra a Figura 58

Para a implementaccedilatildeo dessa modicaccedilatildeo diferente da conguraccedilatildeo II onde o aumento

da temperatura dos gases decorrente da alteraccedilatildeo na vazatildeo de concentrado eacute mitigado logo

na entrada da scrubber foi necessaacuterio estabelecer uma restriccedilatildeo de temperatura para os

gases na saiacuteda da scrubber de 56degC a qual foi incluiacuteda atraveacutes de um Design Spec Como

variaacutevel de decisatildeo utilizou-se a temperatura da aacutegua de recirculaccedilatildeo na saiacuteda do novo

trocador Tal escolha justica-se pela sua inuecircncia na temperatura nal dos gases uma

vez que inicialmente o make-up de aacutegua foi mantido constante

Geralmente a etapa de resfriamento e limpeza dos gases em processos de ustulaccedilatildeo

conta com duas torres sendo a primeira uma scrubber e em seguida uma torre lavadora

com recheio a qual eacute responsaacutevel pela reduccedilatildeo nal de temperatura dos gases A restriccedilatildeo

de temperatura denida para esse processo especicamente eacute justicada pelo fato de que

o layout da planta em estudo soacute possui uma torre (a scrubber) para realizar a tarefa de

resfriamento dos gases Desse modo torna-se necessaacuterio reduzir o maacuteximo possiacutevel a tem-

peratura dos gases na saiacuteda da torre para que qualquer problema em termos de corrosatildeo

seja evitado na faacutebrica de aacutecido

Para contornar a limitaccedilatildeo na capacidade de troca teacutermica dessa etapa utiliza-se uma

alta vazatildeo de make-up de aacutegua na scrubber (ver Tabela 47) o que acaba gerando uma

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

Figura 58 Fluxograma do processo de ustulaccedilatildeo com a inclusatildeo do trocador de calor na recirculaccedilatildeo da scrubber

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

VASO-VAPOR DESAERADOR SCRUBBER

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

vazatildeo de purga proporcional A partir dos resultados obtidos com a modicaccedilatildeo proposta

o graacuteco apresentado na Figura 59 mostra um comportamento inversamente proporcional

entre a aacuterea de troca teacutermica do novo trocador de calor e o make-up de aacutegua Portanto essa

conguraccedilatildeo aleacutem de viabilizar o aumento da vazatildeo de concentrado torna possiacutevel reduzir

a vazatildeo de make-up e de purga de aacutegua na scrubber o que garante uma economia de aacutegua

que tambeacutem contribui para a preservaccedilatildeo do meio ambiente

Figura 59 Make-up de aacutegua e purga da scrubber em funccedilatildeo da aacuterea de troca teacutermica donovo trocador de calor

0 10 20 30 40 50 600

Aacuterea de troca teacutermica (m2)

Para essa conguraccedilatildeo foram obtidos sete cenaacuterios um para cada condiccedilatildeo de alimen-

taccedilatildeo A Tabela 58 mostra os intervalos para as variaacuteveis alteradas e seus respectivos

incrementos

Os cenaacuterios apresentados na Tabela 59 mostram que a inclusatildeo do trocador de calor

na scrubber proporciona o aumento da vazatildeo de concentrado sulfetado ateacute o limite das

restriccedilotildees de uidizaccedilatildeo e ainda assim garante que os gases encaminhados para a faacutebrica

Tabela 58 Dados para a anaacutelise de sensibilidade (conguraccedilatildeo III)

145 lt Fconcentrado (th) lt 175 05 th

00 lt Fcarga fria (th) lt 30 05 th

de aacutecido estejam na temperatura adequada (em torno de 56degC) A depender do cenaacuterio de

alimentaccedilatildeo observa-se que a aacuterea de troca teacutermica tambeacutem se modica conrmando que a

limitaccedilatildeo de um aumento de produccedilatildeo de ZnO na ustulaccedilatildeo estaacute condicionada agrave capacidade

de resfriamento ao longo do processo com destaque para a scrubber

Tabela 59 Principais resultados da anaacutelise de sensibilidade (Conguraccedilatildeo III)

Cenaacuterio Atrocador (m2) Fconcentrado (th) Fcarga fria (th) Tustulador (degC) H2O direta (th) Excesso de O2 () Excesso de S ()

