Síntese de Processos Químicos - PDF

AnliseeO*mizaodeProcessosQumicos

SntesedeProcessosQumicos

[email protected]

Product&ProcessDesignPrinciples:Sinthysis,AnalysisandEvalua*on/WarrenD.Sieder,J.D.Seader,DanielR.Lewin

Analysis,Synthesis,andDesignofChemicalProcesses/RichardTurton,RichardC.Bailie,WallaceB.Whi*ngeJosephA.Shaeiwitz

ConceptualDesignofChemicalProcesses/JamesDouglas

Bibliograa

1. OProcessodeCriaodeumProcessoQumico Introduo; Passosnacriaodeumnovoprocesso; Exemplodeaplicao:ProcessodeproduodeCloretodeVinila Exemplodeaplicao:ProcessodeproduodetPA ArvoredeSntesedeprocessos.

2. Hierarquiadedecisodoprojetodeprocessosi. OprocessodeHidroDealquilaodeToluenoii. SistemasdeReaoeSeparaodoProcessoHDAiii. EstruturadeReciclodoProcessoHDAiv. EstruturadeEntradaeSadadoProcessoHDAv. Hierarquiadedecisesdeprojetodeprocessos

ProgramadoMdulo

Processode

Manufatura

RecursosNaturais

ProdutosQumicosBsicos(Commodi*eseProdutos

QumicosEspeciais,biomateriais,polmeros)

Processode

Manufatura

ProdutosQumicosBsicos

ProdutosIndustriais(Filmes,bras,papis,etc)

Processode

Manufatura

ProdutosQumicosBsicoseIndustriais

ProdutosdeConsumo(Materiaisdeescritrio,cosm*cos,sacolase

vasilhamespls*cos,remdios,pneus,etc)

E*leno,propileno,butadieno,metanol,etanol,xidodee*leno,e*lenoglicol,amnia,cidoac*co,caprolactama,nylon,benzeno,tolueno,fenol,querozene,diesel,

gasolina

ClassicaodosProdutosQumicos

Algunsprodutossodescobertosporacaso.Ex:Teon(polytetrauore*leno)DuPont

Quandomateriaisbaratosourejeitossoacumuladoseengenheirossochamadosadesenvolverumprocessodetransformaoparatornarestesmateriaisteiserentveis

Quandonovosmercadossodescobertosquedemandamnovosprodutos

Quandoumprocessomaiseconmicodesenvolvidoparaproduzirumprodutojexistentenomercado

Comonovosprodutos/processossodesenvolvidos?

Oportunidade

Inves*garprodutooumisturasquedesenvolvam

aspropriedadesdesejadas

sim

no

ProdutoConhecido?

ProcessoConhecido?

CriaodoProcesso

no

ProcessoaindaVivel?

ProjetodaPlantaConstruo,StartUpe

Operao

sim

no

sim

ProjetoDetalhado,DimensionarEquipamentos,O*mizaoeRentabilidade

AvaliaodeControlabilidade

PassosdaCriaodeumProcesso/Produto

MargemBrutaVivel?

rejeitaralguns

no

ProcessoaindaVivel?

no

sim

DesenvolverCasoBase

DetalharaSntesedoProcessoAlgoritmosSistemasSep.eReao

AvaliaodeStartUp

sim

AnlisedeConabilidadee

Segurana

Floxogramaspreliminarescontendoapenasasoperaesdereao,separaoemudanasdetemperaturaepresso

Seleodeequipamentos(TaskIntegra*on)

MododeOperao:connnuooubatelada

CriaodeumPDF(correntesdetalhadas,balanomaterialedeenergia,listadeequipamentos)

Balanomaterialedeenergiacomauxliodesimuladores

Integraoenerg*caPossvelconstruodeplantapiloto(testesreais)



ProgramadoMdulo

ElaboraodeumBancodeDadoscominformaesdasdiversasmatriasprimas,produtosesubprodutossendoconsiderados:

PrimeiroPassonaCriaodeumNovoProcesso

pesomolecularpontodeebuliopontodefusopropriedadescr*casentalpiaeenergialivredeGibbsdeformaopressodevapordensidadescapacidadestrmicascaloreslatentesemfunodatemperaturacurvasdeequilbrioVLeLL,VLL,azeotropia

PropriedadesFsicaseTermodinmicas



Perrys Chemical Engineers Handbook (Perry, R.H. e Green, D.W. 7th Ed, MacGraw-Hill, New York, 1997)!

