MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE … · 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral O objetivo...

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS – UNIFAL- MG

Campus avançado de Poços de Caldas (MG)

Instituto de Ciência e Tecnologia

Gislene Batista

Jéssica Assumpção Prevideli

Balanços de massa e energia aplicados a produção industrial de

formaldeído

Poços de Caldas/ MG

2015

Gislene Batista

Jéssica Assumpção Prevideli

Balanços de massa e energia aplicados a produção industrial de

formaldeído

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para

obtenção de grau de Bacharel em Engenharia

Química pela Universidade Federal de Alfenas,

campus avançado Poços de Caldas.

Orientador: Prof. Dr. Rafael Firmani Perna.

Poços de Caldas/ MG

2015

B333b Batista, Gislene.

Balanços de massa e energia aplicados a produção industrial de formaldeído/Gislene

Batista , Jéssica Assumpção Prevideli;

Orientação de Rafael Firmani Perna.. Poços de Caldas: 2015.

44 fls.: il.; 30 cm.

Inclui bibliografias: fls. 39-40

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –

Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.

1. Formaldeído. 2. Processo químico. 3.Balanço de energia.. I. Prevideli, Jéssica

Assumpção . II. Perna, Rafael Firmani (orient.). III. Universidade Federal de Alfenas -

Unifal.IV. Título.

CDD 660

Resumo

O presente trabalho apresenta a aplicação de balanços de massa e energia parcial e global em

uma planta industrial de produção de formaldeído da empresa Synteko® S.A., localizada na

cidade de Araucária - PR. Para a aplicação dos balanços foram necessários conhecimentos

prévios sobre o produto, rotas de produção, e dados do projeto, os últimos fornecidos pela

própria empresa. A produção se dá pela oxidação de metanol catalisada por óxido de ferro-

molibdênio (Fe2(MoO4)3.MoO3) e a principal etapa é constituída pelo reator multitubular de

leito fixo, onde ocorre a reação que necessita de aquecimento. Após a reação, o produto

(formaldeído) é resfriado e absorvido por água, em contracorrente, numa coluna de absorção,

sendo, portanto, aplicado os balanços de massa no processo, reator e na coluna de absorção.

Devido ao processo envolver etapas de aquecimento e resfriamento, os balanços de energia

foram aplicados no reator, na coluna e nos trocadores de calor. Sendo os balanços material e

energético essenciais na Engenharia Química e na indústria em geral, os respectivos balanços

apresentaram resultados conforme a equação da continuidade e o princípio da primeira Lei da

Termodinâmica, respectivamente.

Palavras-Chaves: Formaldeído; processo químico; balanço de massa; balanço de energia.

Abstract

The present report presents the application of mass and energy balances partial and global in

an industrial plant for the production of formaldehyde from Synteko® S.A. company, located

in the Araucaria – PR city. For the application of the balances were required previous

knowledge of the product, production routes, and project data, the latter provided by the

company itself. The production is by oxidation of methanol catalyzed by oxide iron-

molybdenum (Fe2 (MoO4)3.MoO3 ) and the main stage is constituted by multitubular reactor

fixed bed, where occurs the reaction that needs heating. After the reaction, the product

(formaldehyde) is cooled and absorbed by water, in countercurrent, in an absorption column,

being, therefore, applied the mass balances in the process, reactor and the absorption column.

Since the process involves steps of heating and cooling, the energy balances were applied in

the reactor, in the column and in heat exchangers. The material and energetic balances are

essential in Chemical Engineering and in industry in general, the respective balance presented

results according to the continuity equation and the principle of the first Law of

Thermodynamics, respectively.

Key-words: Formaldehyde; chemical process; mass balance; energy balance

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 3

2 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 4

2.1 Objetivo Geral .......................................................................................................... 4

2.2 Objetivos específicos ................................................................................................. 4

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................ 4

3.1 Formaldeído .............................................................................................................. 4

3.1.1 Considerações Gerais ............................................................................................ 4

3.1.2 Aplicações .............................................................................................................. 5

3.2 Rotas de Produção .................................................................................................... 6

3.2.1 Processo por oxidação de metanol ........................................................................ 6

3.3 Balanços de Massa e Energia ................................................................................... 9

3.3.1 Balanço de Massa .................................................................................................. 9

3.3.2 Balanço de Energia ............................................................................................. 13

4 MÉTODOS ...................................................................................................................... 15

4.1 Descrição do processo ............................................................................................. 15

4.2 Balanço de Massa ................................................................................................... 18

4.2.1 Balanço de Massa no processo ........................................................................... 18

4.2.2 Balanço de Massa no Reator ............................................................................... 21

4.2.3 Balanço de Massa na Coluna de Absorção ........................................................ 23

4.3 Balanço de Energia ................................................................................................. 25

4.3.1 Balanço de Energia nos Trocadores de Calor .................................................... 25

4.3.2 Balanço de Energia no Reator ............................................................................ 27

4.3.3 Balanço de Energia na coluna de absorção ....................................................... 28

5 DESENVOLVIMENTO ................................................................................................. 29

5.1 Balanço de Massa ................................................................................................... 29

5.1.1 Balanço de Massa no Processo ........................................................................... 29

5.1.2 Balanço de Massa no Reator ............................................................................... 29

5.1.3 Balanço de Massa na coluna de absorção .......................................................... 30

5.2 Balanços de Energia ............................................................................................... 31

5.2.1 Balanços de Energia nos Trocadores de Calor .................................................. 32

5.2.2 Balanço de Energia no Reator ............................................................................ 33

5.2.3 Balanço de Energia na coluna de absorção ....................................................... 33

6 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 34

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 34

ANEXO .................................................................................................................................... 37

3

1 INTRODUÇÃO

A Engenharia Química, segundo o Instituto Americano de Engenharia Química

(AlChe) é uma área tecnológica voltada ao desenvolvimento, dimensionamento e

otimização de processos químicos.

O engenheiro, ao analisar ou projetar um processo químico, deve se basear em um

conjunto de equações matemáticas responsáveis pela descrição do comportamento do

sistema em estudo, visando tomar as melhores decisões em relação ao processo. Esse

conjunto de equações, por sua vez, pode ser obtido a partir da aplicação de balanços

materiais e energéticos, sujeitos aos princípios da conservação de massa e energia,

respectivamente (PERLINGERO, 2005).

Diante deste contesto, o presente trabalho trata do o estudo da produção industrial

de formaldeído embasado na aplicação dos conceitos voltados aos balanços de massa e

energia, em uma planta industrial da empresa Synteko® Produtos Químicos S.A,

localizada na cidade de Araucária-PR.

No Brasil, diversas são as indústrias produtoras de formaldeído, dentre elas,

destaca-se a Synteko® Produtos Químicos S/A, responsável por 18 % da produção

nacional, sendo a segunda maior produtora de formaldeído do país (ABRAF, 2010).

A empresa utiliza a rota de produção a partir da oxidação de metanol utilizando

como catalisador óxido de ferro-molibdênio colocado em tubos dispostos verticalmente em

um reator catalítico de leito fixo multitubular, sendo este catalisador seletivo para a reação

desejada no processo. (LIMBERGER, 2011; LORENZINI, 2012).

A partir da produção de formaldeído, é possível utilizá-lo diretamente, mas sua

maior aplicação se deve a sua utilização como matéria-prima em diversos setores da

indústria química, principalmente quando se trata da produção de resinas fenólicas.

4

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

O objetivo geral deste trabalho consiste na aplicação de balanços global e parcial de

massa e energia em uma planta industrial voltada a produção de formaldeído.

2.2 Objetivos específicos

Estudar as características gerais do produto formaldeído;

Estudar as principais aplicações do formaldeído;

Conhecer as rotas de Produção nas quais o formaldeído pode ser obtido;

Realizar uma revisão de literatura sobre balanços materiais e energéticos;

Estudar a planta presente na empresa Synteko ® SA;

Descrever o processo e dados do projeto;

Aplicar os balanços de massa no processo, reator e coluna de absorção;

Estimar a carga de catalisador no reator;

Aplicar os balanços de energia nos trocadores de calor, reator e coluna de absorção;

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Formaldeído

3.1.1 Considerações Gerais

O formaldeído, também conhecido como metanal ou aldeído fórmico pela IUPAC

(International Union of Pure and Applied) foi descoberto em 1867 pelo químico alemão A.

H. von Hofmann (ALVES, 2012; BERTHOLDO, 2013).

Dentre os aldeídos, este é o mais simples, sendo em condições ambiente presente na

forma gasosa. Dentre suas propriedades, é possível citar a polaridade devido à presença do

oxigênio, que é um elemento eletronegativo, solubilidade em água, e reatividade

(BERTHOLDO, 2013; PINA, 2010).

É incolor, com elevada capacidade de difusão, seu odor é pungente, sendo

detectado a baixas concentrações, causando uma sensação de ardor nos olhos. Como os

5

demais aldeídos, ele é solúvel em água, além da solubilidade em álcool etílico, éter

dietílico e clorofórmio e miscível com acetona e benzeno (CETESB, 2012; COELHO,

2009).

As principais propriedades do formaldeído estão dispostas na Tabela 1.

Tabela 1- Propriedades físico-químicas do formaldeído.