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

(a) Resultados - Conguraccedilatildeo III (Parte I)

Cenaacuterio Atrocador (m2) Tout caldeira (degC) Fgases scrubber (th) Tout gases scrubber (degC) FZnO (th) Fvapor (th) FSO2(th)

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Resultados - Conguraccedilatildeo III (Parte II)

Os cenaacuterios avaliados resultam em um aumento em torno de 25 na produccedilatildeo de ustu-

lado (ZnO) e SO2 Em contrapartida diferente do observado para a conguraccedilatildeo II natildeo haacute

um aumento na produccedilatildeo de vapor com exceccedilatildeo do Cenaacuterio 2 (+055) Isso eacute justicado

pelo fato de que mesmo com todos os cenaacuterios tendo sido avaliados para uma vazatildeo de ar de

uidizaccedilatildeo constante (28000 Nm3h) a aacuterea de troca teacutermica da caldeira natildeo foi alterada

enquanto a vazatildeo de gaacutes aumentou com o aumento da vazatildeo de concentrado como mostra

a coluna Fgases scrubber (th) Aleacutem desses fatores vale destacar que nessa conguraccedilatildeo

natildeo foi incluiacutedo o preacute-aquecimento da aacutegua de circulaccedilatildeo da caldeira razatildeo pela qual a con-

guraccedilatildeo II apresentou os melhores resultados em termos de aumento de geraccedilatildeo de vapor

das trecircs opccedilotildees avaliadas

55 Comparaccedilatildeo entre as alternativas para o aumento da

aacuterea de troca teacutermica no processo de ustulaccedilatildeo

A partir da avaliaccedilatildeo das trecircs conguraccedilotildees propostas os resultados obtidos demonstram

que o aumento da aacuterea de troca teacutermica pode proporcionar natildeo soacute o aumento da produti-

vidade de ZnO como favorecer a economia de combustiacutevel para a a geraccedilatildeo de vapor e de

aacutegua no resfriamento dos gases Nesse contexto o trabalho desenvolvido apresenta um vieacutes

ambiental relevante na garantia da sustentabilidade do processo de extraccedilatildeo do zinco

Para a implementaccedilatildeo de uma modicaccedilatildeo que consiste no aumento da aacuterea de troca

teacutermica do processo naturalmente existe a necessidade de um investimento Logo a escolha

da conguraccedilatildeo mais adequada deve ponderar principalmente o aumento de produccedilatildeo de

ZnO e de vapor em relaccedilatildeo ao CAPEX necessaacuterio

A Tabela 510 apresenta a seleccedilatildeo dos melhores cenaacuterios para cada conguraccedilatildeo avaliada

onde observa-se que em termos de produccedilatildeo de ustulado a conguraccedilatildeo III se destaca com

um potencial de aumento de quase 25 de ZnO Em contrapartida ocorre um descreacutescimo

de 22 na geraccedilatildeo de vapor pela caldeira de recuperaccedilatildeo Em seguida a conguraccedilatildeo II

apresenta-se como a opccedilatildeo capaz de proporcionar um aumento tanto em ustulado (+1424)

como em vapor (1063)

Ao considerarmos que a conguraccedilatildeo II exige um aumento da aacuterea de troca teacutermica em

6028 m2 para um trocador gaacutes-liacutequido enquanto a conguraccedilatildeo III demanda um aumento

Tabela 510 Comparaccedilatildeo em termos de aacuterea de troca teacutermica das conguraccedilotildees avaliadas

Conguraccedilatildeo Aumento da aacuterea (m2) Fconcentrado (th) Fcarga fria (th) Nar (Nm3h) Tustulador (degC) H2O direta (th)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Conguraccedilatildeo Tout caldeira (degC) Excesso O2 () Excesso S () FZnO (th) Fvapor (th) FSO2(th)

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

de aacuterea de 4815 m2 em um trocador liacutequido-liacutequido a segunda opccedilatildeo exige um investimento

menor Sendo assim a inclusatildeo do trocador de calor para resfriar parte da aacutegua de recir-

culaccedilatildeo da scrubber apresenta-se como uma soluccedilatildeo intermediaacuteria entre o aumento da aacuterea

da serpentina e a inclusatildeo do trocador apoacutes a caldeira de recuperaccedilatildeo do ponto de vista de

investimento necessaacuterio

Somado a isso vale destacar que o preccedilo da tonelada de vapor eacute bem menor que a de

