Aperfeiçoamento no projeto de um protótipo de misturador-decantador à inversão de fases visando aplicação na indústria do petróleo

In the oil industry the mixture oil/water occurs in the operations of production, transportation and refining, as well as during the use of its derivatives. The amount of water produced associated with the oil varies and can reach values of 90% in volume in the case of mature phase of the production fields. The present work deals with the development of new design of the Mixer Settler based on Phase Inversion (MDIF) in a laboratory scale. We envisage this application in industrial scale so the phases of project, construction and operation are considered. The modifications most significant, in comparison with the original prototype, include the materials of construction and the substitution of the equipment used in the mixing stage of the process. It was tested the viability of substitution of the original system of mechanical mixing by a static mixer. A statistical treatment by means of an experimental design of composed central type was used in order to evaluate the behavior of the main variables of the separation process as function of the efficiency of separation for the new device. This procedure is useful to delimit an optimal region of operation with the equipment. The variables of process considered on the experimental design were: oil concentration in the feeding water (mg/L); Total volumetric flow rate (L/h); Ratio organic/water on volumetric basis (O/A). The separation efficiency is calculated by comparison of the content of oil and greases in the inlet and outlet of the equipment. For determination of TOG (Total Oil and Grease), the method used was based in the absorption of radiation in the infra-red region. The equipment used for these determinations was InfraCal® TOG/TPH Model HATR-T2 of the Wilks Enterprise, Incorporation. It´s important to stand out that this method of measure has being used by PETROBRAS S.A. Results of global efficiency of separation oil/water varied from 75.3 to 97.7% for contaminated waters containing up to 1664,1 mg/L of oil. By means of tests carried out with a real sample of contaminated water supplied by PETROBRAS we have got an effluent specified in terms of the legal standards required for discharging. Thus, the new design of equipment constitutes a real alternative for the conventional systems of treatment of produced water in the oil industry

Controle feedback de nível baseado em sensor de imagem aplicado ao equipamento misturador-decantador à inversão de fases (MDIF®)

The treatment of wastewaters contaminated with oil is of great practical interest and it is fundamental in environmental issues. A relevant process, which has been studied on continuous treatment of contaminated water with oil, is the equipment denominated MDIF® (a mixer-settler based on phase inversion). An important variable during the operation of MDIF® is the water-solvent interface level in the separation section. The control of this level is essential both to avoid the dragging of the solvent during the water removal and improve the extraction efficiency of the oil by the solvent. The measurement of oil-water interface level (in line) is still a hard task. There are few sensors able to measure oil-water interface level in a reliable way. In the case of lab scale systems, there are no interface sensors with compatible dimensions. The objective of this work was to implement a level control system to the organic solvent/water interface level on the equipment MDIF®. The detection of the interface level is based on the acquisition and treatment of images obtained dynamically through a standard camera (webcam). The control strategy was developed to operate in feedback mode, where the level measure obtained by image detection is compared to the desired level and an action is taken on a control valve according to an implemented PID law. A control and data acquisition program was developed in Fortran to accomplish the following tasks: image acquisition; water-solvent interface identification; to perform decisions and send control signals; and to record data in files. Some experimental runs in open-loop were carried out using the MDIF® and random pulse disturbances were applied on the input variable (water outlet flow). The responses of interface level permitted the process identification by transfer models. From these models, the parameters for a PID controller were tuned by direct synthesis and tests in closed-loop were performed. Preliminary results for the feedback loop demonstrated that the sensor and the control strategy developed in this work were suitable for the control of organic solvent-water interface level

Projeto e Operação em Escala Semi-Industrial de um Equipamento para Tratamento de Águas Produzidas na Indústria do Petróleo Utilizando Nova Tecnologia: misturador-decantador à inversão de fases - MDIF

The aim of this work is to use a new technology in the treatment of produced wastewaters from oil industry. An unit for treat produced waters called UTMDIF, was designed, installed and operated in an industrial plant for treatment of effluents from oil industry. This unit operates by means of the method of separation of phase inversion and can become a promising alternative to solve the problem of oil/water separation. This method constitutes the basis of the working of a new design of mixersettler of vertical configuration which occupies small surface area. The last characteristic becomes specially important when there is limitation on the lay-out of the plant, for example, over maritime platforms to explore oil. This equipment in a semi-industrial scale treats produced wastewaters contaminated with oil at low concentrations (ranging from 30 to 150 mg/L) and throughputs of 320 m3/d (47,4 m3 m-2 h-1). Good results were obtained in oil/water separation which leads to the necessary specification to discharge those wastewaters. Besides, the non dependence of the efficiency of separation in spite of the salinity of the medium becomes the equipment an attractive new technology to treat wastewaters containing oil at low concentrations

