Projeto PEAD

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro 
Instituto de Química 
Departamento de Operações e Projetos Industriais 
Laboratório de Engenharia Química I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto de produção de Polietileno de Alto Peso 
Molecular (PEAD) 
 
 
 
 
JULIANA MIRANDA SAAVEDRA DE PAULA 
LARISSA DE ALCANTARA LIMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
Setembro de 2022 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. Descrição da Atividade ................................................................................................................... 3 
a) Que se elabore um diagrama de blocos do processo descrito ............................................... 4 
b) Que se elabore um fluxograma de processo da etapa de secagem / silo de 
armazenamento de polímero seco, incluindo a instrumentação mínima necessária. ................. 5 
c) Que se especifiquem as dimensões mínimas do secador (altura expandida e de arraste) 
Considera que o fundo e tampo do secador são cônicos sendo que o ângulo no topo é 150 
(apenas para evitar acúmulo de resíduos externos, e no fundo 600. O gás distribuído por 
uma placa perfurada acoplada na base cilíndrica inferior do corpo. O pó úmido é alimentado 
acima pouco acima do leito expandido na velocidade de fluidização. ......................................... 5 
d) Que se especifique o silo de armazenamento de polímero seco. Considere o tempo de 
residência de 8 horas / silo, relação altura / diâmetro de 5. ............................................................ 7 
2. Referências Bibliográficas ............................................................................................................ 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Descrição da Atividade 
 
A produção de Polietileno de Alto Peso Molecular (PEAD), polímero utilizado na 
preparo de frascos de óleo lubrificante, é realizada em suspensão com normal hexano. 
De uma forma simplificada o processo ocorre da seguinte forma, em reator agitado, 
aquecido e pressurizado (pressão autógena) são alimentadas as matérias primas (Eteno, 
Hidrogênio, aditivos e sistema catalítico ((uma mistura de catalisador suportado em 
suspensão de hexano) com Trietil alumínio). A reação é continua ocorrendo a 800C e 18 
kg/cm2. A descarga do reator é submetido a um flash adiabático. A corrente proveniente 
do reator alimenta um condensador vertical instalado no topo do vaso de flash. 
A alimentação é realizada na base do condensador, o gás não reagido (Eteno) 
percorre o trocador saindo pelo topo sendo transferido para a área de recuperação, o 
solvente arrastado condensa e retorna para o vaso. A suspensão de PEAD em hexano 
é centrifugada (centrifuga contínua), o solvente, hexano é transferido para a área de 
recuperação e o polietileno com um teor de matéria volátil de 30% (hexano) alimenta um 
silo. Deste via sistema de rosca transportadora, alimenta o sistema de secagem em leito 
fluidizado. Por se tratar de um processo que envolve a remoção de solvente orgânico, o 
gás usado na secagem é nitrogênio. Este é fornecido pressurizado na entrada da 
unidade de secagem. Tem a pressão reduzida e alimenta um aquecedor elétrico que 
aquece o gás a 700C e alimenta pela base (fundo) o secador. O polímero seco, com um 
teor de matéria volátil de 6 % é descarregado continuamente via válvula rotativa, 
alimentando o sistema vibratório de classificação (peneiras). Os grossos são retirados 
numa saída lateral da peneira e vendidos como material fora de especificação (um 
máximo de 0,5%), e o material seco em especificação é transferido via sistema de 
transporte pneumático para os silos de armazenamento. Os gases exaustos do secador 
contendo finos arrastados, alimenta um ciclone instalado no topo do secador. O polímero 
recuperado, praticamente 9% dos arrastados, retorna para o secador com auxilio de uma 
válvula rotativa e o nitrogênio, saturado com hexano na temperatura de operação do 
secador(60C), alimenta um condensador total. O hexano condensado alimenta o vaso 
de transferência para a área de recuperação e o gás, resfriado e reciclado pelo topo 
deste vaso, com o auxilio de um exaustor, para a entrada de nitrogênio no aquecedor 
elétrico, garantindo assim a eficiência no uso do nitrogênio. Dados de processo 
Capacidade da planta: 20 toneladas / hora, base seca, perda de polímero na 
secagem no sistema de secagem 1%. 
Velocidade de fluidização (estimada) 22 cm/s. 
Densidade aparente 25 g/100 ml // ângulo de repouso 450 // Relação H/D leito em 
repouso = 0,26 
Tempo de secagem = 5 minutos 
 
Considerando os dados apresentados a descrição solicita-se: 
 
a) Que se elabore um diagrama de blocos do processo descrito 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Que se elabore um fluxograma de processo da etapa de secagem 
/ silo de armazenamento de polímero seco, incluindo a 
instrumentação mínima necessária. 
 