ZnO Logo a conguraccedilatildeo III que apresenta um aumento na produccedilatildeo de ZnO em torno de

10 a mais em comparaccedilatildeo com a conguraccedilatildeo II tambeacutem eacute mais atrativa nesse sentido

Por m ao se comparar as trecircs conguraccedilotildees em relaccedilatildeo agraves questotildees ambientais tem-se

as seguintes conclusotildees

bull A conguraccedilatildeo I natildeo apresenta ganhos signicativos em vapor nem a possibilidade

de reduccedilatildeo no make-up de aacutegua da scrubber

bull A conguraccedilatildeo II mostrou ser possiacutevel obter um aumento de mais de 10 de vapor e

consequentemente gerar uma economia de combustiacutevel que seria utilizado em caldeiras

tradicionais

bull A conguraccedilatildeo III demonstra o potencial de reduccedilatildeo na captaccedilatildeo de aacutegua para o

resfriamento dos gases

Este capiacutetulo apresentou um levantamento das variaacuteveis mais importantes no processo de

ustulaccedilatildeo assim como as conguraccedilotildees propostas com foco no aumento da aacuterea de troca

teacutermica

Os resultados das simulaccedilotildees mostraram que o ponto do processo onde ocorre esse au-

mento de aacuterea pode favorecer o aumento da produccedilatildeo de ZnO em detrimento da de vapor

e vice-versa Aleacutem destes tambeacutem foram obtidos cenaacuterios onde foi possiacutevel obter ganhos

para os dois insumos

Em seguida foi realizado um comparativo entre as conguraccedilotildees avaliadas onde aleacutem

dos criteacuterios relacionados ao aumento de produccedilatildeo (ZnO e vapor) tambeacutem foi levado em

consideraccedilatildeo as vantagens ambientais e o investimento necessaacuterio para a recomendaccedilatildeo da

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

O processo de ustulaccedilatildeo de zinco eacute uma etapa fundamental no processo de obtenccedilatildeo do zinco

metaacutelico uma vez que inuencia na performance do processo de produccedilatildeo Para alcanccedilar

condiccedilotildees operacionais que resultaram em aumento da produccedilatildeo ustulado (ZnO) geraccedilatildeo

de vapor e na sustentabilidade da metalurgia extrativa de zinco as anaacutelises de sensibilidade

realizadas tornaram possiacutevel observar o comportamento de variaacuteveis distantes sicamente

mas fortemente acopladas

Uma vez denidas as aacutereas de troca teacutermica da serpentina e da caldeira de recuperaccedilatildeo

as vazotildees de aacutegua que circulam por elas natildeo podem ser usadas como variaacuteveis manipuladas

devido agrave falta de sensibilidade de variaacuteveis como a temperatura do ustulador e da saiacuteda da

caldeira de recuperaccedilatildeo Por outro lado a vazatildeo de aacutegua adicionada diretamente ao leito

ustulador tem grande inuecircncia na temperatura do processo de ustulaccedilatildeo bem como em

todo o processo

A busca por alternativas que proporcionem um aumento na produccedilatildeo de ZnO e de vapor

devem considerar onde ocorre o aumento da aacuterea de troca teacutermica Para um cenaacuterio onde

foram ajustadas apenas condiccedilotildees operacionais eacute possiacutevel aumentar a produccedilatildeo de ZnO

em 1068 em detrimento de uma reduccedilatildeo de 86 na geraccedilatildeo de vapor Com o aumento

da aacuterea da serpentina (conguraccedilatildeo I) tambeacutem eacute obtido um ganho de produccedilatildeo de ZnO

(+1068) enquanto a geraccedilatildeo de vapor no melhor cenaacuterio apresentou uma ganho de

apenas 241 Quando o aumento ocorre apoacutes a caldeira de recuperaccedilatildeo (conguraccedilatildeo

II) eacute possiacutevel aumentar a produccedilatildeo de ZnO (+1421) e de vapor (+1063) entretanto