Fórmula Peso Molecular

(g/mol) pH

Temperatura de

Fusão (°C)

HCHO 30,03 2,8-4,0 -92

Temperatura de

Ebulição (°C)

Temperatura de

Ignição (°C)

Ponto de

Inflamabilidade

(°C)

Limite de

Explosão (%)

-21 à -19 ~300 > 62 7-73

Densidade à -20ºc

(g/ml) Solubilidade

Constante de

Dissociação (pka)

Pressão de Vapor

(Pa à 25 °C)

0,815 Solúvel em água 13,3 5,19.105

Fonte: CETESB, 2012.

3.1.2 Aplicações

Normalmente, o formaldeído é comercializado na forma de solução aquosa (30-50%

em massa), sendo possível utilizá-lo diretamente, ou como matéria-prima em diversas

aplicações (CETESB, 2012; PINA, 2010).

Dentre suas aplicabilidades estão os setores de resinas, como as amíniacas, uréia e

melamina, que ao ser adicionado, pode conferir característica de alta dureza, estabilidade

química e resistência ao impacto e abrasão; integra também a maior parte dos materiais de

revestimento e acabamentos interiores; faz parte da constituição de diversos aditivos

acrescentados às tintas para aumentar a capacidade de fixação destas ou para servir como

agente bactericida; é também utilizado na agricultura como conservante de grãos e

sementes e na produção de fertilizantes; na produção de filmes fotográficos; na indústria

alimentar como agente conservante (alguns tipos de queijos, alimentos secos e peixes), etc.;

como agente de fumigação para limpeza e desinfecção de salas limpas; constitui inúmeros

tipos de vacinas; como conservante e desinfetante na embalsamação de cadáveres e na

conservação através de técnicas de formolização para prevenir e retardar a putrefação

(ALVES, 2012).

Apesar das restrições internacionais terem aumentado, o formaldeído continua a

entrar na composição de uma grande variedade de produtos de limpeza, de higiene pessoal

6

e de cosmética (dentifrícios, xampus, sabonetes, géis de banho, tintas para cabelo, etc.),

contudo existem algumas restrições, tais como produtos para unhas (endurecedor) de até

5%; conservantes de até 0,2 % e produtos de higiene oral de até 0,1% (ALVES, 2012;

INFARMED, 2013).

3.2 Rotas de Produção

Existem vários métodos para a síntese de formaldeído, por exemplo: a partir de

metano e outros gases de síntese; e as principais são as rotas utilizando o metanol, podendo

ser por oxidação utilizando óxido de ferro-molibdênio como catalisador (Formox), ou por

oxidação parcial e desidrogenação com ar na presença de cristais de prata, vapor e excesso

de metanol (chamado processo BASF). Esta última ainda pode ser obtida fazendo com que

a conversão seja completada pela destilação do produto gerando subprodutos

(FORMALDEÍDO, 2014; LIMBERGER, 2011; LORENZINI, 2012).

3.2.1 Processo por oxidação de metanol

Os métodos atualmente utilizados para a obtenção do formaldeído, a partir do

metanol são o Formox (2011) e o BASF (2011). Melhorias para o catalisador de óxido de

metal foram feitas através da composição do metal, suportes inertes e métodos de

preparação (FORMALDEÍDO, 2014; LIMBERGER, 2011; LORENZINI, 2012).

Na primeira rota, uma mistura de ar atmosférico e metanol passa dentro de tubos de

um reator contendo catalisador, a reação ocorre à temperatura de 350 ºC. Na segunda rota

de produção, o metanol é vaporizado com o ar, depois atravessa uma fina camada de

catalisador de prata cristalina, a uma temperatura próxima de 650 ºC

(FORMALDEHYDE..., 2014).

3.2.1.1 Oxidação utilizando catalisador de óxido de ferro-molibdênio

Para a obtenção industrial do formaldeído, uma das maneiras mais utilizadas é um

reator catalítico de leito fixo em que o metanol é oxidado em fase gasosa. Além do

formaldeído, durante o processo de oxidação, ocorre a produção de subprodutos, como o

monóxido de carbono, dimetiléter e água, além de estar presente na corrente final excesso

de oxigênio, metanol residual (não reagido) e nitrogênio que é inerte (COELHO, 2009).

7

O catalisador é de extrema importância, pois este aumenta a velocidade de reação

de produção de formaldeído, o que garante o maior rendimento desta reação, comparada as

reações secundárias indesejadas no processo (LIMBERGER, 2011; LORENZINI, 2012).

Para que a reação ocorra, ar fresco e a corrente de metanol, sendo previamente

misturados na entrada do sistema e aquecidos. Após a reação ocorre o arrefecimento, para

posteriormente ocorrer a absorção do formaldeído gasoso em água. A composição de

formaldeído na coluna de absorção é controlada pela quantidade de adição de água

desmineralizada (CASO..., 2014; COELHO, 2009).

O reator aplicado é um reator catalítico de leito fixo multitubular, conforme

ilustrado na Figura 1.

Figura 1 - Reator catalítico de leito fixo multitubular. Fonte: CASO..., 2014.

A reação, que ocorre a 280 °C, é altamente exotérmica. A distribuição do

catalisador por camadas distintas está relacionada com a exotermicidade da reação e com a

atividade do catalisador. Ao colocar o catalisador distribuído desta forma, permite-se ter

um leito menos ativo na zona em que a concentração do reagente é maior (CASO..., 2014).

É destacado na Figura 1(b), as zonas que existe catalisador. A reação que ocorre é

altamente exotérmica e gera calor para fornecer vapor para turbinas e aquecimento

processo. A distribuição do catalisador por camadas distintas está relacionada com a

exotermicidade da reação e com a atividade do catalisador. Ao colocar o catalisador

distribuído desta forma, permite ter um leito menos ativo na zona onde a concentração do

reagente é maior (Caso de Estudo..., 2014).

Na Figura 1(c), é verificado o fluxo de calor em cada zona do tubo. Na zona (1) são

colocadas apenas partículas sólidas inertes, de modo que os tubos funcionem como

permutador, permitindo que a temperatura aumente. Na entrada da zona (2), a temperatura

é igual à temperatura do fluido térmico. Nesta zona existem 50% inerte e 50% catalisador,

de modo que a reação ocorra, e sendo esta exotérmica, a temperatura no interior do tubo

8

aumenta, tendo como consequência a inversão do fluxo de calor. O início da coordenada

axial do reator está no início da zona (2). Na zona (3) existe apenas catalisador, o que faz

com que a temperatura no interior do leito aumente, fazendo com que o calor produzido se

iguale ao calor transferido para o exterior. Na zona (4) tem apenas sólido inerte,

funcionando novamente como permutador, sendo desnecessário o uso de catalisador uma

vez que praticamente todo o metanol se consumiu nas zonas anteriores (Caso de Estudo...,

2014).

Ainda, é preciso que para maiores concentrações, o produto seja mantido em

temperatura abaixo de 60ºC, para minimizar a formação do paraformol, (precipitado

branco formado em soluções aquosas de formaldeído). Desta forma, tanques para esta

produção devem estar providos de sistema de aquecimento com água termostatizada, além

do isolamento térmico. Agitadores também são recomendáveis. O local deve ser seco,

ventilado, afastado do calor, e de possíveis faíscas ou geração de cargas estáticas

(LIMBERGER, 2011).

Os gases gerados desta produção devem ser descartados para a atmosfera via

incinerador catalítico, que reduz as concentrações. Além disso, o efluente líquido, por

apresentar resíduos de metanol, formaldeído e até mesmo catalisador, deve

necessariamente ser tratado antes do descarte. (LIMBERGER, 2011).

3.2.1.2 Desidrogenação do metanol com catalisador de prata ou cobre

A desidrogenação com catalisadores de prata ou cobre caracteriza-se por ser uma

reação endotérmica, cuja variação de entalpia equivale a 84 kJ.mol-1, no que diz respeito a

primeira etapa do processo (TYPES..., 2014.)

As conversões de equilíbrio são dependentes da temperatura (600-720 °C), que em

geral, é controlada pela quantidade de oxigênio presente no ar e da adição de substâncias

inertes. A oxidação é parcial e requer a reciclagem do metanol, uma vez que neste caso o

metanol é o reagente em excesso, e ocorrem duas reações simultâneas, a primeira de

desidrogenação e a segunda a oxidação o hidrogênio liberado na primeira (TYPES..., 2014).

Uma mistura de metanol e água é misturada ao ar atmosférico e gás reciclado, e a

mistura total de alimentação é vaporizada através de troca de calor contracorrente com o

efluente quente do reator. A mistura de alimentação vaporizada é alimentada para dentro

do reator catalítico para formar formaldeído. O excesso de calor da reação é removido

9

através da geração de vapor. O efluente do reator, depois arrefecido por troca de calor com

a alimentação de entrada, é purificado com água no absorvedor para remover o produto

com uma solução de formaldeído a 55%. A água pode ser adicionada para produzir

formaldeído de tipo comercial com uma concentração de 37%. Uma porção do gás do

produto que sai do topo da coluna de absorção é reciclada, sendo que o restante é

incinerado. Neste caso, faz-se uso de uma coluna de destilação para separar o metanol que

não reagiu (TYPES..., 2014).

Ambos os processos possuem um rendimento em torno de 90 %, contudo, a

primeira possui uma temperatura de reação menor e o catalisador tem um menor custo. A

vantagem do processo com ferro-molibdênio sobre o catalisador à base de prata é a

ausência da coluna de destilação para separar o metanol que não reagiu e produto de

formaldeído, quando utilizado o método da desidrogenação. Ele também tem um tempo de

vida de 12 a 18 meses maior do que o catalisador de tira de prata. No entanto, a

desvantagem é a necessidade de equipamento significativamente grande para acomodar o

aumento do fluxo de gases (três vezes maior) em comparação com o projeto de processo

com catalisador de prata (SANHOOB et.al, 2012).

