PROJETO DE PROCESSOS QUÍMICOS

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Projeto de Processos Químicos Industriais 
	Erika Santili Reis
	RA: 14.3636-9
	Rafael Palmero Thomazini
	RA: 12.7124-6
	
	
	
	
	
	
	
	
Professor: Manoel Mendes
Santa Bárbara d’Oeste
 Abril de 2018
Solicitação de Trabalho
A produção de cumeno é realizada por meio da reação de benzeno com propileno, ambo em fase gasosa a 350ºC e 30 atm. O Efluente reacional deixa o reator nas condições de operação do reator com a seguinte composição (% em base molar):
- 48% de benzeno;
- 42% de cumeno;
- 4% de propileno;
- 4% de proprano;
- 2% de diisopropilbenzeno;
Desenvolver um processo com o objetivo de obter:
1. Uma corrente de produto de 88.000 tonelas/ano com 99% de pureza de cumeno.
2. Uma corrente de subproduto com 75% de pureza de diisopropilbenzeno.
3. Recuperação de no mínimo 90% do benzeno presente na corrente efluente do reator.
As restrições para este processo são:
- Vapor de baixa pressão (lps – Low-Pressure Stream) 446 kPa, saturado_____________________________________________$3.00/1000 kg
- Vapor de média pressão (mps – Medium-Pressure Stream) 1135 kPa, saturado_____________________________________________$6.50/1000 kg
- Vapor de alta pressão (hps – High-Pressure Stream) 4237 kPa, saturado_____________________________________________$8.00/1000 kg
- Gás Natural (446 kPa, 25ºC______________________________$3.00/100 kJ
- Eletricidade___________________________________________$0,05/KW.h
- Água de alimentação da caldeira (bfw – Boiler Feed Water) disponível a 549 kPa, 90ºC__________________________________________$300.00/1000 m³
- Água de resfriamento (cw – Cooling Water) disponível a 516 kPa e 30ºC com retorno a 308 kP e no máximo 45ºC ____________________ $20.00/1000 m³
- Água refrigerada (rw – Refrigerated Water) disponível a 516 kPa, 10ºC com retorno a 308 kPa e no máximo 20ºC_____________________$200.00/1000 m³
- Custo de incineração custo para incinerar com gás natural em proporção volumétrica de 1:1_________________________________________$6,00/GJ
HIPÓTESES	
· Regime Permanente;
· 1 ano = 300 dias, diariamente 24 horas;
· Válulas Adiabáticas;
· Trocador de calor: isobárico;
· Tambor Flash: isobárico, isotérmico e adiabático.
DESCRITIVO DO PROCESSO
O processo se inicia com uma corrente composta de benzeno, cumeno, propileno, propano e p-diisopropilbenzeno. 
Para admitir uma vazão de alimentação, precisa-se de um valor inicial para iniciar o fluxograma, para isso aplicamos o balanço de massa para o cumeno através da seguinte conta:
C9H12= 120g/mol 
1 ano = 300 dias = 7200 horas
No Aspen Plus trabalhamos a vazão por ano de operação, para facilitar os cálculos e realizar os cálculos para um ano. Portanto admitimos que iríamos recuperar 100% do cumeno para ter um valor inicial e convertemos 88.000 ton/ano para base molar, o que nos dá um valor inicial de 733.333 kmol/ano, portanto admitimos esse valor como vazão de alimentação. Após realizar todo o fluxograma, para se adequar ao processo mudamos a vazão para 1.743.396 kmol/ano.
Esta corrente passa inicialmente por uma válvula de expansão a 1 atm para baixar a pressão, pois a alimentação a 350ºC e 30 atm está toda em fase gasosa. Preferimos trabalhar com a pressão a 1 atm na válvula de expansão, pois quanto mais próximo da condição ambiente os materiais de construções para projetar os equipamentos não precisarão ter elevada resistência e com isso o custo dos equipamentos serão reduzidos. Saindo da válvula de expansão a corrente entra num trocador de calor para resfriar a mistura afim de obter também uma fase líquida, para isso optamos por trabalhar com fração de vapor e estipulamos um valor inicial de 50%, mas logo depois diminuímos para 11%, afim de reduzir a perda de benzeno na corrente gasosa do Tambor Flash para manter-se dentro dos 90% de recuperação de benzeno, assim a temperatura passa de 350 ºC para 72 ºC. Saindo do trocador de calor, a corrente entra no tambor flash, o qual trabalha na separação líquida e gasosa, onde os componentes mais voláteis deixam o processo por uma corrente no topo e os menos voláteis por uma corrente de fundo. Trabalhamos com pressão constante no tambor flash, devido a facilidade de controle do processo.