Capiacutetulo 6 Conclusatildeo 81

natildeo se atinge a maior vazatildeo possiacutevel de concentrado no forno Para uma modicaccedilatildeo na

scrubber (conguraccedilatildeo III) os resultados demonstram que o forno pode operar apenas com

concentrado o que gera um aumento signicativo na produccedilatildeo de ZnO mas sem ganhos

substanciais na produccedilatildeo de vapor

Os resultados obtidos indicam que manter ou reduzir alguns graus na temperatura dos

gases que entram na scrubber natildeo eacute suciente para atingir o potencial maacuteximo de aumento

da produccedilatildeo de ZnO (conguraccedilatildeo II) sendo necessaacuterio relacionar a temperatura e a vazatildeo

da corrente de gaacutes de entrada da scrubber com a vazatildeo de make-up de aacutegua e a temperatura

da aacutegua de recirculaccedilatildeo como avaliado na conguraccedilatildeo III

Dentre as opccedilotildees avaliadas a instalaccedilatildeo de um trocador de calor na recirculaccedilatildeo da

scrubber eacute uma alternativa intermediaacuteria em termos de investimento mas que atinge di-

retamente a limitaccedilatildeo do processo de ustulaccedilatildeo como um todo a qual se refere ao fato

de apenas uma torre realizar a etapa de resfriamento e limpeza dos gases Com base nos

cenaacuterios avaliados essa opccedilatildeo se mostra capaz de proporcionar um aumento na produccedilatildeo

de ustulado em ateacute 25 Portanto a instalaccedilatildeo do novo trocador de calor na scrubber eacute a

opccedilatildeo mais recomendada

Dentre as sugestotildees para a continuaccedilatildeo deste trabalho no futuro sugere-se a implemen-

taccedilatildeo da etapa correspondente agrave produccedilatildeo de aacutecido sulfuacuterico de modo que seja possiacutevel

observar como a alteraccedilatildeo da temperatura dos gases que saem da scrubber afetaraacute o perl

de temperatura da faacutebrica de aacutecido aleacutem de avaliar a possibilidade de se promover um

aumento da conversatildeo dos gases SO2 em SO3 e posteriormente em aacutecido sulfuacuterico

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Objetivo geral

Objetivos especiacuteficos

Organizaccedilatildeo

Ustulaccedilatildeo no processo de produccedilatildeo do zinco metaacutelico

Fontes de zinco e metalurgia extrativa

Ustulaccedilatildeo

Termodinacircmica e reaccedilotildees da ustulaccedilatildeo

Consideraccedilotildees finais


Principais abordagens

Troca teacutermica no processo de ustulaccedilatildeo



Ambiente de simulaccedilatildeo

Modelos termodinacircmicos

Peng-Robinson

Non-Random-Two-Liquid (NRTL)

Meacutetodos numeacutericos

Meacutetodo da Secante

Meacutetodo de Broyden

Otimizaccedilatildeo limitada por aproximaccedilatildeo quadraacutetica (BOBYQA)

Implementaccedilatildeo em ambiente simulado (Aspen PlusTM)

Ustulador


Scrubber

Validaccedilatildeo do modelo

Consideraccedilotildees Finais

Anaacutelise de sensibilidade e novas configuraccedilotildees

Variaacuteveis relevantes para a troca teacutermica do processo de ustulaccedilatildeo

Configuraccedilatildeo I Aumento da serpentina no ustulador

Configuraccedilatildeo II Inclusatildeo de um trocador de calor apoacutes a caldeira de recuperaccedilatildeo

Configuraccedilatildeo III Inclusatildeo de um trocador de calor na recirculaccedilatildeo da scrubber

Comparaccedilatildeo entre as alternativas para o aumento da aacuterea de troca teacutermica no processo de ustulaccedilatildeo


Conclusatildeo

Referecircncias bibliograacuteficas

Dissertaccedilatildeo de Mestrado apresentado agrave Coordenaccedilatildeo do Programa

de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Engenharia Quiacutemica da Universidade Fede-

ral de Campina Grande - Campus de Campina Grande como parte

dos requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do grau de Mestre em

