Fundao Universidade Federal do Rio Grande FURG Escola

  • Slides: 136
Download presentation
Fundação Universidade Federal do Rio Grande - FURG Escola de Química e Alimentos Núcleo

Fundação Universidade Federal do Rio Grande - FURG Escola de Química e Alimentos Núcleo de Engenharia Química Prof. Renato Dutra Pereira Filho Projeto de Processos Químicos: Pensando a Indústria Química. Setembro de 2009

Visão Geral da Apresentação Definição de projeto; A síntese de processos químicos; Referenciais bibliográficos

Visão Geral da Apresentação Definição de projeto; A síntese de processos químicos; Referenciais bibliográficos úteis; Breve análise de metodologias; Pré-projeto ou prospecção, hoje em dia; Alguns exemplos de sítios úteis; Patentes; Etapas do projeto de processos; Fatores de comparação entre projetos; Elementos produzidos pelo projeto de processos químicos; - Planejamento e Gerência de Projetos (Ferramentas); - Exemplos de projetos de processos (ano 2009); - Considerações Finais. -

Definição de Projeto é o esforço temporário empreendido para criar um produto, serviço ou

Definição de Projeto é o esforço temporário empreendido para criar um produto, serviço ou resultado exclusivo. Os projetos surgem em razão de uma demanda de mercado, necessidade organizacional, solicitação de um cliente, avanço tecnológico, requisito legal, ou necessidade social.

Características dos Projetos - são temporários; - são planejados, executados e controlados; - entregam

Características dos Projetos - são temporários; - são planejados, executados e controlados; - entregam produtos, serviços ou resultados; - são desenvolvidos em etapas; - têm elaboração progressiva; - são realizados por pessoas; - apresentam recursos limitados.

Características Exclusivas do Projeto de Processos Químicos � Nível de Detalhamento ◦ Conceitual (25%

Características Exclusivas do Projeto de Processos Químicos � Nível de Detalhamento ◦ Conceitual (25% de exatidão); ◦ Preliminar (5% de exatidão); ◦ Construtivo (1% de exatidão); Integração Recorrente em Equipes Multidisciplinares: Químicos, Farmacêuticos, Bioquímicos Engenheiros Químicos Engenheiros Mecânicos, Eletricistas, Civis, Automação

“Imensidão” Química Segundo Charpentier (Chem. Eng. Science - 2004): 14 milhões de compostos moleculares

“Imensidão” Química Segundo Charpentier (Chem. Eng. Science - 2004): 14 milhões de compostos moleculares foram sintetizados em laboratório: cerca de 100 mil podem ser encontrados no mercado. Somente uma pequena fração pode ser encontrada na natureza; a grande maioria dessas substâncias, para ser usada em larga escala, necessitará ter seu processo de produção projetado e, somente aí, manufaturada.

O Processo Químico na Cabeça das Pessoas Etapas Genéricas no Processo Químico OBS. :

O Processo Químico na Cabeça das Pessoas Etapas Genéricas no Processo Químico OBS. : as Operações Unitárias envolvem: - fluxo de fluidos (transporte pneumático, filtração, fluidização, etc), - transferência de calor (evaporação, condensação, etc) - transferência de massa (destilação, absorção, extração, adsorção, secagem, etc) - termodinâmica (liquefação, refrigeração, etc); - mecânica (moagem, peneiramento, etc)

Um engano comum Processos Químicos são normalmente pensados como um conjunto de “operações unitárias”

Um engano comum Processos Químicos são normalmente pensados como um conjunto de “operações unitárias” conectadas juntas a fim de transformar matérias-primas em produtos úteis. Tradicionalmente, cada operação unitária era projetada e otimizada individualmente. Infelizmente sempre que cada operação é otimizada, o processo global pode estar longe do ótimo.

Visão “Moderna” do Processo Químico A partir do final da década de 1970 (em

Visão “Moderna” do Processo Químico A partir do final da década de 1970 (em especial devido as crises do petróleo) , mais atenção passou a ser dada ao projeto global do processo ao invés das unidades individuais. Ao projetar o processo de maneira global, o projetista encara muitos desafios. Além de ter que escolher as várias etapas, também deve determinar a melhor interconexão dessas etapas. A essa atividade de determinar a estrutura do processo chamamos SÍNTESE DO PROCESSO.

Usos da Síntese de Processos A SÍNTESE do processo deve ser aplicada nos estágios

Usos da Síntese de Processos A SÍNTESE do processo deve ser aplicada nos estágios inicias de projeto e deve requerer pouca informação, pois o uso de métodos rigorosos de projeto são caros (em tempo e dinheiro). Os métodos e ferramentas da SÍNTESE de processos podem ser aplicados ao projeto de novos processos e a reavaliação de existentes, acarretando redução de custos fixos e variáveis.

Tributo a “Linhoff” Em 1978 o estudante de Doutorado Bodo Linhoff, que trabalhava na

Tributo a “Linhoff” Em 1978 o estudante de Doutorado Bodo Linhoff, que trabalhava na ICI sob a orientação do professor John Flower da Universidade de Leeds, desenvolveu a ANÁLISE PINCH, com o intuito de otimizar as redes de trocadores de calor, para reduzir o consumo energético (em consequência da crise do petróleo). Essa iniciativa mudou o projeto de processos químicos.

Referenciais Bibliográficos para Projeto de Processos Conceptual Design of Chemical Processes - James Douglas

Referenciais Bibliográficos para Projeto de Processos Conceptual Design of Chemical Processes - James Douglas (1988) - Método Expedito (“shortcut”) com 25% de aproximação; Chemical Process Design - Robin Smith (1994) (grupo do Linhoff); Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering - Himmelblau & Riggs (7 ed !!! 2003) Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis, and Evaluation – Seider, Seader e Lewin (2003) Plant Design and Economics for Chemical Engineers - Peters, Timmerhaus e West (3 ed. 2003) Elementary Principles of Chemical Processes - Felder & Rousseau (3 ed. 2004). Chemical Process: Design and Integration, Robin Smith (2005); Chemical Process Design: Computer-Aided Case Studies – Dimian & Bildea (2008) - OBS: 215 US$ Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes, Turton, Bailie, Whiting e Shaiwitz ( 3 ed. – 2009)

Várias Metodologias de Projeto �Projeto Conceitual (Douglas): ◦ Níveis hierárquicos �“Onion Diagram” – Robin

Várias Metodologias de Projeto �Projeto Conceitual (Douglas): ◦ Níveis hierárquicos �“Onion Diagram” – Robin Smith:

Fonte: Center of Process and Material Synthesis (COMPS) University of the Witwatersrand - Johannesburg

Fonte: Center of Process and Material Synthesis (COMPS) University of the Witwatersrand - Johannesburg

Pré-projeto ou prospecção �Uso correto do Google; �Acesso as Enciclopédias de Tecnologia Química (Kirk

Pré-projeto ou prospecção �Uso correto do Google; �Acesso as Enciclopédias de Tecnologia Química (Kirk Othmer e Ullman’s) �Acesso das Bases de Dados de Substâncias (propriedades químicas, físicas, de segurança e de saúde, MSDS ou FISPQ) �Patentes !