Saindo do trocador de calor, a corrente entra na primeira coluna de destilação, que tem razão de refluxo de 1,55 e pressão do condensador e do reboiler igual a 1,00 atm. A corrente de topo dessa primeira coluna de destilação sai rica em benzeno, propano e propileno, enquanto a de fundo sai rica em cumeno. Como cumeno é o nosso produto principal, é interessante enviar para uma nova separação através de outra coluna de destilação, que opera nas mesmas condições da primeira, no entanto, dela serão recuperados uma corrente de fundo rica em diisopropilbenzeno e uma corrente de topo rica em cumeno.
CONDIÇÕES OPERACIONAIS
As condições operacionais do processo foram definidas de acordo com o objetivo do projeto de maneira que todas as demandas fossem atendidas. As tabelas contento as condições de cada equipamento estão abaixo representadas. 
	Válvula de Expansão
	Adiabático para saída de pressão específica
	 Vapor-líquido
	Pressão de saída (atm)
	1
	Fração de vapor
	0,11
	Máximo de interações
	30
	Tolerância de erros
	0,0001
	Trocador de calor 1
	Pressão (atm)
	0
	Fração de vapor
	0,11
	Tambor Flash 
	Flash Type (Pressure)
	0
	Coluna de destilação 1
	Razão de refluxo
	1,40
	Recuperação Benzeno
	0,999
	Recuperação Diisopropilbenzeno
	0,001
	Pressão condensador (atm)
	1,00
	Pressão reboiler (atm)
	1,00
	Coluna de destilação 2
	Razão de refluxo
	1,55
	Recuperação Cumeno
	0,98
	Recuperação Diisopropilbenzeno
	0,001
	Pressão condensador (atm)
	1,00
	Pressão reboiler (atm)
	1,00
FLUXOGRAMA DO PROCESSO
A figura 1 mostra o fluxograma do processo de separação realizado no Aspen Plus. 
Figura 1. Fluxograma do processo
B1: Válvula de expansão – usado para diminuir a pressão, pois a alimentação está em fase gasosa.
B2: Trocador de calor – usado para resfriar a solução afim de obter uma fase líquida.
B3: Tambor Flash - utilizado para separar os gases dos líquidos, para posteriormente não atrapalhar na coluna de destilação.
Coluna 1: Coluna de destilação simples – usado para separar por diferença de volatilidade, onde na corrente de topo sai rica em benzeno, propano e propileno e na corrente de fundo sai o cumeno.
Coluna 2: Coluna de destilação simples - usado para separar por diferença de volatilidade, onde na corrente de topo sai rica em cumeno e na corrente de fundo sai diisopropilbenzeno.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
· Como resíduo temos o Diisopropilbenzeno que obteve uma recuperação de 88,6% onde pode ser usado como componente em formulações de limpeza industrial.
· Como no refervedor o vapor cede calor para a solução, portanto a temperatura da utilidade tem que ser maior do que da solução. Como na corrente de fundo da Coluna 1 está 156ºC, olhando na tabela de saturação de água, podemos observar que a temperatura nas condições de vapor de baixa pressão é menor que a temperatura da solução, assim a solução cederia calor para a utilidade, o que não é viável. Portanto, é viável usar o vapor de média pressão (1135kPa) pois a temperatura nessas condições de pressão é maior que a solução, favorecendo assim a troca de calor.
· Para o condensador, já é o oposto do refervedor, ou seja, a solução cede calor para a utilidade. Como a corrente de topo está a 65ºC, a água consegue trocar calor com a solução, pois para realizar essa troca de calor a água necessita estar no máximo 45ºC.
B1
B2
B3
COLUNA1
COLUNA2
1
S1
S2
S3
S4
BENZENO
FUNDOCOL
DIISO
CUMENO
B1
B2
B3
COLUNA1
COLUNA2
1S1S2
S3
S4
BENZENO
FUNDOCOL
DIISO
CUMENO