Engenharia Quiacutemica

Aacuterea de Concentraccedilatildeo Modelagem e Simulaccedilatildeo

Romildo Pereira Brito DSc

Orientador

84 f il

Referecircncias

II Tiacutetulo

CDU 6601-0345(043)

Dedicatoacuteria

Agradecimentos

dessa caminhada

Ludwig von Mises

Resumo

Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


84 f il

Referecircncias

II Tiacutetulo

CDU 6601-0345(043)

Dedicatoacuteria

Agradecimentos

dessa caminhada

Ludwig von Mises

Resumo

Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Dedicatoacuteria

Agradecimentos

dessa caminhada

Ludwig von Mises

Resumo

Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Agradecimentos

dessa caminhada

Ludwig von Mises

Resumo

Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Ludwig von Mises

Resumo

Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Resumo

Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Abstract

Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Lista de Figuras

vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


vazatildeo de ar 65

selecionadas 67

Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Lista de Tabelas

Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Sumaacuterio

441 Ustulador 51

443 Scrubber 55

6 Conclusatildeo 80

Capiacutetulo 1

processo

11 Objetivo geral

futuros

Capiacutetulo 2

zinco metaacutelico

Esfarelita ZnS 670

Fonte Souza [2005]

eletroacutelise

no leito

no ustulado

scrubber

Forno Ustulador

Resfriadorrotativo

Moinho de bolas

Ciclone

Desaerador

Aacutegua

Concentrado

Aacutegua direta

Oxigecircnio

Scrubber

[SHAMSUDDIN 2016]

discutido a seguir

Fonte Nyberg [2004]

2 ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (21)

MeS +32O2 MeO + SO2 (22)

2 SO2 + O2 2 SO3 (26)

Capiacutetulo 3

do ZnS em ZnO

o MATLABSIMULINK

resfriamento

avaliada

Capiacutetulo 4

ustulaccedilatildeo

P = PR + PA (41)

PR =RT

V minus b(42)

PA = minus a

g(V )(43)

dentre outros

V minus bminus a

V 2(44)

421 Peng-Robinson

aceitaacuteveis

V (V + b) + b(V minus b)(45)

R2T 2(47)

RT(48)

RT(49)

a(Tc) = 0 45724R2T 2

Pc(410)

Zc = 0 307 (412)

foi modicada

x1x2RT=

G21τ21x1 + x2G21

+G12τ12

x2 + x1G12

lnγ1 = x22

x1 + x2G21

+G12τ12

(x2 + x1G12)2

lnγ2 = x21

x2 + x1G12

+G21τ21

(x1 + x2G21)2

]G12 = eminusατ12

G21 = eminusατ21

τ12 =b12RT

τ21 =b21RT

0 10 20 30 400

Solubilidade1066 11353 10474 11174 607 935

(gSO2kgH2O)

Desvio - 65 17 48 943 912

Tears Wegstein

Optimization SQP

xk+1 = xk + sk (418)

k)(sk)T

(sk)T (sk)

sk = xk+1 minus xk

Q(yj) = F (yj) j = 1 2 m (419)

quadraacutetica

2 ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) (420)

2CuS(s) + 3O2(g) 2CuO(s) + 2SO2(g) (421)

4FeS(s) + 7O2(g) 2Fe2O3(s) + 4SO2(g) (422)

2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) (423)

Capiacutetu

Modela

HIERARCHYHIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

28000 Nm3h 300 125O2 021

H2O H2O 10 10 th 300 130

H2O-IN H2O 10 180 th 300 2950

CONCENTRADO

ZnS 08827

1401 th 350 125FeS 00826CuS 00064PbS 00283

CARGA FRIA

ZnO 08684

346 th 300 125Fe2O3 00881CuO 00062PbO 00311

O2 O2 1 1100 Nm3h 300 125

441 Ustulador

BLEND-2(IN)

18(IN)

7(OUT)

19(OUT)

8(OUT)

H2O-RESFRIAMENTO

H2O-SERPENTINA

VAPOR-1

USTULADOR

SERPENTINA

HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O USTULADOR

Inputs

8(IN) 10(OUT)

17(IN)

20(OUT)

9(OUT)