Bases de Dados Online �webbook. nist. gov/chemistry/ �http: //kinetics. nist. gov/

Bases de Dados Online �webbook. nist. gov/chemistry/ �http: //kinetics. nist. gov/

Importância das Patentes - Proteção da Propriedade Intelectual - Novas Idéias / Concepções -

Importância das Patentes - Proteção da Propriedade Intelectual - Novas Idéias / Concepções - Velhas Idéias / Novas Concepções Bases de dados: patft. uspto. gov (desde 1790, formato. tif) www. freepatentsonline. com www. google. com/patents pesquisa. inpi. gov. br/

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Análise de Mercado; �Criação de uma ou mais

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Análise de Mercado; �Criação de uma ou mais soluções – literatura e patentes; �Determinar reações, separações, possíveis condições operacionais, aspectos ambentais, segurança e aspectos de saúde; �Avaliar rentabilidade dessas potenciais soluções (se negativa, criar novas alternativas)

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Refinar dados para projeto – propriedades físico-químicas e

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Refinar dados para projeto – propriedades físico-químicas e termodinâmicas (estimação por software ou medição); �Preparar projeto de engenharia – fluxograma de processo, integração e otimização, checar controlabilidade, dimensionar equipamentos e estimar custo fixo.

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Reavaliar a viabilidade econômica do processo (se negativa,

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Reavaliar a viabilidade econômica do processo (se negativa, ou modificar processo ou investigar processo alternativo); �Revisar novamente aspectos ambientais, de segurança e saúde; �Produzir relatório escrito (memorial descritivo);

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Completar o projeto final de engenharia: ◦ Determinar

Etapas do Projeto de Processos Químicos �Completar o projeto final de engenharia: ◦ Determinar layout de equipamentos e especificações; ◦ Construir os diagramas de tubulações e de instrumentação; ◦ Preparar as consultas de propostas de equipamentos (ERRO COMUM É COLOCAR ESSA CARROÇA AQUI NA FRENTE DOS BOIS);

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto �Fatores Técnicos: ◦ Flexibilidade do processo; ◦

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto �Fatores Técnicos: ◦ Flexibilidade do processo; ◦ Operação contínua, semi-contínua ou batelada ◦ Automação especial requerida; ◦ Lucro comercial; ◦ Dificuldades técnicas envolvidas; ◦ Necessidades Energéticas; ◦ Possibilidade de evolução; ◦ Riscos à segurança e à saúde;

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto �Matérias-primas ◦ Disponibilidade atual e futura; ◦

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto �Matérias-primas ◦ Disponibilidade atual e futura; ◦ Processamento requerido; ◦ Necessidades de armazenamento; �Sub-produtos e Efluentes ◦ ◦ ◦ Quantidade produzida; Valor; Mercados potenciais e usos; Forma de descarte; Aspectos ambientais

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto � Equipamentos ◦ ◦ ◦ Disponibilidade; Materiais

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto � Equipamentos ◦ ◦ ◦ Disponibilidade; Materiais de construção; Custos iniciais; Custos de manutenção e de instalação; Necessidade de substituição; � Localização da Unidade ◦ Área requerida; ◦ Infraestrutura viária; ◦ Proximidade de mercados e das fontes de matériasprimas; ◦ Disponibilidade de energia, água, telecomunicações; ◦ Mão de obra; ◦ Clima; ◦ Restrições legais e taxas;

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto � Custos ◦ ◦ ◦ � Matérias-primas;

Fatores de Comparação Entre Alternativas de Projeto � Custos ◦ ◦ ◦ � Matérias-primas; Energia; Depreciação; Outros encargos fixos; Royalties (patentes); Controle Ambiental; Fatores temporais ◦ “Deadline” da completude do projeto; ◦ Necessidade de desenvolvimento / aperfeiçoamento do processo; � Considerações de Processo ◦ Disponibilidade da tecnologia; ◦ Matérias-primas comuns com outros processos; ◦ Vocação da empresa;

Produtos do Projeto de Processos Químicos � ESCOPO (FUNDAMENTAL) � Base de Dados das

Produtos do Projeto de Processos Químicos � ESCOPO (FUNDAMENTAL) � Base de Dados das Substâncias (MSDS, FQ e TERMO) � Planilha Eletrônica do Balanço Material Estrutura de Entrada/Saída � Análise dos Cenários � Planilha Eletrônica do Balanço Material – Estrutura de Reciclo e Purga � Análise dos Cenários � Planilha Eletrônica da Estrutura de Separação � Análise dos Cenários � Integração Energética (“Análise Pinch”) - redes de trocadores de calor

Produtos do Projeto de Processos Químicos �Folhas de Especificação de Equipamentos; �Layout da Unidade;

Produtos do Projeto de Processos Químicos �Folhas de Especificação de Equipamentos; �Layout da Unidade; �Análise Econômica (Fluxo de Caixa do Investimento);

Planejamento e Gerência de Projetos �Escopo ◦ Objetiva contentar ambas as partes (“evitar a

Planejamento e Gerência de Projetos �Escopo ◦ Objetiva contentar ambas as partes (“evitar a sopa de pedra”); �Uso de Ferramentas de Software ◦ Microsoft Project �Útil no cálculo das horas-homem requeridas; �Fundamental no Planejamento (“quem faz o que quando”); �Geração de Relatórios e facilitar “follow ups”; �Acompanhamento e avaliação;

Exemplo de Projeto de Processo Químico desenvolvido na FURG.

Exemplo de Projeto de Processo Químico desenvolvido na FURG.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS CURSO DE

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA DISCIPLINA DE PLANEJAMENTO E PROJETOS Projeto Conceitual e Preliminar da Produção de Combustíveis Sintéticos a partir de Gás Natural Equipe B: Vanessa Ahrens 35747 Viviane Botelho 37225 Estela Kerstner 37258 Géverson Dall’Agnol 37260 Orientador: Prof. MSc. Renato Dutra Pereira Filho Tutor : Prof. MSc. Henrique da Costa Bernardelli

Introdução - Aumento na oferta de gás natural. - Cerca de 90% do gás

Introdução - Aumento na oferta de gás natural. - Cerca de 90% do gás natural extraído é usado na produção de energia térmica e elétrica. - Produção de combustíveis sintéticos a partir do gás natural. - Problema de engenharia em estudo.

Objetivo Desenvolver o projeto conceitual e preliminar de uma unidade produtora de combustíveis sintéticos,

Objetivo Desenvolver o projeto conceitual e preliminar de uma unidade produtora de combustíveis sintéticos, enfatizando a produção de gasolina e diesel, utilizando gás natural proveniente do Terminal de Regaseificação a ser instalado na cidade de Rio Grande-RS, permitindo assim que os acadêmicos executores desse possam concluir a disciplina de Planejamento e Projeto do curso de Engenharia Química, da Universidade Federal do Rio Grande, durante o ano de 2009.

Metas do Projeto 1 - Levantamento e estudo dos processos existentes (análise de patentes).

Metas do Projeto 1 - Levantamento e estudo dos processos existentes (análise de patentes). 2 - Estruturação de cenários do processo. 3 - Estruturação de um banco de dados contendo propriedades físico-químicas, econômicas e as MSDS dos compostos químicos envolvidos. 4 - Elaboração do balanço material de cada um dos cenários propostos. 5 - Elaboração do balanço de energia de cada um dos cenários propostos. 6 - Determinação do potencial econômico de cada um dos cenários propostos. 7 - Avaliação e definição do melhor cenário (até o nível da integração energética). 8 - Projeto preliminar da unidade compatível com o cenário escolhido.