 
 
 
 
 
c) Que se especifiquem as dimensões mínimas do secador (altura 
expandida e de arraste) Considera que o fundo e tampo do 
secador são cônicos sendo que o ângulo no topo é 150 (apenas 
para evitar acúmulo de resíduos externos, e no fundo 600. O gás 
distribuído por uma placa perfurada acoplada na base cilíndrica 
inferior do corpo. O pó úmido é alimentado acima pouco acima 
do leito expandido na velocidade de fluidização. 
 
Cálculo da altura expandida 
 
Consideração 1: Diâmetro da partícula foi retirado da referência [1] 
Consideração 2: Pressão do gás (P) igual a pressão atmosférica (1 atm) 
Consideração 3: A altura mínima de fluidização utilizada foi extraída da prática de Leito 
Fluidizado que é 0,175 metros 
Consideração 4: A massa específica do PEAD é de 960 kg/m3 
 
Durante a fluidização, o leito fixo irá expandir-se de forma a manter a queda de 
pressão constante, logo é necessário calcular o valor dessa expansão. A este valor irá 
ser somado o valor do TDH para se saber a altura total da coluna. O valor da 
velocidade do fluido (0,22 m/s) é cerca de 2,5 vezes superior à velocidade mínima de 
fluidização, ou seja, estima-se a velocidade em 0,088 m/s. A massa molecular do 
Nitrogênio (gás utilizado para a secagem) é de 28 kg/kmol. O diâmetro da partícula de 
PEAD estimado é de 0,00015 cm e a massa específica é de 960 kg/m3. 
 
𝐻𝑓
𝐻𝑚𝑓
= 1 +
21.4 (𝑉𝑓 − 𝑉𝑚𝑓)
0.738
𝑑𝑃
1.006𝜌𝑃
0.376
(𝑉𝑚𝑓)
0.937
(𝜔𝑔
𝑃
𝑃𝑎
)
0.126 
 
𝐻𝑓
0,175
= 1 +
21.4 (0.22 − 0.088)0.7380.000151.0069600.376
(0.088)0.937(28)0.126
 
𝐻𝑓 = 0,185 m 
 
Cálculo do diâmetro das bolhas 
Consideração 4: o número de orifícios por unidade de área de distribuidor, foi retirado 
da referência [1] e é de 1,40x104. 
 
O cálculo do diâmetro das bolhas é necessário para se poder estimar o valor 
do TDH. O valor da velocidade mínima de fluidização é de 0,088 m/s 
 
𝑑𝐵 = 
0.54
𝑔0.2
(𝑉𝑓 − 𝑉𝑚𝑓)
0.4𝑥 (𝐻𝑚𝑓 + 4𝑁𝑜𝑟
−0.5)0.8 
𝑑𝐵 = 
0.54
9.80.2
(0.22 − 0.088)0.4𝑥 (0.175 + (4𝑥1,40x104)−0.5)0.8 
𝑑𝐵 = 0.0385 𝑚 
 
Cálculo do TDH 
O valor do TDH (zona de desagregação) permite determinar a altura necessária que deve 
ser 
adicionada à expansão do leito para se ter a altura total da coluna. Este valor é 
necessário para no caso de ocorrer arrastamento de partículas estas não sejam 
projetadas para fora da coluna. O valor do diâmetro superficial das bolhas foi 
calculado anteriormente: 
𝑇𝐷𝐻 = 4.47𝑑𝐵𝑣
0.5 
𝑇𝐷𝐻 = 4.47𝑥0.03850.5 
𝑇𝐷𝐻 = 0.877 𝑚 
 
Cálculo da altura do leito expandido: 
Tal como foi dito anteriormente, o valor da altura da coluna é resultado da 
soma do altura do leito expandido e do valor do TDH. 
𝐻 = 𝐻𝑓 + 𝑇𝐷𝐻 
𝐻 = 0.185 + 0.877 
𝐻 = 1,062 𝑚 
 
d) Que se especifique o silo de armazenamento de polímero seco. 
Considere o tempo de residência de 8 horas / silo, relação altura 
/ diâmetro de 5. 
 