Estudo da hidrodinâmica de um novo separador líquido-líquido: aplicação ao sistema óleo-bruto/água produzida

This work aims to use a different hydrodynamic condition applied to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador à Inversão de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The use of this different hydrodynamic behaviour is possible due to vertical disposition of the device and the principle of Phase Inversion that controls the MDIF, providing the generation (creation) of a cascade of drops, into an organic layer, that works as micro-decanters, thus making possible the formation of a bed of non-coalesced drops, called Bed Formation . The use of this new hydrodynamics condition allows to increase the residence time of the oil carrier drops, into an organic layer, and the device can treat a greater volume of wastewater. In view of to get this condition it is necessary to operate at high throughput (58,6 m3.m-2.h-1). By results, the condition of Bed Formation is the best one to be used when MSPI operates with throughput up to 58,6 m3.m-2.h-1. The results using the condition of Bed Formation show that increasing the height of the bed of non-coalesced drops and/or decreasing the volumetric ratio (O/A) an increase of the separation efficiency is detected

Planejamento experimental aplicada a um novo separador líquido-líquido utilizado no tratamento de águas residuais contaminadas com petróleo

The present work had as objective to apply an experimental planning aiming at to improve the efficiency of separation of a new type of mixer-settler applied to treat waste water contaminated with oil. An unity in scale of laboratory, was installed in the Post-graduation Program of Chemical Engineering of UFRN. It was constructed in partnership with Petrobras S.A. This called device Misturador-Decantador a Inversão de Fases (MDIF) , possess features of conventional mixer-settler and spray column type. The equipment is composed of three main parts: mixing chamber; chamber of decantation and chamber of separation. The efficiency of separation is evaluated analyzing the oil concentrations in water in the feed and the output of the device. For the analysis one used the gravimetric method of oil and greases analysis (TOG). The system in study is a water of formation emulsified with oil. The used extractant is a mixture of Turpentine spirit hydro-carbons, supplied for Petrobras. It was applied, for otimization of the efficiency of separation of the equipment, an experimental planning of the composite central type, having as factorial portion fractionary factorial planning 2 5-2, with the magnifying of the type star and five replications in the central point. In this work, the following independents variables were studied: contents of oil in the feed of the device; volumetric ratio (O/A); total flowrate ; agitation in the mixing chamber and height of the organic bed. Minimum and maximum limits for the studied variables had been fixed according previous works. The analysis of variance for the equation of the empirical model, revealed statistically significant and useful results for predictions ends. The variance analysis also presented the distribution of the error as a normal distribution and was observed that as the dispersions do not depend on the levels of the factors, the independence assumption can be verified. The variation around the average is explained by 98.98%, or either, equal to the maximum value, being the smoothing of the model in relation to the experimental points of 0,98981. The results present a strong interaction between the variable oil contents in the feed and agitation in the mixing chamber, having great and positive influence in the separation efficiency. Another variable that presented a great positive influence was the height of the organic bed. The best results of separation efficiency had been obtained for high flowrates when associates the high oil concentrations and high agitation. The results of the present work had shown excellent agreement with the results carried out through previous works with the mixer-settler of phase inversion

Modelagem e simulação de um separador bifásico com inversão de fases induzida

The present work has the main goal to study the modeling and simulation of a biphasic separator with induced phase inversion, the MDIF, with the utilization of the finite differences method for the resolution of the partial differencial equations which describe the transport of contaminant s mass fraction inside the equipment s settling chamber. With this aim, was developed the deterministic differential model AMADDA, wich was admensionalizated and then semidiscretizated with the method of lines. The integration of the resultant system of ordinary differential equations was realized by means of a modified algorithm of the Adam-Bashfort- Moulton method, and the sthocastic optimization routine of Basin-Hopping was used in the model s parameter estimation procedure . With the aim to establish a comparative referential for the results obtained with the model AMADDA, were used experimental data presented in previous works of the MDIF s research group. The experimental data and those obtained with the model was assessed regarding its normality by means of the Shapiro-Wilk s test, and validated against the experimental results with the Student s t test and the Kruskal-Wallis s test, depending on the result. The results showed satisfactory performance of the model AMADDA in the evaluation of the MDIF s separation efficiency, being possible to determinate that at 1% significance level the calculated results are equivalent to those determinated experimentally in the reference works

Extração de metais pesados de efluentes da indústria do petróleo utilizando derivados de óleos vegetais como extratantes