Planejamento Tabela 1 – Planejamento para o Segundo Seminário Descrição das Tarefas Avaliar a

Planejamento Tabela 1 – Planejamento para o Segundo Seminário Descrição das Tarefas Avaliar a Lucratividade dos Processos Preliminares Nível 1 - Batelada X Contínuo Nível 2 - Estrutura de Entrada e Saída Especificação dos Produtos Executar o Balanço Material de Entrada e Saída Determinar o Potencial Econômico Nível 3 - Estrutura de reciclo Executar o Balanço Material de Reciclo Executar o Balanço de Energia Determinar o Potencial Econômico Nível 4 - Sistema de Separação Sistema de Recuperação de Vapor Sistema de Recuperação de Líquidos Executar o Balanço Material Preparação do Segundo Seminário Inicio Termino 01/06 24/09 01/06 14/07 09/06 30/06 02/07 09/07 10/07 14/07 15/07 03/08 22/07 29/07 30/07 31/07 03/08 04/08 24/09 04/08 06/08 04/08 07/08 25/08 31/08 01/09 15/09

Revisão Bibliográfica Gás Natural - Matriz Energética - Atualidade e Reconhecimento de Novas Reservas

Revisão Bibliográfica Gás Natural - Matriz Energética - Atualidade e Reconhecimento de Novas Reservas - Tergas e UTE Rio Grande Combustíveis Líquidos Sintéticos - Início da Tecnologia - Contexto Atual - Vantagens - Evolução no mercado Tecnologia GTL - Definições da Rota de Produção - Produção do Gás de Síntese: Combinação SMR e DR - Conversão do Gás de Síntese: Síntese de FT - Hidroconversão

Revisão Bibliográfica Formação do Gás de Síntese Reforma a Vapor (SMR) CH 4 (g)

Revisão Bibliográfica Formação do Gás de Síntese Reforma a Vapor (SMR) CH 4 (g) + H 2 O(l) CO(g) + 3 H 2 (g) ΔH° 298 K=205, 92 KJ/mol (1) - Temperatura aproximadamente 900ºC. - Pressão pode variar entre 2, 5 atm e 20 atm. - Razão de vapor/carbono (V/C) entre 1, 9 e 9, 0. - Razão de H 2/CO=3. Reforma Seca (DR) CH 4 (g) + CO 2 (g) → 2 CO(g) + 2 H 2 (g) ΔHº 298 K= 247 k. J/mol (2) - Temperatura entre 750ºC e 1000ºC. - Pressão ambiente. - Razão de H 2/CO=1.

Revisão Bibliográfica Conversão do Gás de Síntese de Fischer-Tropsch (FT) CO(g) + H 2

Revisão Bibliográfica Conversão do Gás de Síntese de Fischer-Tropsch (FT) CO(g) + H 2 (g) H 2 O(l) + -(CH 2)- ∆Hº 298 K=-165 k. J/mol (3) - Crescimento da Cadeia Carbônica - FT de Baixa Temperatura - FT de Alta Temperatura

Revisão Bibliográfica Hidroconversão 1 - Craqueamento Térmico 2 – Coqueamento Retardado 3 – Craqueamento

Revisão Bibliográfica Hidroconversão 1 - Craqueamento Térmico 2 – Coqueamento Retardado 3 – Craqueamento Catalítico 4 – Hidrocraqueamento Catalítico 5 – Hidrocraqueamento Catalítico Brando 6 - Hidrotratamento 7 - Acoilação Catalítica ou Alquilação e Polimerização.

Revisão Bibliográfica Análise Preliminar dos Catalisadores Formação do Gás de Síntese - SMR Tabela

Revisão Bibliográfica Análise Preliminar dos Catalisadores Formação do Gás de Síntese - SMR Tabela 2 – Principais Catalisadores Empregados em SMR Catalisador Níquel/Oxidos-diamante Vantagens -Melhor conversão de CH 4. - Menor deposição de C. Catalisadores a base de ferro e a base de cobalto Catalisadores a base de - Consideravelmente ativos. metais nobres Ni suportado por Al 2 O 3, Mg. O ou Mg. Al 2 O 4 promovidos por Ca. O ou K 2 O - Extremamente barato e suficientemente ativo. Desvantagens - Facilmente oxidados. - Custo elevado. -Sensibilidade quanto à desativação. -Necessidade de promotores.

Revisão Bibliográfica Análise Preliminar dos Catalisadores Formação do Gás de Síntese - DR Tabela

Revisão Bibliográfica Análise Preliminar dos Catalisadores Formação do Gás de Síntese - DR Tabela 3 – Principais Catalisadores Empregados em DR Catalisador Ni/Al 2 O 3 presença de Ce. O 2 Ni/Al 2 O 3 em presença de Zr. O 2 Catalisadores a base de metais nobres Rt, Pt, Ni (Alta pressão) Rt, Pt, Ni (Baixa pressão) Vantagens - Maior reatividade. - Maior produtividade. - Maior resistência a deposição de C. - Ilimitado. - Custo acessível. - Maior conversão de CH 4. Desvantagens - - Desativação por deposição de C. - Menor desativação por C. - Alto custo. - Disponibilidade limitada. - - Maior deposição C. -Baixa deposição C. -

Revisão Bibliográfica Análise Preliminar dos Catalisadores Síntese de Fischer-Tropsch - FT Tabela 4 –

Revisão Bibliográfica Análise Preliminar dos Catalisadores Síntese de Fischer-Tropsch - FT Tabela 4 – Principais Catalisadores Empregados em FT Catalisadores a base de Ferro Catalisadores a base de Cobalto Rutênio Catalisadores a base de Níquel Vantagens -Baixo custo. Desvantagens - Menos seletivo. - Maior conversão. - Vida útil longa. - Maior produção alcanos lineares. - Alto custo. - Intolerantes a CO 2. - Mais ativos. - Alta atividade. - Muito caros. - Alta produção de metano. - Fraco desempenho em alta pressão.

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos - Caracterização dos Produtos Gasolina, Diesel e

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos - Caracterização dos Produtos Gasolina, Diesel e Subproduto Asfalto - Viabilização e Interrelação das Reações Químicas - Levantamento de Propriedades Físico-químicas dos Produtos GTL - Hysys e API Databook - Combustíveis GTL são compostos quase que exclusivamente de parafinas (Chevron 2007).

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos Diesel - Ponto de Fulgor (°C) -

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos Diesel - Ponto de Fulgor (°C) - Massa Específica a 20°C (kg/m 3) - Viscosidade Cinemática (c. St) - Número de Cetanos Gasolina - Pressão de Vapor Reid (k. Pa) - Massa Específica a 20°C (kg/m 3) - Viscosidade Cinemática (c. St) - Octanagem Asfalto - Massa Específica a 20°C (kg/m 3) - Número de C/mol - Peso Molecular (g/mol) - Viscosidade Cinemática (c. St) Parâmetros estimados para mistura representativa e produtos existentes.

