Dimensionamento de um Reator para Dimerização do Etileno

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FEQ 1000 – Engenharia de Processos Químicos
Disciplina: Engenharia das Reações Químicas
Projeto: Dimensionamento de um Reator para Dimerização do Etileno
Professor Dr. Gustavo Paim Valença
Alunos: Thais Amaral Valfré	 
	 Henrique C. P. dos Santos
Introdução
	Neste trabalho será estudada a reação de dimerização do etileno (eteno). O eteno é o hidrocarboneto mais simples da família das olefinas. Trata-se de uma molécula constituída por dois átomos de carbono, ligados entre si por uma dupla ligação, e quarto átomos de hidrogênio (C2H4). A temperatura ambiente apresenta-se como um gás incolor [1]. É o composto químico mais utilizado na indústria química/petroquímica.
	O produto da reação de dimerização é o buteno (C4H8), que apresenta quatro isômeros estruturais. Todos estes isômeros a temperatura e pressão ambiente são gases incolores de alto potencial inflamável. O isômero de interesse nesse projeto é o 1-buteno. Devido à ligação dupla do buteno, este alceno pode atuar como monômero na formação de polímeros (principalmente LDPE e HDPE) e também na produção de borracha sintética. Além dessas aplicações, este produto é usado como um intermediário na indústria petroquímica.
	A dimerização do eteno é usualmente catalisada por um catalisador de complexo de níquel, titânio ou de óxidos de alumínio.
	A reação é descrita abaixo.
Reações laterais
	No processo de dimerização do eteno em 1-buteno, podem surgir moléculas secundárias [3]. As principais reações laterais são:
- Formação de isômeros
- Oligomerização do eteno: produzindo, principalmente, hexeno e octeno.
	A seletividade do catalisador e um estrito controle das condições de processo, principalmente um bom controle de temperatura do meio [3], minimizam tais reações. Para um processo industrial é desejável alta seletividade do produto final.
Rendimento da reação
A título de estudo estabelecemos um rendimento de X=0,8 (80%). Considera-se também alta seletividade do produto final de 93%.
Estequiometria da reação e variação do volume reacional
	A estequiometria de reação é 2:1, tem-se duas moléculas de eteno formando uma molécula de 1-buteno. Como o número de mols não é mantido constante na reação, haverá no sistema uma grande variação de volume no reator, portanto uma variação de vazão – a vazão irá diminuir com o tempo.
	Tratando-se de reações em fase gasosa, a variação do volume reacional, tanto em sistemas abertos como fechados, é significativa e deve ser tratada com cuidado.
V = V0 . (NT/NT0) . (T/T0) . (P0/P)			
Onde NT e NT0 são os números de mols totais após a reação e no início da reação. 
Calor da reação
	A dimerização do eteno é uma reação bastante exotérmica.
Dados:
	Dados de produção
	Produção Buteno
	600000
	T/ano
	
	75,8
	T/h
	
	75757,6
	Kg/h
	2C2H4 => C4H8
	
	PM buteno
	56
	Kg/Kmol
	PM etileno
	28
	Kg/Kmol
	 
	
	 
	Buteno
	1691
	Kmol/h
	Etileno
	3382
	Kmol/h
Dados para os cálculos
	Dados de Cálculo
	Ativador
	EtAL
	 
	Catalizador
	LC2253 - Base em Titanium
	 
	Tipo de Reator
	PFR
	 
	Conversão
	80,00
	%
	Fase
	Gasosa
	 
	Seletividade
	93,00
	%
	Troca Térmica
	-25
	Kcal/gmol
	K reação
	0,0015
	 
	Ea
	35
	Kcal/mol
	To
	190
	°C
	Tinicial
	140
	°C
	Tfinal
	160
	°C
	Pinicial
	35
	bar
	Pfinal
	33
	bar
	Delta P
	2
	bar
	Tubos por reator
	600
	und
	Altura tubo
	10
	m
	Diâmetro
	2
	in
	Alimentação reator
	Componente fração molar
	 
	Ethylene
	1
	Butene
	0
	 
	 
	Out reator
	Componente fração molar
	 
	Ethylene
	0,995
	Butene
	0,005
Resultados obtidos através de simulação
Simulação utilizando software Aspen Plus modelo de reator Rplug
	Dados Finais
	Reatores
	5
	und
	Volume reator
	6,08
	m³
	Buteno por reator
	15152
	kg/h
	Catalizador
	9
	ton/reator
	Total sistema
	3000
	tubos
	Total sistema
	45
	Ton de catalizador
	Catalizador
	1,480895
	ton/m³
	Catalizador
	0,015
	ton/tubo
	Delta P por metro
	0,2
	bar
Referências Bibliográficas
[1] Record of Ethylene in the GESTIS Substance Database of the IFA (acessado em 08/11/2015);
[2] http://chemicalland21.com/industrialchem/organic/1-BUTENE.htm 
(acessado em 10/11/2015);
[3] http://faculty.ksu.edu.sa/Emad.Ali/mypublication/paper25.pdf 
(acessado em 10/11/2015);