3.3 Balanços de Massa e Energia

Os balanços material e energético, de modo geral, são a primeira etapa na solução

de um problema de engenharia química, seja ele simples ou complexo. No estudo das

operações unitárias da engenharia química, se a mesma envolver apenas transferência de

massa entre as correntes, apenas o balanço material será necessário. Se envolver

transferência de calor entre as correntes, ou entre o exterior do equipamento, também é

aplicado o balanço de energia (BRASIL, 2004).

3.3.1 Balanço de Massa

O balanço de massa (ou material) se baseia no princípio de conservação da massa,

sendo feito através da contabilidade de material que entra e deixa um sistema determinado

por uma fronteira, seja ela uma corrente, um equipamento ou processo. A aplicação do

mesmo depende do contexto do problema em análise, mas é regido pelo fato de que

matéria não pode desaparecer e nem ser criada (JUNIOR, 2010).

10

Os processos de fabrico na indústria química podem ser esquematizados em

diagramas de blocos, pois permitem uma visão global do processo, sendo este o primeiro

passo para a resolução de problemas. Os blocos representam as operações físicas ou

químicas envolvidas, ligados entre si por setas, simbolizando o fluxo de matéria entre as

diferentes operações (BRASIL, 2004; HIMMELBLAU, 2006).

Tendo apurado as correntes conhecidas no diagrama e informações do projeto, deve

ser determinada uma base de cálculo, que é essencial para determinarem-se as quantidades

desconhecidas no problema (HIMMELBLAU, 2006; MAZZUCCO, 2013).

Verifica-se então o tipo de sistema em análise, sendo um sistema aberto aquele que

possui fluxo de massa e energia entre as fronteiras; sistema fechado o que possui fluxo

apenas de energia; sistema adiabático o que possui apenas fluxo de massa e sistema isolado

o que não possui nem fluxo de massa e nem de energia (MAZZUCCO, 2013).

Podem ser realizados dois tipos de balanços materiais: o balanço global ou o

balanço parcial, que corresponde ao balanço para cada um dos componentes presentes no

sistema. A soma dos balanços parciais constitui o balanço global, o qual sempre deve ser

satisfeito (BRASIL, 2004; HIMMELBLAU, 2006).

O balanço de massa global, em regime estacionário e sem reação química, é obtido

pela equação da continuidade e pode ser descrito pela Eq.1 (BADINO, 2011).

𝑚𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 𝑚𝑠𝑎𝑖 . (1)

No balanço parcial, deve ser levado em consideração a transição da espécie química

em análise, e o balanço é determinado pela Eq.2 (BRASIL, 2004).

𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐺𝑒𝑟𝑎çã𝑜 = 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑎í𝑑𝑎 + 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 +

𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑐ú𝑚𝑢𝑙𝑜 . (2)

Os termos geração e consumo representam ganho e perda do processo e estão

presentes sempre que ocorrem reações químicas no processo, e o balanço é em base molar

ou mássica. Se o processo opera em regime estacionário, o termo acúmulo será igual à zero.

Para se determinar qual a fração de cada componente que está presente nas correntes é

utilizada a Eq.3 (BRASIL, 2004; BADINO, 2011).

𝑥𝑖 =𝑚𝑖

𝑚𝑇 . (3)

A quantidade de um componente (ou espécie) presente na corrente é, portanto a

fração do mesmo multiplicado pela vazão total da corrente (BRASIL, 2004).

11

Quando o sistema analisado envolver reação química, outra consideração deve ser

atendida, tais como: a estequiometria da reação; e a base de cálculo é regida pelo reagente

limitante, e sendo assim, muitas vezes a utilização do balanço em base molar é mais

adequado.

3.3.1.1 Balanço de Massa: estimativa da quantidade de catalisador

A quantidade de catalisador que deve ser disposto no reator é determinada com

base nas constantes de velocidades das reações (FOGLER, 2009).

Para um reator de leito fixo, tomando como base um volume elementar, a equação

de balanço é dada pela Eq.4.

𝐹𝐴 − (𝐹𝐴 − 𝑑𝐹𝐴)−𝑟𝐴′𝑑𝑤 = 0 (4)

Sendo FA a vazão de entrada do reagente A (taxa de entrada), dFA a parte

infinitesimal de FA (FA - dFA : taxa de saída) , rA’ a velocidade de reação e dW a parte

infinitesimal de massa de catalisador (taxa de consumo).

A vazão FA pode ser obtida pela Eq.5, onde X é a conversão.

𝐹𝐴 = 𝐹𝐴0 − 𝐹𝐴0𝑋 = 𝐹𝐴0(1 − 𝑋) (5)

Diferenciando a Eq.5 e substituindo na Eq.4, após rearranjar os termos obtém-se a

Eq.6.

𝑑𝑊 =𝐹𝐴0 𝑑𝑋

(−𝑟𝐴′) (6)

A velocidade de reação é determinada com base na constante de reação obtida pela

lei de Arrhenius, conforme Eq.7.

𝑘 = 𝑘0𝑒(−𝐸𝑎

𝑅𝑇) (7)

Onde k0 é a constante de Arrhenius ou fator pré-exponencial, Ea a energia de

ativação (cal/mol), R a constante dos gases ideais (1,987 cal K-1

mol-1

) e T a temperatura

(K).

Conhecendo-se as constantes, para uma reação elementar, ou seja, aquela que

ocorre em apenas uma etapa, a velocidade é obtida com base nas concentrações e

estequiometria da reação.

12

Para uma reação (A+1/2B →C+D) não elementar, ou seja, que ocorre em mais de

uma etapa, é obtida com base nas pressões parciais, conforme Eq.8.

−𝑟𝐴′ =2𝑘1𝑘2𝑃𝐴𝑃𝐵

𝑘1𝑃𝐴+𝑘1𝑘3𝑃𝐴𝑃𝐶+2𝑘2𝑃𝐵+𝑘4𝑘3𝑃𝐶𝑃𝐷 (8)

Pela equação dos gases ideais (Eq.9), é possível obter as pressões parciais

considerando o gás com comportamento ideal, ou seja, a baixas pressões.

𝑃𝑖𝑉 = 𝑛𝑖𝑅𝑇 → 𝑃𝑖 =𝑛𝑖

𝑉𝑅𝑇 → 𝑃𝑖 = 𝐶𝑖𝑅𝑇 (9)

Substituindo-se então a Eq.9 nas pressões da Eq.8, obtém-se a velocidade da reação

não elementar em função das concentrações (Eq.10).

−𝑟𝐴′ =2𝑘1𝑘2𝐶𝐴𝐶𝐵𝑅²𝑇²

(𝑘1𝐶𝐴𝑅𝑇+𝑘1𝑘3𝐶𝐴𝐶𝐶𝑅²𝑇²+2𝑘2𝐶𝐵𝑅𝑇+𝑘4𝑘3𝐶𝐶𝐶𝐷𝑅²𝑇²) (10)

Para encontrar as concentrações, é necessária a construção da tabela

estequiométrica (Tabela 2).

Tabela 2 – Tabela Estequiométrica.

Espécie Início Variação Final

A AoF xFAo FA=FA0(1-X)

B BoF 2/xFAo 2/xFF BAoBo

C ----------- xFAo xFF AoC

D ----------- xFAo xFF AoD

Fonte: Elaborado pelos autores.

Onde 𝜃𝐵 =𝐹𝐵0

𝐹𝐴0.

Sabe-se que 𝐹𝐴 = 𝐶𝐴𝑣, logo 𝐶𝐴 =𝐹𝐴

𝑣·, onde v é a velocidade.

Para a reação em estado gasoso, a velocidade pode ser obtida pela Eq.11.

𝑣 = 𝑣0(1 + 휀𝑋) (𝑇

𝑇0) (

𝑃0

𝑃) (11)

Sendo 휀 = 𝑦𝐴0𝛿.

Logo, substituindo v da Eq.11 encontra-se a concentração CA, e do mesmo modo as

demais concentrações, para serem inseridas na Eq. 10. Uma vez conhecida a lei de

velocidade da reação, substitui-se na Eq.6 e resolve-se a integral para obter a massa de

catalisador W.

13

3.3.2 Balanço de Energia

Os estudos termodinâmicos são essenciais para a consolidação dos balanços de

energia, uma vez que o principal fundamento do balanço de energia está na primeira lei da

termodinâmica, que diz que embora a energia assuma várias formas, a quantidade de

energia é constante e, quando energia em uma forma desaparece, ela reaparece

simultaneamente em outras formas, e é contabilizada pela diferença entre o trabalho

realizado e o calor fornecido ao mesmo (BRASIL, 2004; FELDER, 2005).

Do mesmo modo que os balanços materiais, os sistemas devem ser considerados,

entretanto, não é realizado ao nível de espécies químicas, ou seja, o balanço de energia é

realizado, apenas, macroscopicamente (BADINO, 2011).

Existem diversas modalidades de energia a serem consideradas (BRASIL, 2004;

KORETSKY, 2007):

Energia Potencial (P): está associada à massa do sistema acima de um plano de

referência quando a força de atração é devida ao campo gravitacional terrestre.

Energia Cinética (K): associada à velocidade de um corpo (ou de um sistema) em

relação a um ponto de referência.

