PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Por: 113116030 • 1/12/2018 • Artigo • 5.483 Palavras (22 Páginas) • 239 Visualizações
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Instituto Politécnico – Departamento de Engenharia Química
TRABALHO PRÁTICO
Otimização do Processo de Produção de Etilbezeno
Belo Horizonte
2017
SUMÁRIO
1 RESUMO EXECUTIVO 3
2 CONTEXTUALIZAÇÃO E DEFINIÇÃO DO PROBLEMA 5
3 DETALHAMENTO DO PROJETO 7
3.1 Caracterização e escolha dos reatores 7
3.2 Metodologia de cálculo 8
3.3 Resultados das simulações 11
3.3.1 PBR sem trocador de calor 11
3.3.2 PBR com troca de calor 12
3.3.3 CSTR de leito fluidizado 14
3.4 Resultado da simulação das melhores condições 15
3.5 Análise critica dos resultados e definição da melhor estratégia 16
REFERÊNCIAS 17
ANEXOS 19
- RESUMO EXECUTIVO
O seguinte relatório, trata-se de um projeto realizado para a empresa PoliBras S.A., a fim de otimizar o seu processo de produção de etilbenzeno, produto que apresenta grande potencial no mercado financeiro, mas que apresenta reações paralelas no processo de produção que dificultam o seu rendimento.
Três estratégias foram abordadas no projeto a seguir buscando aumentar e otimizar a produção de etilbenzeno. Os estudos foram feitos através do software MATLAB. Dados referentes a seletividade e ao processo de produção foram estudados neste projeto a fim de comparar os resultados das simulações feitas para a otimização do processo. Quanto maior a seletividade, mais favorecida seria a reação principal.
Como primeira estratégia, foram estudadas quais eram as variáveis de entrada para a operação do reator. Segundo Mendes (2016), para um bom rendimento na produção de etilbenzeno, o reator deverá ser alimentado com uma elevada razão de benzeno/etileno, pois o etilbenzeno formado pode reagir com o etileno levando a formação de dietilbenzeno. Para evitar reações adicionais e aumentar a seletividade da reação será estudada a utilização de uma proporção benzeno-etileno de 8:1. Para uma produção de etilbenzeno mínima 80 mil toneladas por ano serão estudadas a utilização de uma pressão de operação de 2 MPa, e temperatura de entrada dos reagentes de 600 K, além da utilização de 800.000 gramas de catalisador.
Com esses valores, foi avaliado a relação da queda de temperatura em função da massa de catalisador, tendo em vista que a reação principal é exotérmica e teria melhor rendimento com a queda gradativa da temperatura.
Através desse plano de negócio, acredita-se que a estratégia estabelecida como a melhor alternativa para a produção de etilbenzeno é mais eficiente e assim, gerará lucros para os possíveis futuros compradores da PoliBras S.A.
- CONTEXTUALIZAÇÃO E DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
Etilbenzeno (EB) é um composto orgânico gerado como produto secundário na síntese de vários compostos com base em hidrocarbonetos, tais como a gasolina, tintas, inseticidas e tabaco. Sua principal aplicação é como intermediária na produção de estireno, um monômero de grande interesse em sínteses orgânicas devido à sua aplicação como insumo nos processos de produção polimérica, entre eles, destaca-se o poliestireno, borrachas sintéticas e resinas copoliméricas (MENDES et. al, 2016).
A empresa PoliBras S.A., especialista na produção de poliestireno, analisa expandir seus negócios com a construção de uma fábrica em São José dos Campos, SP, para produção de etilbenzeno. Essa nova fábrica deverá ser capaz de produzir de 80.000 toneladas/ano de etilbenzeno, utilizando benzeno e etileno como matérias primas, conforme Reação 1. Entretanto, o reagente benzeno comercial utilizado não é puro, contendo 10 % em massa de tolueno. O tolueno, por sua vez, também reage com o etileno gerando um subproduto indesejável, de acordo com a Reação 3, além disso, ocorre também uma reação secundária com o etilbenzeno formado, descrita na Reação 2, diminuindo sua produção.
Benzeno (B) + etileno (ET) ⇌ etilbenzeno (EB) (reação principal) (1)
Etilbenzeno (EB) + etileno ⇌ dietilbenzeno (DEB) (reação secundária) (2)
Tolueno (T) + 2etileno (ET) ⇌ etilbenzeno (EB) + propileno (P) (reação da impureza) (3)
Segundo o engenheiro responsável, testes iniciais já confirmaram que se as condições da alimentação forem: 10MPa, a 500K, na proporção etileno-benzeno de 3:1, há um grande aumento na temperatura e uma baixa seletividade.
Visando desenvolver estratégias para se obter a produção anual de etilbenzeno desejada, com máxima seletividade, a Polibras contratou a empresa de consultoria em engenharia, CPR – Consulting and Production of Reactor, para elaboração de um projeto executivo.
- DETALHAMENTO DO PROJETO
- Caracterização e escolha dos reatores
O projetista trabalha para assegurar que a reação química se processe com a maior conversão possível para o produto de saída de interesse, no caso particular o etilbenzeno, gerando assim o mais alto rendimento, buscando a minimização dos custos de implementação e operação. Vale ressaltar que a escolha dos parâmetros de operação e do reator utilizado deve respeitar questões de segurança e ambientais. Sabe-se que o catalisador FX-02, baseado em uma β-zeólita, suporta a temperatura máxima de 450 °C, portanto, essa condição também deve ser considerada. Nesse contexto foram escolhidos três reatores diante das inúmeras opções disponíveis no mercado: reator PBR com troca térmica, reator PBR sem troca térmica e reator CSTR com leito fluidizado.
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