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos Diesel Tabela 5 – Composição da Mistura

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos Diesel Tabela 5 – Composição da Mistura Correspondente ao Diesel GTL Nome n-decano n-pentadecano n-eicosano Fórmula C 10 H 22 C 15 H 32 C 20 H 42 Fração Molar 0, 48 0, 36 0, 16 Tabela 6 – Comparação entre os Parâmetros Estimados para Mistura Representativa e Produtos Existentes Ponto de Fulgor (°C) Massa Específica a 20°C (kg/m 3) Viscosidade Cinemática (c. St) Número de Cetanos Diesel Comum 55 833 – 877 Diesel GTL Chevron 59 759, 04 Diesel GTL projeto 59, 82 765 Software 2, 3 – 3, 3 1, 97 Hysys 40 – 60 75 80, 97 Hysys API Hysys

Especificação de Produtos e Subprodutos Diesel Figura 1 - Comparação entre as Curvas de

Especificação de Produtos e Subprodutos Diesel Figura 1 - Comparação entre as Curvas de Destilação do Diesel GTL da Chevron e da Mistura estimada para o Diesel GTL

Especificação de Produtos e Subprodutos Gasolina Tabela 7 – Composição da Mistura Correspondente a

Especificação de Produtos e Subprodutos Gasolina Tabela 7 – Composição da Mistura Correspondente a Gasolina GTL Nome n-pentano i-octano n-nonano Fórmula C 5 H 12 C 8 H 18 C 9 H 20 Fração Molar 0, 42 0, 5 0, 08 Tabela 8 – Comparação entre os Parâmetros Estimados para Mistura Representativa e Produtos Existentes Pressão de Vapor Reid (k. Pa) Massa Específica a 20°C (kg/m 3) Viscosidade Cinemática (c. St) a 40°C Octanagem Gasolina Comum 42 -65 700 -770 0, 5 -0, 6 Gasolina GTL projeto 47, 34 676, 18 0, 49 Software 87 54 Hysys API Hysys

Especificação de Produtos e Subprodutos Gasolina Figura 2 - Comparação entre as Curvas de

Especificação de Produtos e Subprodutos Gasolina Figura 2 - Comparação entre as Curvas de Destilação da Gasolina Comum e da Mistura estimada para a Gasolina GTL

Especificação de Produtos e Subprodutos Asfalto Caracterização do Hidrocarboneto Tetracontano - Composto Hipotético -

Especificação de Produtos e Subprodutos Asfalto Caracterização do Hidrocarboneto Tetracontano - Composto Hipotético - Método de Joback Reid (1988).

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos Asfalto Tabela 9 – Composição da Mistura

Cabeçalho Aqui Especificação de Produtos e Subprodutos Asfalto Tabela 9 – Composição da Mistura Correspondente ao Asfalto Nome n-Pentacosano n-Triacontano Tetracontano Fórmula C 25 H 52 C 30 H 62 C 40 H 82 Fração Molar 0, 05 0, 20 0, 75 Tabela 10 – Comparação entre os Parâmetros Estimados para Mistura Representativa e Produtos Existentes Massa específica a 20°C (kg/m 3) Número de C/mol Peso Molecular (g/mol) Viscosidade Cinemática (c. St) Asfalto 864 – 889 Subproduto 867, 5 Software Hysys 34 – 65 520 – 883 37, 25 523, 5 72, 6 Excel Hysys

Nível 1 – Batelada x Contínuo A Unidade em estudo irá operar em regime

Nível 1 – Batelada x Contínuo A Unidade em estudo irá operar em regime contínuo. -A Taxa de Produção é superior a 4, 53 x 106 kg/ano. - Hidrocarbonetos combustíveis não são produtos sazonais. - As plantas GTL existentes operam em regime contínuo. -Uniformidade e menor custo na produção de hidrocarbonetos.

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Purificar a matéria-prima antes de entrar

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Purificar a matéria-prima antes de entrar no processo? - É necessário purificar o CO 2 proveniente da UTE. Utilizar de Reciclo de Gás e Corrente de Purga? - Presença de substâncias gasosas leves (PE< -48°C) deverá haver sistema de reciclo de gás e corrente de purga. Remover ou Reciclar algum Subproduto Reversível? - Não há a formação de subprodutos reversíveis.

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Tabela 11 – Tabela de Código

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Tabela 11 – Tabela de Código de Destino Componentes Hidrogênio CO CH 4 Gás Natural C 2 H 6 CO 2 C 3 H 8 C 4 H 10 Água(vap) Água(líq) Gasolina Diesel Asfalto Ponto de ebulição (°C) -252, 87 -191, 54 -162 -152, 36 -88, 4 -78 -41, 9 0 100, 00 127, 01 283, 02 >283, 02 Código de destino Reciclo e Purga Reagente Reciclo e Purga Reciclo Reagente Resíduo Produto Primário Subproduto

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída F 4 H 2 O(vap) F

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída F 4 H 2 O(vap) F 1 CO 2 F 2 Gás Natural F 3 F 5 Processo F 6 F 7 F 8 H 2, CO 2, CH 4 Gasolina Diesel Asfalto H 2 O(líq) Figura 3 – Fluxograma de Entrada e Saída do Processo Considerações - Gás natural é 100% metano. - A gasolina, o diesel e o asfalto são representados por uma mistura de três hidrocarbonetos.

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída SMR CH 4 (g) + H

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída SMR CH 4 (g) + H 2 O(l) CO(g) + 3 H 2 (g) (1) DR CH 4 (g) + CO 2 (g) 2 CO(g) + 2 H 2 (g) (2) Reação Simplificada de Fischer-Tropsch para a Gasolina 6, 82 CO + 14, 62 H 2 0, 42 C 5 H 12 + 0, 5 C 8 H 18 + 0, 08 C 9 H 20 + 6, 82 H 2 O (4) Reação Simplificada de Fischer-Tropsch para o Diesel 13, 4 CO + 27, 8 H 2 0, 48 C 10 H 22 + 0, 36 C 15 H 32 + 0, 16 C 20 H 42 + 13, 4 H 2 O (5) Reação Simplificada de Fischer-Tropsch para o Asfalto 37, 25 CO + 75, 5 H 2 0, 05 C 25 H 52 + 0, 2 C 30 H 62 + 0, 75 C 40 H 82 + 37, 25 H 2 O (6)

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Variáveis Totais - Fluxos de Matéria:

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Variáveis Totais - Fluxos de Matéria: P, F 1, F 2, F 3, F 4 H 2, F 4 CO 2, F 4 CH 4, F 4 CO, F 5, F 6, F 7, F 8 - Distribuição de Matéria: R, Zgasolina, Zdiesel, Zasfalto - Seletividades: Sgasolina, Sdiesel, Sasfalto - Conversões: XDR, XSMR, XFT/HDC Restrições - Taxa de Produção P=5000 bpd

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Equacionamento (Equação 1) (Equação 2) (Equação

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Equacionamento (Equação 1) (Equação 2) (Equação 3) * Onde: θi é o coeficiente estequiométrico do CO na reação de FT do produto i.