The study of a promising alternative for the treatment of produced water from the oil industry envisaging its reuse was the focus of this work. Millions of liters of water are generated per day, containing heavy metals in low concentrations (< 0,15 mg/L for Pb, <0,04 mg/L for Cd, <0,04 mg/L for Ni). The technology applied to extract these metals from aqueous phase was the solvent extraction and the extratants used were vegetable oils originated from coconut oil. They can be used in natural form or as derivatives, known as MAC - Mixture of Carboxílics Acids. The determination of the heavy metal con¬centrations in a complex matrix was made by using the atomic absorption spectrometry technique (AAS). On the bench tests using synthetics aqueous solutions containing metals, vegetable oils showed no power to extract the metals studied. The extractant MAC was selective for the Pb> Cd> Ni, in the concentration of 8% in the same organic phase. In this condition, the lower efficiency of extraction obtained was 92% for the Pb, 69% for the Cd, in the range of pH ranging from 6 to 8. An experimental planning was conducted for continuous tests. The device used was called MDIF Misturador-Decantador à Inversão de Fases and the aqueous phase was produced water from Pólo Indutrial de Guamaré/RN . No correlation between the studied variables (concentration of metal, concentration of extratant and agitation in the mixing chamer) could be obtained, because of possible factors which occurred as: variation in the composition of the studied sample, phenomena of precipitation and complexation of metals in the reservoir of feed, solubility of extratant

Comparação entre planejamento estatístico experimental e análise dimensional em operações de mistura e separação para sistema óleo-água

This work aims to determine a better methodology to help predicting some operational parameters to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador à Inversão de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The data from this research were obtained from the wastewater treatment unit, called MSPI-TU, installed on a wastewater treatment plant (WTP) of PETROBRAS/UO-RNCE. The importance in determining the better methodology to predict the results of separation and extraction efficiency of the equipment, contributes significantly to determine the optimum operating variables for the control of the unit. The study was based on a comparison among the experimental efficiency (E) obtained by operating MSPI-TU, the efficiency obtained by experimental design equation (Eplan) from the software Statistica Experimental Design® (version 7.0), and the other obtained from a modeling equation based on a dimensional analysis (Ecalc). The results shows that the experimental design equation gives a good prediction of the unit efficiencies with better data reliability, regarding to the condition before a run operation. The average deviation between the proposed by statistic planning model equation and experimental data was 0.13%. On the other hand, the efficiency calculated by the equation which represents the dimensional analysis, may result on important relative deviations (up 70%). Thus, the experimental design is confirmed as a reliable tool, with regard the experimental data processing of the MSPI-TU

Viabilidade de uso de um misturador para a análise de propriedades reológicas de produtos alimentícios

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Ampliação de escala de um floco decantador de manta de lodo no tratamento de água de abastecimento

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Misturador para análise de propriedades reológicas

This study aimed to evaluate the use of a mixer to determine the rheological properties of fluids. The mixer is comprised of an agitation tank and an anchor type impeller. The tests were performed with honey and fruit juices (orange, guava and peach). The rheological characterization was performed using data from the torque and rotation speed required for the operation of fluid agitation. Tests were also made with a concentric cylinder rotational viscometer with the samples being subjected to various shear rates. The rheological parameters were obtained from the flow curves fitted to the power law model. Analyses of results showed that the mixer can be used, within its limitations, to determine rheological properties.

Avaliação e Otimização de um Tanque Decantador de Placas Paralelas Verticais Empregando-se Traçadores Radioativos

É apresentada metodologia para estudos e avaliações em tempo real, de unidades para dedantação de particulados sólidos em estações de tratamento de esgoto (ETE) empregando-se traçadores radioativos. Um tanque decantador foi construído e os testes foram realizados usando-se 110mAg e 140La na marcação da fase sólida do esgoto e a técnica permitiu levantar-se a curva resposta da unidade e as funções distribuição do tempo de residência (RTD) para diversas situações experimentais e também identificar problemas operacionais que interferem na qualidade final do processo de tratamento do efluente. Os resultados serviram como diretriz para elaborar uma nova configuração da unidade, tornando-a mais eficiente.

Influência da função distribuição de quebra na modelagem e simulação do circuito de moagem de Carajás - Parte 1 - ajuste de modelos

The perfect mixing model (PMM) is based on parameters derived from the equipment characteristics as well as ore breakage characteristics. Ore characteristics are represented through the appearance function. This function may be determined using JKMRC laboratorial methods or by standard functions. This work describes the model fitting process of the Carajas grinding circuit, using the JKSimMet simulator Two scenarios were used in model fitting exercises: 1) standard appearance function; and 2) appearance fund ion based on testing carried out on samples taken at circuit feed. From this assessment, the appearance function`s influence in the PMM,fit and it`s relation with the breakage rate were determined. The influence of the appearance function on the respective breakage rate distribution was assessed.