Energia Interna (U): do ponto de vista microscópico, é a soma de todas as diferentes

formas de energia possuídas pelas moléculas das substâncias que compõem o sistema:

molecular, química e atômica.

Entalpia (H): grandeza física que mede a máxima energia de um sistema

termodinâmico, teoricamente passível de ser deste removida na forma de calor.

Trabalho (W): energia transferida por uma força que atua através de uma distância nas

fronteiras do sistema.

Calor (Q): forma de energia transferida de um corpo para outro (ou de um sistema para

as vizinhanças) devido unicamente à diferença de temperaturas existentes entre eles. O

calor pode ser nomeado como sensível, quando este promove uma variação de

temperatura no meio, ou latente, quando contribui para que ocorra mudança de fase.

A energia pode ser transferida para um sistema de três maneiras: fluxo de massa,

calor ou trabalho. Para energia em forma de calor, deve ser considerada se há mudança de

estado físico do fluido. Para o caso em que não há mudança de fase, a quantidade de calor

pode ser calculada utilizando a Eq.12 (FELDER, 2005).

𝑄 = ��𝑐𝑝∆𝑇 (12)

14

em que Q corresponde ao calor (energia) (kJ/dia), �� corresponde a vazão molar (kmol/dia),

cp o calor específico a pressão constante (kJ/kmolK) e ΔT a variação de temperatura (K).

Ainda, para efeito de cálculos, Q é considerado positivo quando o fluido receber

calor, e negativo quando o fluido transferir calor.

Caso haja mudança de fase, utiliza-se a Eq. 13 quando o fluido está sendo resfriado,

ou a Eq.14 caso o mesmo esteja sendo aquecido.

𝑄 = ��𝑐𝑝(𝑙)(𝑇𝑒𝑏 − 𝑇𝑠𝑎𝑖) + ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 + ��𝑐𝑝(𝑔)(𝑇𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑒𝑏) (13)

𝑄 = ��𝑐𝑝(𝑙)(𝑇𝑒𝑏 − 𝑇𝑒𝑛𝑡) + ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 + ��𝑐𝑝(𝑔)(𝑇𝑠𝑎𝑖 − 𝑇𝑒𝑏) (14)

em que cp(l) e cp(g) correspondem aos calores específicos nas fases líquida e gasosa,

respectivamente, e ΔHvap corresponde a variação de entalpia de vaporização.

Para aplicar as equações de calor, é indispensável o cálculo de c𝑝, considerando que

os gases se comportam idealmente, utiliza-se a Eq.15 (SMITH et al, 2007):

𝑐𝑝𝑖 =𝑐𝑝𝑖

𝑔á𝑠 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

𝑅= 𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇² + 𝐷𝑇−2 (15)

em que R corresponde a constante universal dos gases ideais (8,314 kJ/kmolK), e A, B, C e

D são constantes obtidas experimentalmente.

Para o cálculo do calor específico (𝑐𝑝) da mistura gasosa é feito um somatório das

frações molares multiplicadas pelo 𝑐𝑝𝑖 dos componentes da mistura segundo a

Eq.16(SMITH et al, 2007):

𝑐𝑝 (𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑠𝑎) = ∑ 𝑦𝑖𝑐𝑝𝑖𝑛𝑖 (16)

Logo, conhecendo-se a energia presente em cada corrente, é possível aplicar a

equação geral de balanço de energia (o ponto acima se refere à taxa) (Eq.17).

��𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 ± ��𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = ��𝑠𝑎𝑖 + ��𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 (17)

Sendo o termo Ereação referente à quantidade de energia liberada ou absorvida pela

reação durante o processo de reorganização dos átomos para formação dos produtos.

15

4 MÉTODOS

A realização dos cálculos pertinentes aos balanços de massa e energia nos

equipamentos foi embasada pelos métodos propostos por Brasil (2004), Badino (2011),

Junior (2010), Himmelblau (2006) e Felder (2005).

Para a aplicação dos balanços de massa e energia no processo e nos equipamentos,

faz-se necessário, primeiramente, conhecer o processo industrial abordado no presente

trabalho.

4.1 Descrição do processo

A aplicação dos balanços material e energético foi realizada na planta química da

empresa Synteko® que se encontra em operação na cidade de Araucária – PR. A mesma

está disposta na Figura 2.

Esta planta utiliza a rota de produção baseada na oxidação do metanol catalisada

com óxido de ferro-molibdênio (Fe2(MoO4)3.MoO3). A produção final de formol 37% pela

empresa é de 120000 toneladas/ano e sabe-se que a fábrica opera em 320 dias do ano

(PERNA et al, 2007).

Figura 2 – Planta industrial de produção química de formaldeído que se encontra em operação na

cidade de Araucária – PR. Fonte: FALEIROS; LUIZ, 2014.

16

1As matérias-primas utilizadas para a produção de formaldeído são o metanol

(99,5%) e o ar atmosférico, cuja fração é de 79% nitrogênio e 21% oxigênio.

Para que a reação ocorra, primeiramente são aquecidos separadamente os reagentes

de 25°C a 180°C, utilizando trocadores de calor. Tomando como base de cálculo para a

vazão de entrada total de material 100 kg/dia, os percentuais da corrente de metanol e ar

são de 8% e 92%, respectivamente, ou seja, para cada 8 kg/dia de entrada de metanol,

ocorre a entrada de 92 kg/dia de ar no processo.

Os trocadores de calor (E-100 e E-101) para aquecimento das matérias primas

possuem como fluido de aquecimento o vapor d’água, sendo a vazão de suas correntes

secundárias de 80 ton/dia e 500 ton/dia, respectivamente.

O reator em operação é um reator catalítico de leito fixo multitubular, que opera

isotermicamente a temperatura de 280°C e 01 bar de pressão, sendo estas, condições para

que a reação ocorra. Dentro do reator, além da reação principal para a formação de

formaldeído, ocorrem reações indesejadas com formação de monóxido de carbono e

dimetil éter.

𝐶𝐻3𝑂𝐻 +12⁄ 𝑂2

𝐹𝑒2(𝑀𝑜𝑂4)3.𝑀𝑜𝑂3→ 𝐶𝐻𝑂𝐻 + 𝐻2𝑂 Reação Principal

𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝑂2→ 𝐶𝑂 + 2𝐻2𝑂 Reação secundária I

2𝐶𝐻3𝑂𝐻 → (𝐶𝐻3)2𝑂 + 2𝐻2𝑂 Reação secundária II

O catalisador de óxido de ferro-molibdênio fica inserido nos tubos verticais. Este

catalisador é seletivo para a formação do formaldeído, aumentando assim o rendimento do

mesmo, sendo sua vida útil de 14 meses. A Tabela 3 apresenta os rendimentos para as

reações que ocorrem no processo.

Tabela 3 – Rendimento Molar dos produtos no processo.

Componente Rendimento Molar Reação

Formaldeído- CHOH 92,65 % Principal

Monóxido de Carbono –

CO 4,67 % Secundária I

Dimetil éter- (CH3)2OH 1,09 % Secundária II

Metanol- CH3OH 1,59 % Não reagido

Fonte: Synteko S.A.

1 Os dados descritos em métodos são de projeto da planta, fornecido pela empresa Synteko® S.A.

17

As reações dentro do reator são exotérmicas, e a reação principal libera 159

kJ/kmol de energia durante a reação. É considerado que o reator opera em um estado

estacionário, e que, por conseguinte, esta energia é utilizada para manter o reator na

temperatura de reação, juntamente com a energia fornecida pelo vapor d’água presente na

camisa do reator, sendo a vazão desta corrente de 800 ton/dia.

Após ocorrer a reação, é necessário que aconteça a absorção do formaldeído gasoso

em água. Entretanto, antes de entrar na coluna de absorção, faz se necessário que ocorra o

resfriamento do mesmo, que passa de 280 °C a 155°C, sendo este proveniente de um

trocador de calor.

Este trocador de calor (E-102) utiliza água como fluido refrigerante a uma vazão de

950 ton/dia.

Após o resfriamento, ocorre à absorção do formaldeído. A composição de

formaldeído na coluna de absorção é controlada pela quantidade de adição de água, sendo

no produto final a fração desejada de 37%.

A coluna de absorção é constituída por nove pratos perfurados, sendo três em cada

uma das três seções que compõe a coluna. Existem na coluna “chapéus chineses”, que são

estruturas cônicas entre uma seção e outra, que coletam formaldeído absorvido em água e

que recirculam após passar por trocadores de calor para otimizar a operação. No primeiro

reciclo, a corrente passa de uma temperatura de 50°C à 35°C, no segundo de 70 °C à 35°C,

e são utilizados dois trocadores de calor.

Nos trocadores para a coluna (E-103, E-104 e E-105) o fluido utilizado é água com

vazões de 30 ton/dia, 17 ton/dia e 12,5 ton/dia, respectivamente.

O produto proveniente do reator entra pelo fundo da coluna após o resfriamento

(155°C) e sai a uma temperatura de 25°C. A água para realizar a absorção entra no topo da

coluna a uma temperatura de 25°C. Ainda, no topo da coluna saem os gases inertes

(nitrogênio e oxigênio) presentes na corrente de entrada de produto.

Finalmente, o produto final é armazenado em um tanque (T-101), mantido coberto

e bem ventilado, à temperatura de 25 °C.

18

4.2 Balanço de Massa

Utilizando-se dos conceitos descritos por Brasil (2004), Junior (2010), Himmelblau,

(2006) e Badino (2011), foram realizados os balanços de massa no processo, no reator e na

coluna de absorção.