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Equacionamento (Equação 4) (Equação 5) (Equação

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Equacionamento (Equação 4) (Equação 5) (Equação 6) (Equação 7)

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Equacionamento (Equação 8) (Equação 9) (Equação

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Equacionamento (Equação 8) (Equação 9) (Equação 10) (Equação 11)

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Graus de Liberdade G. L. =

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Graus de Liberdade G. L. = n° de variáveis – n° de equações – n° de restrições Variáveis = 22 Equações = 15 Restrições = 1 (Equação 12) G. L. = 6 Cenário 1: Zgasolina, Zasfalto, XDR, XSMR, XFT/HDC, R Cenário 2: Sgasolina, Sasfalto, XDR, XSMR, XFT/HDC, R

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Início Arbitrar uma taxa de produção

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Início Arbitrar uma taxa de produção em mol/h ( Pmol/h). Não Comparar a produção real Pbpd com a calculada P’bpd: Calcular as distribuições de produto através das variáveis de projeto inseridas. Converter Pmol/h para P’bpd. Pbpd - P’bpd=0 ? Sim Manter o valor de Pmol/h no balanço material. Figura 4 – Algoritmo Empregado na Resolução dos BM do Cenário 2

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Limite das Variáveis Rmáx=0, 28 Smáxgasolina=0,

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Limite das Variáveis Rmáx=0, 28 Smáxgasolina=0, 17 Smáxdiesel= 0, 087 Smáxasfalto= 0, 031 Análise do Potencial Econômico EP(2)c/carbono= Valorprodutos + Valorsubprodutos + Valorcréditosdecarbono + Customatérias-primas (Equação 13) EP(2)s/carbono= Valorprodutos + Valorsubprodutos + Customatérias-primas (Equação 14)

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Análise do Potencial Econômico Figura 5

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Análise do Potencial Econômico Figura 5 – Efeito da Razão de Distribuição de Metano (R) no Potencial Econômico

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Análise do Potencial Econômico Figura 6

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Análise do Potencial Econômico Figura 6 – Efeito da Produção de Diesel no Potencial Econômico

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Análise do Potencial Econômico Figura 7

Nível 2 – Estrutura de Entrada e Saída Análise do Potencial Econômico Figura 7 – Efeito da Seletividade da Gasolina no Potencial Econômico

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Sistemas de Reatores e Separação Tabela 11 –

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Sistemas de Reatores e Separação Tabela 11 – Condições Operacionais para cada Reator T (K) P (atm) Reforma a Vapor 973 – 1173 20 – 50 Reforma a Seco 1023 – 1273 1 – 15 Fischer-Tropsch (F-T) 503 – 613 20 – 40 Hidroconversão 575 15 Excesso de Reagentes Necessidade de Aquecimento/Resfriamento

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Correntes de Reciclo - Análise tabela de códigos

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Correntes de Reciclo - Análise tabela de códigos de destinos e condições operacionais. Figura 9 – Fluxograma com Estruturas de Reciclo

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Compressores - Análise tabela de código de destino,

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Compressores - Análise tabela de código de destino, condições operacionais e fluxograma reciclo. Figura 10 – Fluxograma com Estruturas de Reciclo e Compressores

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Estruturação e Solução do Balanço Material - Reforma

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Estruturação e Solução do Balanço Material - Reforma seca (DR) e Reforma a Vapor (SMR): CH 4 (g) + H 2 O(l) CO(g) + 3 H 2 (g) (1) CH 4 (g) + CO 2 (g) 2 CO(g) + 2 H 2 (g) (2) CO(g) + H 2 O(l) CO 2 (g) + H 2 (g) (7) CH 4 (g) C(g) + 2 H 2 (g) (8) 2 CO(g) C(G) + CO 2 (g) (9) C(G) + H 2 O (g) CO(g) + H 2 (g) (10)

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Estruturação e Solução do Balanço Material - Síntese

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Estruturação e Solução do Balanço Material - Síntese de Fischer-Tropsch (FT): 2, 5 CO + 6 H 2 0, 25 CH 3 + 0, 25 C 2 H 6 + 0, 25 C 3 H 8+ 0, 25 C 4 H 10 + 2, 5 H 2 O (4) 6, 82 CO + 14, 64 H 2 0, 42 C 5 H 12 + 0, 5 C 8 H 18 + 0, 08 C 9 H 20 + 6, 82 H 2 O (5) 13, 4 CO + 27, 8 H 2 0, 48 C 10 H 22 + 0, 36 C 15 H 32 + 0, 16 C 20 H 42 + 13, 4 H 2 O (6) 37, 25 CO + 75, 5 H 2 0, 05 C 25 H 52 + 0, 2 C 30 H 62 + 0, 75 C 40 H 82 + 37, 25 H 2 O (11) - Hidroconversão: Cn. H(2 n+2) + H 2 Cx. H(2 x+2) + Cy. H(2 y+2) (12)

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Estruturação e Solução do Balanço Material - Correntes:

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Estruturação e Solução do Balanço Material - Correntes: 42 - Vazões por Componentes: 97 - Seletividades: 19 - Conversões: 5 - Reciclos: 6 - Purgas: 3 - Distribuição de Produtos e Subprodutos: Função de Seletividades, Conversão e Reagentes

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Equacionamento - 91 Equações - 127 Variáveis -

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Equacionamento - 91 Equações - 127 Variáveis - 6 Reciclos - 5 Reatores - 12 Reações Químicas - Heurístico de Separação

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Inserção Componentes -

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Inserção Componentes - Inserção Reações Químicas Envolvidas (Modo “Equilibrium”) - Escolha Pacotes Termodinâmicos - Escolha Reator (Gibbs) - Construção Fluxogramas - Condições Operacionais

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator SMR Figura

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator SMR Figura 11 – Fluxograma para o Processo SMR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator SMR Figura 12 – Efeito das Condições Operacionais - SMR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator SMR Figura 13 – Frações Molares versus Pressão - SMR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator SMR Figura 14 – Frações Molares versus Temperatura - SMR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator DR Figura

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator DR Figura 15 – Fluxograma para o Processo DR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator DR Figura 16 – Efeito das Condições Operacionais - DR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator DR Figura 17 – Frações Molares versus Pressão - DR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Análise do Reator DR Figura 18 – Frações Molares versus Temperatura - DR

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator DR Tabela

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator DR Tabela 12 – Dados do Reator FT Temperatura (°C) Pressão (atm) H 2/CO Conversão (%) Fração Mássica de Leves (C 1 -C 4) Fração Mássica de Gasolina (C 5 -C 9) Fração Mássica de Diesel (C 10 -C 20) Fração Mássica de Asfalto (C 20 -C 40) 258 15 0, 67 82, 2 0, 138 0, 181 0, 102 0, 579

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator DR Figura

Nível 3 – Estrutura de Reciclo Emprego do Simulador Hysys - Reator DR Figura 19 – Fluxograma para o Processo DR

Conclusões Preliminares - Projeto Mostra-se Economicamente Promissor - Estudo Detalhado Processo HDC - Limitação

Conclusões Preliminares - Projeto Mostra-se Economicamente Promissor - Estudo Detalhado Processo HDC - Limitação da Aplicação de DR - Potencial Econômico EP-2 - União Níveis 3 e 4 para Elaboração dos Balanços e Potenciais Econômicos

Desenvolvimentos Futuros - Estruturas de Reciclo, Purga e Separação - Emprego de Simuladores para

Desenvolvimentos Futuros - Estruturas de Reciclo, Purga e Separação - Emprego de Simuladores para BM e BE - Refino de Dados - Elaboração do Projeto Detalhado - Terceiro Seminário