Optimização de caldas de cimento para trabalhos de injecção em geotecnia

O presente estudo foi enquadrado por um estágio na empresa RODIO S.A. com o objectivo de contribuir para a compreensão da influência de variações na preparação experimental de caldas de cimento na dispersão dos resultados dos ensaios de resistência à compressão e para avaliar a reprodutibilidade dos resultados obtidos na realização dos ensaios às caldas de cimento de acordo com as normas NP EN 445:2008 [1] e REBAP, em vigor [2]. A campanha experimental foi desenvolvida, numa primeira fase, em laboratório e posteriormente in situ. No laboratório, o plano de ensaios foi concebido para, primeiro, se efectuar o estudo de caldas preparadas com a mesma composição em que se variou sistematicamente o equipamento de mistura e a sequência de introdução dos constituintes no misturador, permitindo a avaliação da influência da variação do procedimento de mistura nas propriedades das caldas. Posteriormente, estudaram-se sete formulações de caldas de cimento, constituídas pelo mesmo tipo de cimento e variando apenas a razão A/C. No estado fresco destas caldas, foi avaliada a massa volúmica, o teor de ar e o tempo de presa e, no estado endurecido, foram determinadas as resistências mecânicas e a velocidade de propagação de ondas ultra-sónicas das mesmas caldas, em provetes paralelepipédicos e cúbicos. Na fase da campanha experimental desenvolvida in situ foram preparadas caldas constituídas pelo mesmo tipo de cimento das estudas no laboratório e determinadas as suas resistências, também em provetes paralelepipédicos e cúbicos, com o intuito de correlacionar os valores obtidos in situ e no laboratório. Posteriormente, foi desenvolvido um estudo de caldas preparadas in situ, com o objectivo de correlacionar os valores das suas resistências mecânicas em provetes paralelepipédicos e cúbicos com os valores da tensão de rotura das mesmas caldas ao nível do bolbo de selagem das microestacas. Analisando os resultados experimentais obtidos concluiu-se que o valor da resistência mecânica das caldas diminui com o aumento da razão água/cimento utilizada na sua preparação e que a resistência à compressão das caldas curadas em provetes paralelepipédicos (de acordo com a norma NP EN 445:2008 [1]) é sistematicamente superior à resistência das mesmas caldas curadas em provetes cúbicos (de acordo com o REBAP [2])