4.2.1 Balanço de Massa no processo

De modo geral, as correntes de entrada e saída do processo podem ser descritas pela

Figura 3.

Figura 3 – Diagrama das correntes do processo. Fonte: Elaborado pelos autores.

A corrente A corresponde a entrada de metanol, a corrente B a entrada de ar, a

corrente C a saída do produto, a corrente D a saída de gases inertes e a corrente E a de

adição de água na coluna de absorção.

O balanço global do processo, conforme Badino (2011) pode ser descrito pela Eq.

18.

�� + �� + �� = �� + D (18)

O balanço parcial, por componente é realizado com base na quantidade presente do

respectivo composto em cada uma das correntes do processo, levando em consideração os

rendimentos e estequiometrias das reações, uma vez que ocorre reação química durante o

processo, além do princípio da equação da continuidade, descrito pela Eq.2, e de modo

geral podendo ser descrito pela Eq.19.

𝑥𝐴�� + 𝑥𝐵�� + 𝑥𝐸�� + 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 − 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 = 𝑥𝐶�� + 𝑥𝐷D (19)

No qual x corresponde a fração de um determinado componente nesta corrente.

Para a aplicação dos balanços materiais, ainda é preciso acrescer da informação das massas

19

molares dos elementos (Tabela 4), pois os rendimentos das reações estão baseados na

quantidade molar.

Tabela 4 – Massas Molares dos componentes.

Componente Massas molares (kg/kgmol)

Metanol 32

Formaldeído 30

Água 18

Oxigênio 32

Monóxido 28

DME 46

Nitrogênio 28

4.2.1.1 Balanço de Massa parcial no processo

Formaldeído: Sendo o formaldeído um produto gerado pela reação no processo, este só

aparece na corrente de saída de produto. Sua fração é um dos dados do projeto, e, deste

modo conhecida, assim como a produção final, o que permite calcular a vazão mássica

do mesmo na corrente C por regra de três.

Metanol: Para este componente, não existe fração do mesmo na corrente de entrada de

ar e de água na coluna, assim como na saída de gases inertes, logo os termos xB, xE e xD

na Eq.19 são nulos. Ainda, o metanol é um reagente consumido, e, portanto o balanço

por componente para o metanol é descrito pela Eq.20.

𝑥𝑚𝑒𝑡.𝐴�� = 𝑥𝑚𝑒𝑡.𝐶�� − 𝑚𝑒𝑡.𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 (20)

O termo à esquerda da Eq.20 pode ser obtido pelo rendimento da reação de

formaldeído (Tabela 3). Uma vez conhecida a quantidade de metanol na entrada,

utilizando-se dos dados da mesma tabela, se determina a quantidade de metanol na corrente

de saída C, e, consequentemente, a quantidade de metanol consumido pelo balanço da

Eq.20.

Monóxido de Carbono: Assim como o formaldeído, o monóxido está presente apenas

na corrente C, e sua vazão mássica nesta corrente é obtido pelos dados de rendimento

do metanol e pela estequiometria da reação secundária I, conforme Eq.21.

��𝑖 𝑠𝑎𝑖𝑑𝑎 = ��𝑚𝑒𝑡.𝑒𝑛𝑡 ∗ 𝜂𝑟𝑒𝑎çã𝑜𝑖 (21)

20

Dimetiléter: Conforme estequiometria da reação secundária II e rendimento da mesma

obtêm-se a vazão mássica do mesmo na corrente de produto C, através da Eq.21.

Água: Este elemento só não se encontra presente nas correntes B e D, além de ser um

dos produtos gerados nas reações, sendo assim, o balanço por componente resulta na

Eq.22.

𝑥á𝑔𝑢𝑎 𝐴�� + 𝑥á𝑔𝑢𝑎 𝐸�� = 𝑥á𝑔𝑢𝑎 𝐶�� − á𝑔𝑢𝑎𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 (22)

A fração xE é 1, uma vez que entra apenas água nesta corrente. A fração de água

que entra no processo (A) é encontrada pela pureza do metanol. A água gerada é obtida

pela soma das vazões das mesmas conforme estequiometrias e rendimentos das reações.

Pelo balanço da Eq.22 encontra-se a quantidade de água em C.

Nitrogênio: Este gás está presente na corrente de entrada B(ar) e na saída de gases (D),

contudo, sendo este inerte, as vazões mássicas em ambas as correntes são as mesmas.

Sabe-se pelos dados do projeto a razão entre as correntes de entrada, logo, obtém-se a

vazão da corrente B por regra de três, e conseguinte a de nitrogênio pela fração do ar.

Oxigênio: Este gás está presente na corrente de entrada B(ar) e na saída de gases (D),

além de ser consumido durante a reação. O balanço por componente pode ser descrito

pela Eq.23.

𝑥𝑂𝑥𝑖𝑔.𝐵�� = 𝑥𝑂𝑥𝑖𝑔.𝐷�� + 𝑂𝑥𝑖𝑔.𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 (23)

A quantidade de oxigênio na entrada é determinada do mesmo modo que o

nitrogênio. A quantidade de oxigênio consumido é determinada pela soma das vazões

obtidas pelas estequiometrias das reações. Consequentemente, pela Eq.15, encontra-se a

vazão de oxigênio na corrente D.

As correntes A, B, C e D são a soma de cada componente em cada uma das

correntes e E é obtida pela Eq.18. As frações em cada uma das correntes são obtidas

pela Eq.3.

21

4.2.2 Balanço de Massa no Reator

De modo geral, as correntes de entrada e saída do reator podem ser descritas pela

Figura 4.

Figura 4- Diagrama das correntes do reator catalítico. Fonte: Elaborado pelos autores.

O balanço de massa global pode ser descrito pela Eq. 24.

𝐈 + 𝐈𝐈 = 𝐈𝐈𝐈 (24)

Sendo, I a vazão de entrada do metanol (A para o balanço do processo); II a vazão

de entrada do ar (B para o balanço do processo) e III a vazão de saída do produto do reator.

As quantidades de nitrogênio, oxigênio, formaldeído, DME, CO e metanol na

entrada e saída do reator são as mesmas na entrada e saída do processo, uma vez que

dentro do processo os mesmos são consumidos e gerados no reator.

A quantidade de água na corrente de saída do reator é obtida pela soma da água

produzida pelas reações e da água presente na corrente de entrada de metanol.

4.2.2.1 Balanço de Massa de catalisador no reator

Para a reação principal, é denominado que A é o metanol (𝐶𝐻3𝑂𝐻), B o oxigênio

(𝑂2), C o formaldeído (𝐶𝐻𝑂𝐻) e D a água (𝐻2𝑂).

Uma vez que no reator a pressão é constante de 01 bar e o reator opera

isotermicamente a 180 °C, as razões T/T0 e P0/P na Eq.11 são 01. A fração yA0 corresponde

a razão entre a quantidade em kmol de metanol na entrada, pela quantidade total em kmol

(metanol+ar).

Pela estequiometria da reação obtém-se o valor de δ e conseguinte o valor ε.

Substituindo-se os valores obtém-se a Eq. 25.

𝑣 = 𝑣0(1 + 휀𝑋) (25)

22

Substituindo-se a Eq.25 para as concentrações e com base na tabela estequiométrica,

obtêm-se as Eq.s 26-29.

𝐶𝐴0 =𝑦𝐴0𝑃0

𝑅𝑇0 (26)

𝐶𝐴 =𝐶𝐴0(1−𝑋)

(1+𝜀𝑋) (27)

𝐶𝐵 =𝐶𝐴0(𝜃𝐵−

𝑋

2)

(1+𝜀𝑋) (28)

𝐶𝑐 = 𝐶𝐷 =𝐶𝐴0𝑋

(1+𝜀𝑋) (29)

Substituem-se as concentrações na Eq.10, e, por conseguinte a Eq.10 na Eq. 6.

Rearranjando os termos, resulta na integral da Eq.30.

𝑊 =𝐹𝐴0

2𝑘2𝑅𝑇∫

1

𝐶𝐵𝑑𝑋

𝑋

0+𝐹𝐴0𝑘3

2𝑘2∫

𝐶𝐶

𝐶𝐵𝑑𝑋 +

𝑋

0

𝐹𝐴0

𝑘1𝑅𝑇∫

1

𝐶𝐴𝑑𝑋 +

𝑋

0

𝐹𝐴0𝑘4𝑘3

2𝑘1𝑘2∫

𝐶𝐶𝐶𝐷

𝐶𝐴𝐶𝐵𝑑𝑋

𝑋

0 (30)

A conversão é feita com base no rendimento do metanol, que é de 98,41%. As

constantes são obtidas pela lei de Arrhenius (Eq.7), sendo as constantes de Arrhenius e as

energias de ativação dispostas na Tabela 5.

Tabela 5 – Constantes de Arrhenius e Energias de ativação.

Constantes k1 (kmol/

kgcatalisador.min.bar)

k2 (kmol/

kgcatalisador.min.bar)

k3 (kmol/

kgcatalisador.min.bar) k4 (1/bar)

k0 5,95*109 1,80*10

7 6,61*10

-9 2,77*10

20

Ea (cal/mol) -2,89*104 2,25*104 1,93*104 -6,10*10

4

Fonte: Synteko S.A.

23

4.2.3 Balanço de Massa na Coluna de Absorção

As correntes presentes na coluna de absorção são mostradas na Figura 5.

Figura 5 – Correntes na coluna de absorção. Fonte: Elaborado pelos autores.