Referências Bibliográficas CALLARI, ROBERTO, 2008, Produção de óleo diesel limpo a partir do gás

Referências Bibliográficas CALLARI, ROBERTO, 2008, Produção de óleo diesel limpo a partir do gás natural: estudo da viabilidade técnico-econômica para instalação de uma planta GTL no Brasil, Dissertação – USP. CASTELO BRANCO, D. A. , 2008, Análise Técnica e Econômica da Apllicação da Tecnologia GTL de Pequena Escala para a Monetização do Gás Natural Associado Remoto Offshore no Brasil, Dissertação – UFRJ, pp. 53. DOUGLAS, J. M. – Conceptual Design of Chemical Processes – 1988; DRY M. E. , 2004, “Present and future applications of the Fischer –Tropsch process”, Applied Catalysis A: General, v. 276, pp. 1 -3. FARIAS, F. E. M. , 2007, Produção de Hidrocarbonetos através da Síntese de Fischer. Tropsch utilizando Catalisadores de Fe/K – Universidade Federal do Ceará KESHAV T. R. , BASU S. , 2007, “Gas-to-liquid Technologies: India’s perspective”, Fuel Processing Technology, v. 88, pp. 493 -500. MATAR, Sami; HATCH, Lewis F. Chemistry of Petrochemical Processes, second edition. Gulf Professional Publishing. USA, 2000

Referências Bibliográficas REID, Robert C. , 1988, The Properties of Gases and Liquids –

Referências Bibliográficas REID, Robert C. , 1988, The Properties of Gases and Liquids – Fourth Edition – Mc Graw-Hill, pp 15 -25. SONG X. , GUO Z. , 2006, “Technologies for direct production of flexible H 2/CO synthesis gas”, Energy Conversation and Management, v. 47, pp. 560 – 569. TIMMERHAUS, K. D. , PETERS, M. S. Plant design and Economics For Chemicar. Engineers. 1991 VAN DER LAAN, G. P. , 1999, “Selectivity and Scale Up of the Fischer-Tropsch Synthesis”, Kinetics, Thesis University of Groningen, Netherlands, ISBN 90 -671011 -1, NUGI 813. VOSLOO A. C. , 2001, “Fischer-Tropsch: a futuristic view”, Fuel Processing Technology, v. 71, pp. 149 -155. WILHELM D. J. , SIMBECK D. R. , KARP A. D. , DICKENSON R. L. , 2001, “Syngas production for gas-to-liquid applications: technologies, issues and outlook”, Fuel Processing Technology, v. 71, pp. 139 -148.

Referências Bibliográficas www. shell. com/home/content/shellgasandpower-en, acessado em abril/maio de 2009. www. anp. gov. br,

Referências Bibliográficas www. shell. com/home/content/shellgasandpower-en, acessado em abril/maio de 2009. www. anp. gov. br, acessado em abril/maio de 2009. www. ctgas. com. br/index. asp, acessado em abril/maio de 2009. www. planalto. gov. br/ccivil 03/leis/l 9478. htm, acessado em abril/maio de 2009. www 2. petrobras. com. br/portugues/index. asp, acessado em abril/maio de 2009. www. conpet. gov. br, acessado em abril/maio de 2009.

A equipe agradece a atenção, e se coloca a disposição para esclarecimentos.

A equipe agradece a atenção, e se coloca a disposição para esclarecimentos.

Outro Exemplo de Projeto de Processo Químico Feito na FURG

Outro Exemplo de Projeto de Processo Químico Feito na FURG

Universidade Federal do Rio Grande Escola de Química e Alimentos Núcleo de Engenharia Química

Universidade Federal do Rio Grande Escola de Química e Alimentos Núcleo de Engenharia Química Planejamento e Projetos GRUPO A PRODUÇÃO DE ÁCIDO PERACÉTICO A PARTIR DOS RESÍDUOS DA PRODUÇÃO DE CACHAÇA Oscar William Baldin Rafael Campos Assumpção de Amarante Rogério Cunha Herchemann Orientador: Prof. M. Sc. Renato Dutra Pereira Filho Tutor: Prof. M. Sc. Henrique da Costa Bernardelli Rio Grande, 08 de Setembro de 2009.

VISÃO GERAL DA APRESENTAÇÃO ØIndústria canavieira de produção de cachaça; ØGeração e alternativas para

VISÃO GERAL DA APRESENTAÇÃO ØIndústria canavieira de produção de cachaça; ØGeração e alternativas para o reaproveitamento dos resíduos; ØDefinição do produto a ser produzido a partir dos resíduos; ØEstudo de logística e localização da planta; ØNível de produção; ØProjeto conceitual de uma unidade de produção de ácido peracético

INTRODUÇÃO ØCachaça; ØImportância da produção canavieira no RS; ØCrescimento de produção (Zoneamento); ØGeração de

INTRODUÇÃO ØCachaça; ØImportância da produção canavieira no RS; ØCrescimento de produção (Zoneamento); ØGeração de resíduos.

ESCOPO ØObjetivo; ØMetas: 0) Definição do produto a ser produzido a partir dos resíduos;

ESCOPO ØObjetivo; ØMetas: 0) Definição do produto a ser produzido a partir dos resíduos; 1)Banco de dados de propriedades termodinâmicas e MSDS; 2)Definição das melhores rotas químicas; 3)Montagem de diferentes cenários; 4)Realização do BM e BE; 5)Avaliação de diferentes cenários; 6)Síntese do processo; 7)Projeto conceitual até o nível de integração energética, e preliminar; 8)Análise econômica.

PLANEJAMENTO ØSoftware MS Project 98; Ø“Conceptual Design of Chemical Processes” e “Plant Design and

PLANEJAMENTO ØSoftware MS Project 98; Ø“Conceptual Design of Chemical Processes” e “Plant Design and Economics for Chemical Engineers”; ØEstratégia de planejamento 1) Necessidade de engenharia; 2) Criação de soluções; 3) Projeto preliminar; 4) Rentabilidade.

PLANEJAMENTO Figura 1: Planejamento do segundo relatório de projeto.

PLANEJAMENTO Figura 1: Planejamento do segundo relatório de projeto.

PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CACHAÇA Figura 2: Fluxograma do processo de produção de cachaça.

PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CACHAÇA Figura 2: Fluxograma do processo de produção de cachaça.

RESÍDUOS SÓLIDOS ØBagaço de cana; ØGeração de energia → 0, 3 k. Wh/kg de

RESÍDUOS SÓLIDOS ØBagaço de cana; ØGeração de energia → 0, 3 k. Wh/kg de bagaço *; ØSolução econômica e ambientalmente correta; ØExpressivo potencial econômico. * SEBRAE & SEAMA, Recomendações de controle ambiental para produção de cachaça, 2001.

RESÍDUOS LÍQUIDOS Operação de destilação em batelada 10% “Cabeça” 20% “Cauda” Vinhoto ØResíduos altamente

RESÍDUOS LÍQUIDOS Operação de destilação em batelada 10% “Cabeça” 20% “Cauda” Vinhoto ØResíduos altamente poluentes;

COMPOSIÇÃO DA “CABEÇA” E “CAUDA” DA DESTILAÇÃO Figura 3: Diagrama do compostos presentes na

COMPOSIÇÃO DA “CABEÇA” E “CAUDA” DA DESTILAÇÃO Figura 3: Diagrama do compostos presentes na “cabeça” da destilação. “Cauda” da destilação → Ácido acético;

ALTERNATIVAS Ø Variadas substâncias → Inúmeras alternativas; Ø Grande número de informações coletadas; Ø

ALTERNATIVAS Ø Variadas substâncias → Inúmeras alternativas; Ø Grande número de informações coletadas; Ø Organização e resumo das informações; Ø Análise e comparação entre as alternativas Critérios.