H2O-CALDEIRA

VAPOR-2

HIERARCHY

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

CALDEIRA

Inputs

de vapor

443 Scrubber

aacutegua

3 respectivamente

SCRUBBER

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

GASES-SCRUBBER

scrubber

Inputs

modelo

Capiacutetulo 5

7 de excesso de O2

22000 24000 26000 28000 30000310

saiacuted

950degC

na entrada da torre

320 360 400 440 480 5203300

saiacuted

do processo

operacional atual

22000 24000 26000 28000 3000000

Vazatilde

er (deg

22000 24000 26000 28000 30000900

r (degC

er (deg

22000 304 268 107390 31374 27374

23000 373 242 105468 31709 27709

24000 441 222 103288 31982 27982

25000 508 194 101214 32272 28272

26000 575 160 99254 32579 28579

27000 640 131 97363 32874 28874

28000 704 104 95483 33155 29155

29000 768 078 93730 33441 29441

30000 830 044 91981 33739 29739

investimento

da serpentina

22000 le Nar le 30000 2000 Nm3h

Base 240 140 35 28000 94974 097

1 240 155 10 22000 94966 467

2 280 150 20 24000 94789 311

3 320 155 15 25000 94945 327

Base 24 33088 29088 707 032 1027 127 904

1 240 32557 28557 126 0261136 1160 1004

(+1068) (-865) (+1106)

2 280 32575 28575 324 0251100 1237 971

(+710) (-260) (+750)

3 320 33096 29096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-S GASES

PURGA-S

MKP-AQC

HOT-GAS

NOVO-TC

Base - 2910 140 35 28000 94974 097

1 6028 2500 160 10 28000 95001 339

2 4295 2600 155 20 30000 9504 199

3 2809 2700 160 15 28000 95145 311

Base - 33088 707 032 1027 1270 904

1 6028 34729 477 0281173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

2 4295 34905 665 0321137 1321 1036

(+1071) (+401) (+1460)

3 2809 34742 477 0251173 1360 1036

(+1421) (+708) (+1460)

Capiacutetu

Anaacutelise

sibilid

HIERARCHY HIERARCHY

H2O DE RESFRIAMENTO

CONCENTRADO

CARGA FRIA

H2O-SERPENTINA

VAPOR-2

H2O-CALDEIRA

VAPOR-1

GASES-SCRUBBER

MAKEUP

VAPOR-5

H2O-IN

USTULADO

VAPOR-4

VAPOR-3

VAPOR-6

USTULADOR CALDEIRA

MAKE-UP-SGASES

PURGA-RG

H2O-RESF

NOVO-TC

0 10 20 30 40 50 600

incrementos

Base - 140 35 94974 097 707 032

1 1304 145 30 9464 155 65 031

2 1572 150 25 95247 203 589 024

3 2839 155 20 94958 261 532 023

4 2678 160 15 95008 311 476 025

5 4345 165 10 95006 365 419 023

6 4098 170 05 95034 417 363 024

7 4815 175 00 94994 471 306 023

Base - 33088 4225 6280 1027 127 904

1 1304 33484 4292 55271063 126 937

(+351) (-079) (+365)

2 1572 33958 4347 56151099 1277 972

(+701) (+055) (+752)

3 2839 34352 4413 55021136 1264 1004

(+1061) (-047) (+1106)

4 2678 34751 4472 56841173 1262 1036

(+1422) (-063) (+1460)

5 4345 35163 4533 54971209 1254 1069

(+1772) (-126) (+1825)

6 4098 35562 4593 56791246 125 1102

(+2132) (-157) (+2190)

7 4815 35962 4654 56821283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

Base - 140 35 28000 94974 097

I 80 155 15 25000 94945 327

II 6028 160 10 28000 95001 339

III 4815 175 00 28000 94994 471

(a) Parte I

Base 33088 707 032 1027 1270 904

I 33096 334 0251136 1300 1004

(+1068) (+241) (+1109)

II 34729 477 0251173 1405 1036

(+1421) (+1063) (+1460)

III 35962 306 0231283 1242 1134

(+2493) (-220) (+2544)

(b) Parte II

tradicionais

teacutermica

melhor alternativa

Capiacutetulo 6

Conclusatildeo

todo o processo

Objetivo geral





Ustulaccedilatildeo










Peng-Robinson







Ustulador


Scrubber










Conclusatildeo


Documents

Efeito da troca térmica sobre o processo de ustulação para