O balanço de massa global da coluna é dado pela Eq.31.

𝐅𝟏 + 𝐅𝟓 = 𝐅𝟐 + 𝐅𝟔 (31)

O balanço material no fundo da coluna (Eq.32).

𝐅𝟏 + 𝐅𝟏𝟐 = 𝐅𝟕 + 𝐅𝟐 (32)

O vapor de entrada na base da coluna é o mesmo que atravessa o primeiro estágio

da coluna, e, portanto F1=F7, logo (Eq.33).

𝐅𝟏𝟐 = 𝐅𝟐 (33)

O balanço material na primeira seção (Eq.34).

𝐅𝟕 + 𝐅𝟏𝟏 = 𝐅𝟏𝟐 + 𝐅𝟖 + 𝐅𝟒 (34)

O balanço material para a segunda seção (Eq.35).

𝐅𝟖 + 𝐅𝟏𝟎 = 𝐅𝟗 + 𝐅𝟏𝟏 + 𝐅𝟑 (35)

O balanço material para a terceira seção Eq.(36).

𝐅𝟗 + 𝐅𝟓 + 𝐅𝟑 + 𝐅𝟒 = 𝐅𝟔 + 𝐅𝟏𝟎 (36)

24

A vazão de líquido que sai do terceiro estágio é a mesma que sai da coluna, e,

portanto F6=F9. A vazão F1 corresponde a quantidade de produto que entra na coluna que é

a massa que sai do reator. A vazão F2 é a quantidade de produto final que sai da coluna, ou

seja, é a produção de formol 37%.

A vazão F5 é a massa de água que entra na coluna. E a vazão F6 é determinada pelo

balanço de massa global. É assumida a hipótese de que a vazão F10 é cinco vezes a vazão

F5.

A diferença de temperatura da vazão F3 é 15°C e da F4 35°C. Logo, para que ocorra

a mesma troca térmica a vazão F4 deve ser menor que a F3. Sendo, portanto, a razão entre

elas de 2,33.

A vazão intermediária F8 será suposta que corresponde a média aritmética das

vazões dos estágios acima e abaixo.

4.2.3.1 Balanço de massa parcial na coluna de absorção

O balanço de massa parcial na coluna de absorção é embasado pela metodologia

descrita por Brasil (2004) e Badino (2011) e pode ser descrita, de maneira geral, conforme

Eqs. 37-40, sendo x a fração de um componente i na respectiva corrente.

F1x1 + F5x5 = F2x2 + F6x6 − Equação Geral da coluna (37)

𝐅𝟕𝐱𝟕 + 𝐅𝟏𝟏𝐱𝟏𝟏 = 𝐅𝟏𝟐𝐱𝟏𝟐 + 𝐅𝟖𝐱𝟖 + 𝐅𝟒𝐱𝟒 − 𝐏𝐫𝐢𝐦𝐞𝐢𝐫𝐨 𝐞𝐬𝐭á𝐠𝐢𝐨 (38)

𝐅𝟖𝐱𝟖 + 𝐅𝟏𝟎𝐱𝟏𝟎 = 𝐅𝟗𝐱𝟗 + 𝐅𝟏𝟏𝐱𝟏𝟏 + 𝐅𝟑𝐱𝟑 − 𝐒𝐞𝐠𝐮𝐧𝐝𝐨 𝐞𝐬𝐭á𝐠𝐢𝐨 (39)

F9x9 + F5x5 + F3x3 + F4x4 = F6x6 + F10x10 − Terceiro estágio (40)

As frações de entrada e saída são conhecidas. Assumindo-se as hipóteses de que as

frações das correntes que saem dos estágios são as mesmas que vão para os refluxos, tem-

se que x4=x12 e x3=x11. Ainda, como se sabe que todo o oxigênio e nitrogênio que entra na

coluna, saem no topo da coluna, e esta é a mesma quantidade presente na corrente F8,

assume-se que os demais componentes dessa corrente estão presentes proporcionalmente

as suas frações na corrente F7.

Utilizando-se dos dados calculados nos demais balanços, assim como as hipóteses

assumidas, resolvem-se as Eq.s 37-40 e determinam-se todas as composições mássicas.

25

4.3 Balanço de Energia

Para a realização dos balanços de energia, utilizou-se dos métodos descritos por

Brasil (2004), Junior (2010) e Felder (2005). Os balanços de energia foram realizados nos

trocadores de calor, no reator e na coluna de absorção. A única modalidade de energia que

transita entre as respectivas fronteiras é o calor, logo, o balanço de energia se dará entre o

fluxo de calor nas correntes.

Contudo, antes de iniciar os respectivos balanços, é imprescindível o cálculo dos

cpi’s (exceção do DME, que é tabelado e é de 65,6 kJ/kmolK), conforme Eq.15, e os cp’s

de misturas para o ar, saída do reator e dos refluxos da coluna de absorção, pela Eq.16,

para isso é necessário conhecer as constantes termodinâmicas dos componentes, sendo

estas dispostas na Tabela 6 (SMITH et al,2007).

Tabela 6- Parâmetros para cálculo dos calores específicos dos componentes.

Componente A B C D

Formaldeído 2,264 7,02 -1,87 -

Metanol 2,211 12,216 -3,45 -

CO 3,376 0,557 - -0,031

DME2 - - - -

Nitrogênio 3,28 0,593 - 0,04

Oxigênio 3,639 0,506 - -0,227

Água 3,47 1,45 - 0,121 Fonte: Smith, et al. 2007.

4.3.1 Balanço de Energia nos Trocadores de Calor

Para os trocadores de calor, primeiramente calcula-se a quantidade de energia

absorvida, no caso dos resfriadores, ou a que se deva ser fornecida, no caso dos

aquecedores. Conhecendo-se assim, a quantidade de energia envolvida, é possível aplicar a

Eq.17, de Balanço Energético, e obter as temperaturas de entrada dos fluidos necessárias

nas correntes dos trocadores para ocorrer a requerida troca térmica.

4.3.1.1 Aquecimento de Metanol (E-100)

Na corrente principal do TC há entrada de metanol e água, porém para efeito de

cálculo será desprezado 0,5% de água e considerado, portanto que há apenas metanol.

2 Para o DME o valor do calor específico é tabelado (SMITH et al, 2007).

26

Sabe-se que o metanol sofrerá mudança de estado físico, passando de líquido para

vapor, logo, há necessidade de considerar o balanço de energia com a mudança de fase,

através da Eq.14. Para isso, deve ser conhecida a temperatura de ebulição do metanol, além

de dados de cp(g) e cp(l) (Tabela 7).

Tabela 7- Dados metanol.

Cp (líquido) Cp (gasoso) Teb ΔHvaporização

81,46 kJ/kmolK 51,21 kJ/kmolK 64,4 °C 35,3 kJ/kmolK Fonte- SMITH, et al, 2007.

Sabe-se a temperatura de entrada no reator, assim como a vazão pelo balanço de

massa, logo é obtida a quantidade de calor necessária para aquecimento do metanol,

utilizando os dados da Tabela 7.

O fluido utilizado para aquecimento é o vapor d’água, sendo conhecida a sua

respectiva vazão, e este deve fornecer a quantidade de energia para o aquecimento. Pela

Eq.13 calcula-se a temperatura de entrada do vapor d’água, utilizando-se dos dados da

Tabela 8.

Tabela 8- Dados água.

Cp (líquido) Cp (gasoso) Teb ΔHvaporização

4,178 kJ/kgK 4,211 kJ/kgK 100 °C 2,26 kJ/kgK Fonte- SMITH, et al, 2007.

4.3.1.2 Aquecimento do ar atmosférico (E-101)

Na corrente principal há a passagem da vazão obtida do balanço material de ar

(oxigênio e nitrogênio). Uma vez que o ar já se encontra no estado gasoso, não há mudança

de fase com o aquecimento, e, portanto o balanço é realizado através da Eq. 12.

O fluido utilizado para aquecimento é o vapor d’água, e utiliza-se da mesma

metodologia que para o aquecimento de metanol para obter a temperatura de entrada do

mesmo.

4.3.1.3 Resfriamento do produto do reator (E-102)

O produto proveniente da saída do reator está na corrente principal do TC. Não há

mudança de estado, leva-se em consideração que a energia irá ao sentido do produto para o

trocador, utiliza-se a Eq.12, sendo conhecida a sua respectiva vazão, e desta forma a

27

quantidade de energia necessária a ser removida, que possui sinal negativo, conforme

critério adotado.

O fluido utilizado para resfriamento é a água, é conhecida sua vazão de entrada, e

calcula-se a temperatura de entrada pela Eq.14.

4.3.1.4 Resfriamento Refluxo 1 coluna de absorção (E-103)

Este trocador localiza-se no refluxo da coluna de absorção entre os estágios 2 e 3.

Na corrente principal há a passagem da vazão obtida do balanço material da coluna de

absorção (F3), e conhecendo as temperaturas de entrada e saída, além do cp, já calculado,

encontra-se a quantidade de energia necessária ser absorvida através da Eq.12.

O fluido utilizado para resfriamento é a água, é conhecida sua vazão de entrada, e

calcula-se a temperatura de entrada pela Eq.14.


Este trocador é o primeiro de dois trocadores em série localizados no refluxo da

coluna de absorção entre os estágios 1 e 3. Na corrente principal há a passagem da vazão

obtida do balanço material da coluna de absorção (F4). Calcula-se a energia e a temperatura

de entrada do fluido refrigerante (água) seguindo o mesmo procedimento do trocador (E-

103).