TOMADA DE DECISÃO Ø Ácido Peracético § Matérias-primas em maior quantidade § Preço de

TOMADA DE DECISÃO Ø Ácido Peracético § Matérias-primas em maior quantidade § Preço de mercado § Reação simples → Viabilidade técnica

ÁCIDO PERACÉTICO (PAA) Ø Reação de ácido acético ou acetaldeído com peróxido de hidrogênio

ÁCIDO PERACÉTICO (PAA) Ø Reação de ácido acético ou acetaldeído com peróxido de hidrogênio ou oxigênio gasoso;

ÁCIDO PERACÉTICO (PAA) ØComercializado em solução; ØProblema de estabilização da solução; ØUsado como desinfetante

ÁCIDO PERACÉTICO (PAA) ØComercializado em solução; ØProblema de estabilização da solução; ØUsado como desinfetante em diversos setores da indústria; ØPropriedades importantes.

LOGÍSTICA DO PROCESSO Figura 4: Rota 1 de captação dos resíduos.

LOGÍSTICA DO PROCESSO Figura 4: Rota 1 de captação dos resíduos.

LOCALIZAÇÃO DA PLANTA Ø Facilidade de obtenção das matérias-primas devido ao curto deslocamento; Ø

LOCALIZAÇÃO DA PLANTA Ø Facilidade de obtenção das matérias-primas devido ao curto deslocamento; Ø Malha rodoviária bem distribuída; Ø Distanciamento da área central da cidade; Ø Proximidade de uma fonte de água; Ø Diminuição do impacto ambiental sofrida pela região.

ANÁLISE DA LOGÍSTICA Critérios utilizados na análise: Ø Localidades com geração de resíduos abaixo

ANÁLISE DA LOGÍSTICA Critérios utilizados na análise: Ø Localidades com geração de resíduos abaixo de 45 L/mês foram descartadas; Ø Localidades mais distantes em relação a planta industrial; Ø Precária geração de resíduos entre os mais afastados.

ROTAS ALTERNATIVAS Tabela 1 : Custos do recolhimento dos resíduos. Rotas Distâncias Quantidade não

ROTAS ALTERNATIVAS Tabela 1 : Custos do recolhimento dos resíduos. Rotas Distâncias Quantidade não Truck de 14 t Carreta 25 t Tempo (h) (Km) recolhida (%) (R$/viagem) 1 400 0, 0 8, 5 1500, 00 2 200 3, 1 4, 5 770, 00 1500, 00 3 170 6, 0 4, 0 713, 00 1360, 00 4 125 7, 0 3, 0 488, 00 965, 00 Fonte: Empresa RD Gerenciamento.

ROTA SELECIONADA Figura 5: Rota 2 de captação dos resíduos.

ROTA SELECIONADA Figura 5: Rota 2 de captação dos resíduos.

FREQÜÊNCIA DE RECOLHIMENTO Tabela 2: Quantidade de Resíduos Recolhido na Rota 2. Diário (t)

FREQÜÊNCIA DE RECOLHIMENTO Tabela 2: Quantidade de Resíduos Recolhido na Rota 2. Diário (t) Semanal (t) Mensal (t) Veículo Líquido Bagaço Líquido Bagaço Truck 14 t 1, 3 12, 7 8, 1 5, 9 14, 0 0, 0 Carreta 25 t 1, 3 23, 7 8, 1 16, 9 19, 7 5, 3 Tabela 3: Custo da freqüência de recolhimento dos resíduos. Veículo Diário (R$/mês) Semanal (R$/mês) Mensal (R$/mês) Truck 14 t 19250, 00 3080, 00 770, 00 Carreta 25 t 37500, 00 6000, 00 1500, 00 Total 56750, 00 9080, 00 2270, 00

MÉTODOS DE RECOLHIMENTO E ARMAZENAGEM Resíduos Líquidos: Ø Galões plásticos tipo PVC de 50

MÉTODOS DE RECOLHIMENTO E ARMAZENAGEM Resíduos Líquidos: Ø Galões plásticos tipo PVC de 50 L com tampa fixa; Ø Container também tipo PVC de 1000 ou 800 L com escoamento através de válvula esfera; Resíduo Sólido: Ø Embalagens do tipo container flexível, mais conhecido como “bigbag”, com capacidade de até 2 toneladas; Produto: Ø Galões plásticos tipo PVC de 50 L , como também em recipientes plásticos tipo PVC de menor volume.

NÍVEL DE PRODUÇÃO Figura 5: Participação de Mercado no RS.

NÍVEL DE PRODUÇÃO Figura 5: Participação de Mercado no RS.

ROTAS DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO PERACÉTICO ROTA DE PRODUÇÃO 1: Ø Fase líquida à

ROTAS DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO PERACÉTICO ROTA DE PRODUÇÃO 1: Ø Fase líquida à pressão atmosférica e temperatura máxima de 55°C, tendo como reagente limitante o ácido acético; Ø Proporção variando entre 4 e 11 (mol ácido acético/mol peróxido de hidrogênio); Ø Produto final é comercializado juntamente com ácido acético, peróxido de hidrogênio e água.

ROTA DE PRODUÇÃO 2 Ø Fase líquida com pressões que variam de 0, 1

ROTA DE PRODUÇÃO 2 Ø Fase líquida com pressões que variam de 0, 1 - 0, 3 atm e temperatura máxima de 70°C, reagente limitante o acetaleído; Ø Proporção variando entre 2 e 5 (mol acetaldeído/mol peróxido de hidrogênio); Ø É necessário adicionar comercialização do produto final. ácido acético para

ROTA DE PRODUÇÃO 3 Ø Adição de oxigênio gasoso ao reator com pressões que

ROTA DE PRODUÇÃO 3 Ø Adição de oxigênio gasoso ao reator com pressões que variam de 10 - 100 atm e temperatura máxima de 60°C; Ø É necessário adicionar ácido acético, peróxido de hidrogênio e água para comercialização do produto final. A concentração de PAA nas soluções das 3 rotas de produção pode variar entre 2 e 15% (v/v), dependendo da especificação do produto e finalidade deste.

DECISÃO ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA Taxa de Produção: Ø Inferior a 1 x

DECISÃO ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA Taxa de Produção: Ø Inferior a 1 x 106 lb/ano; Aspectos de mercado: Ø Cana-de-açucar é plantada durante todo o ano; Ø Tempo de vida do produto; Escala do processo: Ø Tempo de reação em torno de 3 - 4 horas com um catalisador ácido.

