Atividade aula 5 - Construção de fluxogramas de processo 2020 (3)

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USP – Escola de Engenharia de Lorena 
Engenharia de Processos Químicos I 
- Atividade aula 5 - Construção de fluxogramas de processo – 
O principal objetivo desta atividade é gerar fluxogramas alternativos para o processo. 
Com o objetivo de propor possíveis fluxogramas de processo para uma planta capaz de 
produzir 50 mil toneladas/ano de Dimetil éter (DME) (descrito a seguir), você deve analisar as 
alternativas de processo viáveis para a construção de possíveis fluxogramas. Para esta análise 
considere as seguintes etapas: 
(1) ​O processo deve ser descontínuo, contínuo ou misto? Discuta em grupo qual seria a 
alternativa mais interessante para este processo (descontínuo, contínuo ou misto), assim 
como sobre os motivos para esta decisão. 
(2) ​Definir a estrutura de entrada/saída (diagrama conceitual) do processo. 
(3) ​Tendo como base de cálculo da produção de DME, desenvolver o balanço de massa do 
processo considerando uma análise de custos simplificada para dois diferentes cenários: ​(a) 
Cenário 1​: Se todo subproduto for Dietil éter (DEE); 
(b) ​Cenário 2​: Se todo subproduto for etileno; 
(c) ​Comparando os dois cenários responda​: Qual subproduto deveria ser priorizado, caso 
houvesse a possibilidade de ajustar o processo para tal situação? 
(4) ​Proponha no mínimo três possíveis fluxogramas para o processo em questão. Para propor os 
fluxogramas os seguintes pontos são importantes para serem considerados: 
• ​Caso os reagentes não tenham elevada pureza, a separação da impureza deve ser 
realizada em alguma etapa do processo. Lembrar que separação ou purificação da 
alimentação antes da transformação pode ser considerada, pois a principal corrente 
de alimentação contém dois tipos de reagentes e uma impureza (água). 
• ​Se a reação tem baixa conversão ou ocorre sob proporção não estequiométrica de 
reagentes, a necessidade de reciclo deve ser considerada. 
• ​Caso tenha reciclo se houver algum composto inerte presente, e que seja de difícil 
separação, uma purga do reciclo deve ser considerada. 
• ​Se a análise de custos indicar que há um subproduto que deve ser preferencialmente 
produzido, propor uma forma de favorecer sua produção. 
• ​Verificar se a quantidade de DEE obtida não é maior que a máxima suportada pelo 
mercado. Caso não seja, a alimentação suplementar com etanol deve ser 
considerada. 
Lembre-se, exemplos ilustrativos que mostram a entrada/saída e Reciclos, podem ajudar em 
decisões na etapa de estruturação de Fluxogramas Alternativos para um processo. 
USP – Escola de Engenharia de Lorena 
Engenharia de Processos Químicos I 
Descrição do processo 
Para um processo proposto para produzir 50 mil toneladas/ano de DME, deve ser considerada a 
conversão de uma corrente de alimentação composta de metanol (88% mol/mol), etanol (11% 
mol/mol), e água (1% mol/mol), com a qual ocorrerão as seguintes reações de desidratação: 
2 CH​3​OH → (CH​3​)​2​O + H​2​O ​ΔH​reac ​= -11770 kJ/kmol (Produto de interesse: DME) ​2 C​2​H​5​OH → 
(C​2​H​5​)​2​O + H​2​O ​ΔH​reac ​= -11670 kJ/kmol (subproduto valioso: DEE) ​C​2​H​5​OH → C​2​H​4 ​+ H​2​O 
ΔH​reac ​= -1570 kJ/kmol (subproduto menos valioso: Etileno) 
As reações ocorrem na fase gasosa, empregando um catalisador de alumina, e são moderadamente 
exotérmicas, mas não necessitam de diluentes adicionais para controlar a temperatura da reação. O 
fluxo que sai do reator (efluente do reator) contém os seguintes componentes, listados em ordem 
decrescente de volatilidade (crescentes ponto de ebulição): 
1. Etileno (C​2​H​4​) 
2. Dimetil éter (DME) 
3. Dietil éter (DEE) 
4. Metanol (MeOH) 
5. O etanol (EtOH) 
6. A água (H​2​O) 
Para este projeto, vamos supor que uma corrente de processo, proveniente de uma 
instalação industrial próxima, constituída por uma mistura de álcool (88% metanol, 11% etanol, e 1% 
água) está disponível a um preço relativamente baixo ($ 0,25/kg). No entanto, correntes constituídas 
por metanol puro ($ 0,60 / kg) e/ou etanol puro ($ 0,60/kg) podem ser compradas, se necessário. O 
preço de venda para o DME, DEE, e etileno são $ 0,95/kg, $ 1,27/kg, e 0,57/kg, respectivamente. 
Pesquisas de mercado preliminares indicam que podemos vender até 15.000 t/ano de DEE e até 
10.000 t/ano de etileno.