Este é o segundo dos trocadores entre os estágios 1 e 3 da coluna de absorção. Na

corrente principal há a passagem da vazão obtida do balanço material da coluna de

absorção (F4). Calcula-se a energia e a temperatura de entrada do fluido refrigerante (água)

seguindo o mesmo procedimento do trocador (E-103).

4.3.2 Balanço de Energia no Reator

Para realizar o balanço energético dentro do reator, é utilizado o princípio da

primeira lei da termodinâmica, conforme descrito por Brasil (2004) e Felder (2005), sendo

aplicada a Eq.17.

28

É considerado que no reator não há acúmulo de energia, e uma vez que nas reações

há liberação de energia proveniente da formação dos produtos, os termos consumo e

acúmulo são zerados, restando, portanto, a Eq.41.

��𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 − ��𝑠𝑎𝑖+��𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = 0 (41)

Ainda, será considerada apenas a energia da reação principal, pois esta é a que

possui maior rendimento.

A energia na saída é a energia promovida pela temperatura da reação, sendo

considerado, portanto, que a energia liberada na reação é utilizada para promover a própria

reação, quando se assume a hipótese de estado estacionário.

A energia de entrada é proveniente da energia da entrada dos reagentes (metanol e

ar) e da energia necessária para aquecer o reator até a temperatura de reação proveniente

do vapor d’água da camisa que envolve o reator.

Desta maneira, a equação de balanço pode ser aberta na Eq.42 e a quantidade de

energia necessária para aquecer o reator pode ser obtida.

(��𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑡 + ��𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑎𝑟 + ��𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐.) − ��𝑠𝑎𝑖+��𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = 0 (42)

Conhecendo-se a quantidade de energia necessária para promover o aquecimento

do reator, é possível determinar a temperatura de entrada de vapor d’água para promover o

aquecimento do mesmo pela Eq.12.

4.3.3 Balanço de Energia na coluna de absorção

O balanço de energia na coluna de absorção é realizado a partir do mesmo princípio

aplicado ao balanço de energia no reator, e pode ser descrito pela Eq.43.

��𝐹1 + ��𝐹5 = ��𝐹6 + ��𝐹2 + ��𝐹4 + ��𝐹3 (43)

Uma vez que são conhecidos os cp’s das correntes e as temperaturas, com exceção

da corrente F6, pela Eq.12 obtém-se cada termo da Eq.43, exceto EF6, que é descoberto

pelo balanço de energia. Utilizando-se novamente da Eq.12 obtém-se a temperatura que sai

a corrente F6 que corresponde a saída dos gases inertes no topo da coluna.

29

5 DESENVOLVIMENTO

5.1 Balanço de Massa

5.1.1 Balanço de Massa no Processo

Conforme descrito em métodos, foi possível calcular as vazões mássicas de cada

componente em cada uma das correntes definidas no processo. A Tabela 9 apresenta os

valores obtidos, assim como a somatória, que representa a vazão da respectiva corrente. A

mesma também apresenta o balanço global, de modo a verificar a adequada aplicação dos

balanços, além das frações mássicas. (O diagrama de blocos com os respectivos valores

encontram-se em anexo).

Tabela 9 – Vazões Mássicas das correntes do processo e frações mássicas.

Componente\Corrente A (ton/dia) B (ton/dia) C (ton/dia) D

(ton/dia)

E

(ton/dia)

Formaldeído - - 138,75 (0,37) - -

Metanol 159,74

(0,995) - 2,54 (0,007) - -

Monóxido de carbono - - 6,53 (0,017) - -

Dimetil éter - - 1,25 (0,003) - -

Nitrogênio - 1458,54

(0,79) -

1458,54

(0,83) -

Oxigênio - 387,71(0,21) - 306,25

(0,17) -

Água 0,803 (0,005) - 225,93

(0,603) - 133,00 (1)

TOTAL 160,54 1846,25 375,00 1764,80 133,00

Balanço Global (Eq.18) A+B+E = 2139,80 ton/dia

Entra=sai C+D = 2139,80 ton/dia


5.1.2 Balanço de Massa no Reator

Do mesmo modo que para o processo, obteve-se as vazões mássicas das correntes

do reator, o balanço global e as frações mássicas, sendo para as correntes de entrada de

reagentes, iguais as do processo (Tabela 10). (O diagrama de blocos com os respectivos

valores encontram-se em anexo).

30

Tabela 10 – Vazões Mássicas das correntes do Reator e frações mássicas.

Componente\Corrente I (kg/dia) II (kg/dia) III (kg/dia)

Formaldeído - - 138,75 (0,07)

Metanol 159,74 (0,995) - 2,54 (0,0012)

Monóxido de carbono - - 6,53 (0,0032)

Dimetil éter - - 1,25 (0,0006)

Nitrogênio - 1458,54 (0,79) 1458,54 (0,73)

Oxigênio - 387,71 (0,21) 306,25 (0,15)

Água 0,803 (0,005) - 92,93 (0,045)

TOTAL 160,54 1846,25 2006,80

Balanço Global (Eq.24) I+II= 2006,80

Entra=Sai III=2006,80


5.1.2.1 Balanço de Massa de Catalisador

Os valores obtidos para determinação da massa de catalisador, assim como a massa

de catalisador, estão dispostos na Tabela 11.

Tabela 11 – Resultados do balanço para o catalisador.

k1 (kmol/

kgcatalisador.min.bar) 0,023

k2 (kmol/

kgcatalisador.min.bar) 1,4.10

16

k3 (kmol/

kgcatalisador.min.bar) 0,283 k4 (1/bar) 2,1.10

-4

CA0 (kmol/m³) 0,0016 Ε 0,036

θB 2,43 W (kg catalisador) 9038,23 Fonte: Elaborado pelos autores.

5.1.3 Balanço de Massa na coluna de absorção

Utilizando-se das equações aplicadas na coluna, assim como as hipóteses

estabelecidas em métodos, obteve-se a vazão de cada uma das correntes presentes na

coluna de absorção, conforme Tabela 12. (O diagrama de blocos com os respectivos

valores encontram-se em anexo).

31

Tabela 12 – Vazões Mássicas coluna de absorção.

Vazões coluna (ton/dia)

F1 2006,79 F9 1764,794

F2 375,00 F12 375,00

F5 132,99 F11 413,76

F6 1764,79 F10 664,99

F7 2006,79 F4 159,76

F8 1885,79 F3 372,24

Balanço Global

(Eq.31)

F1+F5=2139,79 Entra=sai

F2+F6=2139,79 Fonte: Elaborado pelos autores.

Pelas hipóteses estabelecidas nos balanços parciais, obteve-se a fração mássica de

cada elemento em cada uma das correntes, conforme Tabela 13.

Tabela 13 – Frações mássicas das correntes da coluna de absorção.

Componente\Corrente F1 F2 F5 F6 F7 F8 F9 F12 F11 F10 F4 F3

Formaldeído 0,0691 0,37 0 0 0,0691 0,0368 0 0,37 0,3105 0,2627 0,3700 0,3105

Metanol 0,0013 0,0068 0 0 0,0013 0,0007 0 0,0068 0,0057 0,0048 0,0068 0,0057

Monóxido de carbono 0,0033 0,0174 0 0 0,0033 0,0017 0 0,0174 0,0146 0,0124 0,0174 0,0146

Dimetil éter 0,0006 0,0033 0 0 0,0006 0,0003 0 0,0033 0,0028 0,0024 0,0033 0,0028

Nitrogênio 0,7268 0 0 0,8265 0,7268 0,7734 0,8265 0 0 0 0 0

Oxigênio 0,1526 0 0 0,1735 0,1526 0,1624 0,1735 0 0 0 0 0

Água 0,0463 0,6025 1 0 0,0463 0,0246 0 0,6025 0,6664 0,7178 0,6025 0,6664 Fonte: Elaborado pelos autores.

5.2 Balanços de Energia

Os valores dos cpi’s calculados para a corrente de ar estão dispostos na Tabela 14,

assim como cpmistura do ar.

Tabela 14 – Valores de cpi’s da corrente de ar (T=25°C).

Componente cpi

Nitrogênio 29,09

Oxigênio 29,37

cpar (kJ/kmolK) 29,15 Fonte: Elaborado pelos autores.

Para os componentes presentes no reator, os valores de cpi’s calculados estão

dispostos na Tabela 15, assim como o cpmistura da saída do reator.

32

Tabela 15 – Valores de cpi’s do reator (T=280°C).

Componente cpi

Formaldeído 46,32

Metanol 65,74

CO 30,53

DME 65,60

Nitrogênio 30,09

Oxigênio 31,94

Água 35,83

Cpreator (kJ/kmolK) 31,85 Fonte: Elaborado pelos autores.

* SMITH et al, 2007.

Os cpmistura’s das correntes F3 e F4 da coluna de absorção estão dispostos,

respectivamente, na Tabela 16 e Tabela 17.

Tabela 16 – Valores de cpi’s da corrente F3 da coluna de absorção (T=50°C).

Componente cpi

Formaldeído 36,03

Metanol 48,17

CO 29,30

DME 65,6

Nitrogênio 29,17

Oxigênio 29,80

Água 33,69

cpcorrenteF3 (kJ/kmolK) 34,24 Fonte: Elaborado pelos autores.

Tabela 17 – Valores de cpi’s da corrente F4 da coluna de absorção (T=70°C).