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA ØRota de Produção 1 ØHierarquia de decisões (Nível 2

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA ØRota de Produção 1 ØHierarquia de decisões (Nível 2 de decisões) §Purificação da corrente de alimentação: §Sólidos em suspensão; §Cobre (≈ 3, 0 ppm); §Subproduto da reação (H 2 O); §Excesso de H 2 O 2; §Não haverá reciclo de reagentes;

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA Ø Número de correntes de produto: Tabela 4: Classificação

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA Ø Número de correntes de produto: Tabela 4: Classificação e destino dos componentes envolvidos no processo de produção do PAA. Componente Tebulição (°C) Destino Água 100 Produto Principal Ácido Peracético 108, 9 Produto Principal Ácido Acético 118, 1 Produto Principal Peróxido de Hidrogênio 150, 2 Produto Principal

BALANÇO MATERIAL Figura 6: Balanço material da estrutura de entrada e saída - Rota

BALANÇO MATERIAL Figura 6: Balanço material da estrutura de entrada e saída - Rota de produção 1.

POTENCIAL ECONÔMICO EP 2 = R$ Produtos + R$ Subprodutos - R$ Reagentes Equação

POTENCIAL ECONÔMICO EP 2 = R$ Produtos + R$ Subprodutos - R$ Reagentes Equação 1 EP 2 = F 3 x R$ C 2 H 4 O 3 - F 2 x R$ H 2 O 2 - R$ Logística Equação 2 Figura 7: Potencial Econômico - Rota de Produção 1.

ROTA DE PRODUÇÃO 2 ØHierarquia de decisões (Nível 2 de decisões) §Purificação da corrente

ROTA DE PRODUÇÃO 2 ØHierarquia de decisões (Nível 2 de decisões) §Purificação da corrente de alimentação: §Sólidos em suspensão; §Cobre (≈ 4, 2 ppm); §Subproduto da reação (H 2); §Excesso de H 2 O 2; §Haverá reciclo de reagente (C 2 H 4 O);

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA Ø Número de correntes de produto: Tabela 5: Classificação

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA Ø Número de correntes de produto: Tabela 5: Classificação e destino dos componentes envolvidos no processo de produção do PAA. Componente Tebulição (°C) Destino Hidrogênio - 252, 8 Purga Acetaldeído 19, 8 Reciclo + Descarte Água 100 Produto Principal Ácido Peracético 108, 9 Produto Principal Peróxido de Hidrogênio 150, 2 Produto Principal

BALANÇO MATERIAL Figura 8: Balanço material da estrutura de entrada e saída - Rota

BALANÇO MATERIAL Figura 8: Balanço material da estrutura de entrada e saída - Rota de produção 2.

POTENCIAL ECONÔMICO EP 2 = R$ Produtos + R$ Subprodutos - R$ Reagentes Equação

POTENCIAL ECONÔMICO EP 2 = R$ Produtos + R$ Subprodutos - R$ Reagentes Equação 1 EP 2 = F 5 x R$ C 2 H 4 O - F 2 x R$ H 2 O 2 - R$ Logística Equação 3 Figura 9: Potencial Econômico - Rota de Produção 2.

ROTA DE PRODUÇÃO 3 ØHierarquia de decisões (Nível 2 de decisões) §Purificação da corrente

ROTA DE PRODUÇÃO 3 ØHierarquia de decisões (Nível 2 de decisões) §Purificação da corrente de alimentação: §Sólidos em suspensão; §Cobre (≈ 4, 2 ppm); §A reação não apresenta subprodutos; §Excesso de O 2; §Haverá reciclo dos reagentes (C 2 H 4 O e O 2);

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA Ø Número de correntes de produto: Tabela 6: Classificação

ESTRUTURA DE ENTRADA E SAÍDA Ø Número de correntes de produto: Tabela 6: Classificação e destino dos componentes envolvidos no processo de produção do PAA. Componente Tebulição (°C) Destino Oxigênio - 182, 9 Reciclo + Purga Acetaldeído 19, 8 Reciclo + Descarte Ácido Peracético 108, 9 Produto Principal

BALANÇO MATERIAL Figura 10: Balanço material da estrutura de entrada e saída - Rota

BALANÇO MATERIAL Figura 10: Balanço material da estrutura de entrada e saída - Rota de produção 3.

POTENCIAL ECONÔMICO EP 2 = R$ Produtos + R$ Subprodutos - R$ Reagentes Equação

POTENCIAL ECONÔMICO EP 2 = R$ Produtos + R$ Subprodutos - R$ Reagentes Equação 1 EP 2 = F 4 x R$ C 2 H 4 O - F 2 x R$ O 2 - R$ Logística Equação 4 Figura 11: Potencial Econômico - Rota de Produção 3.

DECISÃO DA ROTA DE PRODUÇÃO Ø Rejeitar as rotas de produção 2 e 3;

DECISÃO DA ROTA DE PRODUÇÃO Ø Rejeitar as rotas de produção 2 e 3; Ø Complexa composição do resíduo da “cabeça” da destilação; Ø Sistemas de separação (antes e depois do reator); Ø Acréscimo de CH 3 COOH ao produto final;

DECISÃO DA ROTA DE PRODUÇÃO Ø Viabilidade técnica das condições operacionais; Ø EP 2

DECISÃO DA ROTA DE PRODUÇÃO Ø Viabilidade técnica das condições operacionais; Ø EP 2 -2 e EP 2 -3 << EP 2 -1 Ø Menor custo com a logística do processo; Ø Alta toxicidade do C 2 H 4 O;

ESTRUTURA DO SISTEMA DE SEPARAÇÃO Figura 12: Balanço material rigoroso da estrutura do sistema

ESTRUTURA DO SISTEMA DE SEPARAÇÃO Figura 12: Balanço material rigoroso da estrutura do sistema de separação.

CONCLUSÕES PRELIMINARES Ø Definição e caracterização do problema de Engenharia; Ø Proposta da solução

CONCLUSÕES PRELIMINARES Ø Definição e caracterização do problema de Engenharia; Ø Proposta da solução do problema (Produção de PAA); Ø Decisão da rota de produção; Ø Desenvolvimento do Projeto Conceitual; Ø Metas alcançadas.

DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ØPróximo Bimestre (Setembro, Outubro); ØDesenvolvimento do Projeto Preliminar; ØDimensionamento de Equipamentos: ØReator;

DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ØPróximo Bimestre (Setembro, Outubro); ØDesenvolvimento do Projeto Preliminar; ØDimensionamento de Equipamentos: ØReator; ØSistema de Separação (Filtro); ØCaldeira;

MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO ESTAMOS A DISPOSIÇÃO PARA QUAISQUER ESCLARECIMENTOS.

MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO ESTAMOS A DISPOSIÇÃO PARA QUAISQUER ESCLARECIMENTOS.

Considerações Finais É comum o discurso da sustentabilidade, hoje em dia. Sua Importância é

Considerações Finais É comum o discurso da sustentabilidade, hoje em dia. Sua Importância é reconhecida, mas há grandes obstáculos para aplicá-la no projeto de processos químicos. Como atividade CRIATIVA, INTERATIVA, e ÚNICA o projeto de processos químicos se apresenta bastante desafiador e apaixonante.

Minha Proposta de “’modelo visual” para o Projeto de Processos Químicos

Minha Proposta de “’modelo visual” para o Projeto de Processos Químicos

Agradeço a oportunidade, e me coloco à disposição para questionamentos. Muito obrigado pela atenção

Agradeço a oportunidade, e me coloco à disposição para questionamentos. Muito obrigado pela atenção !