Consideramos silos metálicos que, de acordo com o catálogo disponível no site da 
empresa Kepler Weber, podem armazenar de 21 a 779 toneladasde produto. 
Levando em consideração que a planta opera 24 horas por dia e que a planta processa 
20 t/h, como consequência teremos um processamento de 360 t/dia. Logo, irá se 
trabalhar com apenas um silo. 
 
Dados da questão: 
• Tempo de residência (tres): 8h 
• Massa específica (𝜌) = 960 kg/m³ 
• Diâmetro do silo = 5m 
• Relação diâmetro (Dsilo) / altura Silo (H1): 
𝐷𝑠𝑖𝑙𝑜
𝐻1
= 0,2 
Consideração 5: a vazão mássica de entrada no silo será de �̇� = 15000 𝑘𝑔/ℎ 
Consideração 6: Folga de dimensionamento: 20% 
 
Portanto, a vazão volumétrica da entrada de sólidos no silo será de : 
𝑄 =
�̇�
𝜌
 
𝑄 =
15000
960
= 15.63 𝑚3/ℎ 
O tempo de residência será: 
tresidência = 
𝑉 
𝑄
 → 𝑉ú𝑡𝑖𝑙 = 15.63 
𝑚³
ℎ
𝑥 8 ℎ 
𝑉ú𝑡𝑖𝑙 = 125 𝑚
3 
 
O Volume total de cada silo, será calculado considerando a folga de dimensionamento: 
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑉ú𝑡𝑖𝑙(1 + 𝑓) 
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 125 (1 + 0,2) = 126,2 𝑚³ 
 
Considerando um silo cilíndrico com fundo cônico, onde H1 é a parte cilíndrica e H2 é a 
parte cônica, temos: 
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 
𝜋
4
𝐷2𝐻1 +
1
3
𝜋
4
𝐷2𝐻2 
Considerando a altura cônica como metade de seu diâmetro: H2 = D/2 
Através da relação 
𝑫𝒔𝒊𝒍𝒐
𝑯𝟏
= 0.2, consegue-se obter as demais dimensões. Sendo assim: 
DSilo = 3,14 m 
H1 = 15,72 m 
H2 = 1,57 m 
Htt silo = 17,29 m 
 
2. Referências Bibliográficas 
 
[1] https://recipp.ipp.pt/bitstream/10400.22/2541/1/DM_JoaoGoncalves_2011_MEQ.pdf 
[2] https://gedelplasticos.com.br/artigos/pead-polietileno-de-alta-
densidade/#:~:text=Polietileno%20de%20Alta%20Densidade%20(PEAD)%3A,0%2C93
5%20%E2%80%93%200%2C960%20g%2Fcm3%3B&text=Polietileno%20de%20Ultra
%20Alto%20Peso,.000%20a%206.000.000. 
[3] https://www.braskem.com.br/cms/Principal/Catalogo/Download?CodigoCatalogo=22 
 
https://recipp.ipp.pt/bitstream/10400.22/2541/1/DM_JoaoGoncalves_2011_MEQ.pdf
https://gedelplasticos.com.br/artigos/pead-polietileno-de-alta-densidade/#:~:text=Polietileno%20de%20Alta%20Densidade%20(PEAD)%3A,0%2C935%20%E2%80%93%200%2C960%20g%2Fcm3%3B&text=Polietileno%20de%20Ultra%20Alto%20Peso,.000%20a%206.000.000
https://gedelplasticos.com.br/artigos/pead-polietileno-de-alta-densidade/#:~:text=Polietileno%20de%20Alta%20Densidade%20(PEAD)%3A,0%2C935%20%E2%80%93%200%2C960%20g%2Fcm3%3B&text=Polietileno%20de%20Ultra%20Alto%20Peso,.000%20a%206.000.000
https://gedelplasticos.com.br/artigos/pead-polietileno-de-alta-densidade/#:~:text=Polietileno%20de%20Alta%20Densidade%20(PEAD)%3A,0%2C935%20%E2%80%93%200%2C960%20g%2Fcm3%3B&text=Polietileno%20de%20Ultra%20Alto%20Peso,.000%20a%206.000.000
https://gedelplasticos.com.br/artigos/pead-polietileno-de-alta-densidade/#:~:text=Polietileno%20de%20Alta%20Densidade%20(PEAD)%3A,0%2C935%20%E2%80%93%200%2C960%20g%2Fcm3%3B&text=Polietileno%20de%20Ultra%20Alto%20Peso,.000%20a%206.000.000