Componente cpi Formaldeído 36,99

Metanol 49,82 CO 29,42

DME 65,6 Nitrogênio 29,23 Oxigênio 30,078

Água 33,82 CpcorrenteF4 (kJ/kmolK) 34,73


5.2.1 Balanços de Energia nos Trocadores de Calor

A Tabela 18 apresenta os resultados obtidos para os trocadores de calor presentes

no processo com os valores de energia envolvida na corrente principal, assim como a

temperatura de entrada do respectivo fluido, onde o sinal negativo representa o

fornecimento de energia. (A planta com os respectivos valores encontram-se em anexo).

33

Tabela 18 – Resultados relativos aos trocadores de calor presentes no processo.

Trocador de

Calor Descrição Fluido

Energia

(MJ/dia) Tentrada (°C)

E-100 Aquecimento

metanol Vapor d’água -45980 162,07

E-101 Aquecimento ar Vapor d’água -290163 163,40

E-102 Resfriamento

saída reator Água 297249 25,11

E-103 Resfriamento

refluxo 1 Água 9202 26,58

E-104 Resfriamento 1


E-105 Resfriamento 2



5.2.2 Balanço de Energia no Reator

Os resultados referentes ao balanço energético no reator, conforme Eq.28

correspondem a energia gerada pela reação principal, pela energia na saída do reator, e das

energias de entrada dos reagentes aquecidos, além do aquecimento necessário na camisa do

reator. As quantidades de energia obtidas estão dispostas na Tabela 19.

Tabela 19 – Energias presentes no reator.

Componente E gerada E saída E entrada

metanol E entrada ar

E

aquecimento

E (MJ/dia) 11414 1264455 116837,4 848025 288178 Fonte: Elaborado pelos autores.

A temperatura de entrada do vapor d’água na camisa do reator é de 111,13 °C.

5.2.3 Balanço de Energia na coluna de absorção

Para a coluna, as quantidades de energia calculadas são as presentes na Eq. 29, e

estão dispostas na Tabela 20.

Tabela 20 – Energia presentes nas correntes de entrada e saída da coluna de absorção.

Componente 𝐸𝐹1 𝐸𝐹5 𝐸𝐹6 𝐸𝐹2 𝐸𝐹4 𝐸𝐹3

E (MJ/dia) 948802 73891 558498 177157 88879 198159


A temperatura de saída da corrente F6 é de 37,8 °C.

34

6 CONCLUSÃO

Conclui-se que o presente estudo foi de suma importância para aplicar os

conhecimentos adquiridos durante o curso no que diz respeito a balanços materiais e

energéticos. Ainda, em se tratando dos balanços de massa, as vazões encontradas se

apresentaram conforme a equação da continuidade, e em todas as correntes a quantidade de

matéria entrando foi a mesma deixando o sistema, conforme os dados da Tabela 9, a vazão

mássica de entrada total e de saída foram as mesmas, de 2139,80 ton/dia. Além das

correntes do processo, para os demais balanços mássicos as vazões de entrada e saída

foram as mesmas para a produção diária requerida do produto.

Além disso, foi possível estimar a carga de catalisador no reator, sendo este um

fator importante, pois além de grande influência na velocidade de reação e conversão do

processo, o mesmo influencia no custo, sendo para este projeto uma estimativa de 9038,23

kg.

Com relação aos balanços energéticos, as quantidades de energia encontradas

seguiram o princípio da primeira lei da termodinâmica, e através destes, foi possível

determinar as temperaturas de entrada dos fluidos para aquecimento e resfriamento nas

diversas etapas do processo, realizadas pelos trocadores de calor, como por exemplo, de

aquecimento das matérias primas vapor d’água à 162,07°C e 163,40 °C, respectivamente.

Ainda a temperatura de saída dos gases inertes na coluna de absorção encontrada

por balanço de 37,8 °C.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABRAF (Associação Brasileira de Formaldeído e Derivados). Disponível em:

<www.abraf.org.br. >. Acesso em 08 mar. 2015.

ALVES, C.A., ACIOLE, S.D.G. Formaldeído em escolas: uma revisão. Publicação do

artigo: 2012.

BADINO, A.C., CRUZ. A.J.G. Fundamentos de Balanço de Massa e Energia. Editora

Edufscar. 2011.

BERTHOLDO, R. Aula 3- Funções e propriedades- identificação. Universidade Federal

de Alfenas. 2013.

BRASIL, N.I. do. Introdução à Engenharia Química. Editora Interciência. 2ª edição. Rio

de Janeiro. 2004.

35

CASO de Estudo 2- Síntese de Formaldeído. Portal Laboratórios Virtuais de Processos

Químicos. Disponível em:

<http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?Itemid=467&id=138&option=com_conten

t&task=view

>. Acesso em: 09 out. 2014.

CETESB. Formaldeído. Divisão de Toxicologia, Genotoxicidade e Microbiologia

ambiental. Jul.2012.

COELHO, M.C.S.D.M. O Formaldeído em Ambiente Laboral: Determinação do ácido

fórmico em urina de trabalhadores de uma fábrica produtora de formaldeído.

Dissertação de Mestrado em Toxicologia Analítica, Clínica e Forense. Universidade do

Porto, Faculdade de Farmácia. Set. 2009.

FALEIROS, R.R., LUIZ, S.L. Integração Energética em uma planta de formaldeído e

análise de sua viabilidade econômica. Trabalho de Conclusão de Curso. Unifal-

Universidade Federal de Alfenas. 2014.

FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos Químicos.

Editora Ltc. 3ª edição.2005.

FOGLER, H.S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas. 4ª Ed. LTC. Rio de

Janeiro. 2009.

FORMALDEÍDO. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul- PUC-RS.

Disponível em :< http://www.pucrs.br/quimica/professores/arigony/formaldeido.html>

Acesso em: 12 abr. 2015.

FORMALDEHYDE production and manufacturing process. Disponível em :<

http://www.icis.com/v2/chemicals/9076014/formaldehyde/process.html>. Acesso em: 17

abr. 2015.

HIMMELBLAU, D.M.; RIGGS, J.B. Engenharia Química: princípios e cálculos. Rio de

Janeiro. 7ª Edição. 2006.

INFARMED. Autoridade Nacional do Medicamento e Produtos de Saúde I.P. Produtos

cosméticos contendo formaldeído para alisamento de cabelo. Revisado em set. 2013.

JUNIOR, A.C.B.; CRUZ, A.J.G. Fundamentos de Balanço de Massa e Energia. Editora

EdUFSCar. 2010.

LIMBERGER, D.C.H. Processos de Recuperação, Reuso e Destinação de Formol em

Laboratório de Anatomia. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Santa

Maria. Programa de pós-graduação em Engenharia de Processos. Rio Grande do Sul. 2011.

LORENZINI, S. Efeitos Adversos da Exposição ao Formaldeído em Cabeleireiros.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Faculdade de Medicina. Programa de pós-

graduação em Ciências Pneumológicas. Porto Alegre. 2012.

36

KORETSKY, M.D. Termodinâmica para Engenharia Química. LTC. 2007.

MAZZUCCO, M. M. Introdução aos balanços de massa e energia. Unisul –Engenharia

Química. Disponível em:<

http://www.eqm.unisul.br/prof/marcos/cursos/bme/Introducao_Balancos_Massa_e_energia

.pdf> . Acesso em: 03 mai. 2015.

PERLINGERO, C.A.G. Engenharia de Processos: Análise, Simulação, Otimização e

Síntese de Processos Químicos. São Paulo. Editora Blucher. 2005.

PERNA, R.F.; NETO, J.M.; ALVES, M., TSAI, Y.M. Integração Energética em uma

Planta Industrial de Formaldeído. Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia

Química, Universidade Estadual de Maringá, 2007.

PINA, C.D de S. Avaliação da Exposição Profissional ao Formaldeído: Efeito

Genotóxico. Dissertação de Mestrado em Contaminação e Toxicologia Ambientais.

Faculdade de Ciências. Universidade do Porto. 2010.

SANHOOB, M.A.et al. Production of formaldehyde from Methanol. Integrated Final

Report. King Fahd University of Petroleum and minerals. College of Engineering Sciences

and Applied Engineering. Chemical Engineering Department. 29 dez. 2012.

SMITH,O.J. et al. Introdução à Termodinâmica da Engenharia Química. 7ª edição,

LTC, Rio de Janeiro, 2007.

TYPES of coal – Derived Chemicals (formaldehyde). U.S. Department of Energy.

Disponível em: < http://www.netl.doe.gov/research/coal/energy-

systems/gasification/gasifipedia/coal-derived-chem>. Acesso em: 6 abr. 2015.

ZACON, A. O Ensino da Engenharia Química perante a diversificação profissional

nos EUA e no Brasil. VII Encontro Ensino em Engenharia. 2012.

37

ANEXO

Balanço de Massa no Processo:

Figura 6 – Balanço de Massa no Processo. Fonte: Elaborado pelos autores.

Balanço de Massa no Reator:

Figura 7 – Balanço de Massa no Reator. Fonte: Elaborado pelos autores.

38

Balanço de Massa na Coluna de Absorção:

Figura 8 – Balanço de Massa na Coluna de Absorção. Fonte: Elaborado pelos autores.

39

Balanço de Energia:

Figura 9 – Balanço de Energia. Fonte: Elaborado pelos autores.

40

Temperaturas do Processo:

Figura 10- Temperaturas do processo. Fonte: Elaborado pelos autores.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE … · 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral O objetivo...

Documents

Transcript of MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE … · 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral O objetivo...