Optimização do tratamento por lamas activadas do efluente líquido da Mundotêxtil

A Mundotêxtil foi fundada em 1975 tendo iniciado a sua actividade na área comercial de produtos têxteis. Actualmente é o maior produtor nacional de atoalhados de felpo e emprega 575 colaboradores. Como resultado do seu crescimento e sobretudo da actividade de tingimento de fio e felpo, as necessidades de água são consideráveis e o volume de efluentes gerados nos processos industriais é cada vez maior a empresa avançou com a construção de uma estação de tratamento por lamas activadas, colocando-a em funcionamento em Setembro de 2004. Inicialmente surgiram dificuldades para a remoção da cor e da concentração da Carência Química de Oxigénio (CQO) de modo a cumprir os limites máximos de emissão permitidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98, de 1 de Agosto. Com a descarga de parte dos efluentes no SIDVA e a utilização de um coagulante adicionado ao reactor o tratamento passou a apresentar melhores resultados. O intuito deste trabalho é o de apresentar soluções de modo a optimizar o funcionamento do tratamento biológico da Mundotêxtil. A optimização pode começar na concepção dos produtos, pode incidir no processo de fabrico para além de poder ser efectuada no seio da estação de tratamento biológico. Foi efectuado um estudo do tratamento biológico por lamas activadas no Laboratório de Tecnologia Química Profª Doutora Lída de Vasconcelos, laboratório tecnológico do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) que decorreu nos meses de Maio, Junho e Julho de 2010. O estudo laboratorial foi efectuado para três situações distintas: 1) tratamento do efluente bruto sem qualquer tipo de pré-tratamento (ensaios 1 a 3); 2) tratamento do efluente bruto submetido a pré-tratamento com coagulante Ambifloc BIO MD (ensaios 4 e 5) e 3) tratamento com adição de fungos ao tanque de arejamento (ensaio 6). Foram utilizadas duas instalações de tratamento alimentadas a partir do mesmo tanque de alimentação. Os dois sistemas eram idênticos, diferiram nos caudais de alimentação de efluente que foram alterados ao longo do estudo. O efluente a tratar foi fornecido pela empresa Mundotêxtil, sendo recolhido por diversas vezes ao longo dos ensaios. Este efluente foi retirado após o pré-tratamento da empresa, ou seja este efluente é o mesmo que alimenta o tratamento biológico da Mundotêxtil. Devido a este facto o efluente usado no estudo laboratorial teve uma variabilidade no período em que decorreu o estudo, nomeadamente em termos de concentração de CQO e cor. A relação entre a Carência Bioquímica (CBO5) e a CQO situouse entre 0,47 e 0,63 o que traduz que está dentro dos valores típicos para um efluente têxtil. Os melhores resultados globais de remoção de CQO foram obtidos no ensaio 5 e estiveram compreendidos entre 73,2% e 77,5% para o ensaio 5.1 e entre 62,9 e 73,2% para o ensaio 5.2. Neste ensaio foi utilizado o coagulante. Todos os valores de concentração de CQO obtidos nos efluentes dos decantadores para os ensaios 2, 5 e 6 são inferiores aos valores limite de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e o Decreto-Lei 236/98. Os valores de concentração de Sólidos Suspensos Totais (SST), pH, fósforo, CBO5 e cor nos decantadores cumpriram os limites de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98 em todos os ensaios. Os parâmetros cinéticos obtidos para os ensaios com descorante são os que melhor se ajustam ao projecto de uma instalação de tratamento biológico por lamas activadas do efluente da Mundotêxtil. Os valores obtidos, após ajuste, são os seguintes: k=0,015 L/(mgSSV*d); Sn=12 mg/L; a=0,7982 kgO2/kgCBO5; b=0,0233 [kgO2/(kgSSV*d); y=0,2253 kgSSV/kgCBO5; kd=0,0036 kgSSV/(kgSSV*d. Com base nos parâmetros cinéticos obtiveram-se os seguintes resultados para o projecto de uma estação de tratamento biológico por lamas activadas: · Tempo de retenção hidráulica no reactor de 1,79 d, · Volume do reactor igual a 3643 m3 · Consumo de oxigénio no reactor de 604 kg/d · Razão de recirculação igual a 0,8 · Volume total do decantador secundário igual a 540 m3 · Diâmetro do decantador secundário igual a 15 m A quantidade de oxigénio necessário é baixa e o valor mais adequado deverá ser da ordem de 1200 kg/d. Também foi efectuada uma análise aos produtos químicos consumidos pela empresa na área das tinturarias com a finalidade de identificar as substâncias com uma maior influência potencial no funcionamento da Estação de Tratamento Biológico. O encolante CB, Cera Têxtil P Líquida, Perfemina P-12, Meropan DPE-P, Meropan BRE-P, Indimina STS e Benzym TEC são os produtos químicos que têm uma influência potencial mais significativa na qualidade dos efluentes. Devido ao facto das temperaturas do efluente alimentado ao tratamento biológico da Mundotêxtil oscilarem entre 35 ºC e 43ºC efectuou-se um estudo às necessidades de água quente das tinturarias e por outro lado à capacidade de aquecimento dos efluentes disponíveis. Actualmente a racionalização dos consumos de água é cada vez mais premente, por isso também é apresentado neste trabalho um estudo para a substituição das máquinas convencionais das tinturarias com uma relação de banho 1:10 por máquinas de banho curto (1:6,5). Verifica-se a redução de consumos de 40% de água, 52% de energia eléctrica, 35% de produtos químicos, 51% das necessidades de vapor e por consequência um aumento da produtividade. A empresa pode reduzir os consumos de água em cerca de 280.000 m3/ano. A utilização do pré-tratamento com o coagulante permitirá baixar a concentração da CQO e reduzir a cor à entrada do reactor tratamento biológico. Deste modo é possível manter um tratamento eficiente à saída do tratamento biológico nas situações de descarga de cores carregadas e carga orgânica elevada. Com este conjunto de soluções, quer sejam aplicadas na totalidade ou não, a empresa Mundotêxtil pode enfrentar o futuro com mais confiança podendo estar preparada para fazer face à escassez de água e custos cada vez maiores da energia. Por outro lado pode tratar os seus efluentes a custos menores. A substituição das máquinas de tingimento por máquinas com relação de banho mais baixa (banho curto) implica investimentos elevados mas estes investimentos são necessários não só por motivos ambientais mas também devido à grande competitividade dos mercados.