Properties of Gases and Liquids (Poling B.E., Prausnitz, J.M. e OConnell, J.P., 5th Ed, MacGraw-Hill, New York, 2001)!

Data for Process Design and Engineering Practice (Woods, D.R., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1995)!

Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, 13 Parts, DECHEMA, Frankfurt, Germany, 1980!

Azeotropic Data (Gmehling, J., VCH Publishers, Deerfield Beach, Florida, 1994.!

CRC Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press, Boca Raton, FL, annual) !



Aspen Plus! HYSYS! CHEMCAD! PROII ! BATCH PLUS! SUPERPRO DESIGNER! UniSim!

SimuladoresComerciais(Bancodedados)

AcessoaobancodedadosdoDECHEMA(dadosdeequilbrio,regressodedadosparacoecientesdeinteraocoecientedea*vidade/NRTL,UNIQUAQ,Wilson,etc)Licenaespecialcomacessoviaintenet


principaisreaestaxadereao/cin*cadareaoconversoesele*vidade(distribuiodosprodutos)emfunodotempoderesidncia,temperaturaepresso

desa*vaodecatalisador

ReaesQumicas

Ensaiosdelaboratriopodemsernecessriosparalevantamentodedados


toxicidadeefeitoemanimaisesereshumanosamabilidadecomoartemperaturadeautoignio

InformaesdeImpactoAmbientaredeSegurana


preosparaavaliaoeconmicapreliminarpropriedadesdetransporte(condu*vidadetrmica,coecientesdetransportedemassa,viscosidade)

informaesadicionaisrelacionadaaodimensionamentodeequipamentos

corrosividadeparmetrosheurs*cos

Informaesadicionais

Informaesnonecessriasnoestgioinicialdedesenvolvimentodoprojeto.Sonecessriasantesdodetalhamentodoprojeto

Especicaodamatriaprima,produtosesubprodutos(Estados)dopontodevistadoprocesso:

Vazomssica;Composio(fraomssicaoumolardecadaespciequmica);Fase(slido,lquidoougs);Forma,seslido(distribuiodetamanhodeparnculaeforma);Temperatura;Presso;

Suplementares

Viscosidade;Densidade;Pesomolecularmdio;Cor;Odoreetc.

ProcessoConnnuo

ouBatelada


ProcessoBateladadenidocomoaqueleemqueumaquan*dadenitadeprodutoproduzidoaolongodevriashorasoudias.

Normalmente,consistedeumaquan*dadeconhecidadealimentaoemumvasoseguidoporumasriedeunidadesdeoperao(mistura,aquecimento,reao,des*lao,etc.)queocorrememintervalosdiscretosdetempo.

Estasetapassoseguidaspelare*radaearmazenagemdoproduto,subprodutoseresduos.

Oequipamentoentolavadoparaestardisponvelparaoprximoprocessamento.

Hregistrosdeumamesmaplantaproduzirat100produtosdiferentescomosmesmosequipamentos.

ProcessoBatelada

Noprocessoconnnuoaalimentaocon*nuamentealimentadaumasriedeequipamentosemquecadaequipamentoperformaapenasumaoperao

Are*radaearmazenagemdeproduto,subprodutoseresduostambmfeitademaneiraconnnua.

ProcessoConnnuo

Fator Vantagensedesvantagenscomrelaoaoprocessobatelada

Vantagensedesvantagenscomrelaoaoprocessocon?nuo

dimenso volumesdeprocessamentomenoresfavorecemoprocessobatelada.Amedidaqueovolumeaumentaotamanhodosequipamentostambmaumentam.Almdisso,asdiculdadestcnicasdemovergrandesvolumesdeumequipamentoparaoutrotambmaumentarapidamente

Economiadeescalafavoreceprocessosconnnuosamedidaquealtosvolumesdeprocessamentosonecessrios

Qualidadedoproduto

Operaesembateladasopreferidasquandoaqualidadedoprodutodecadabateladadeveservericadaecer*cada.Quantomaiorasexignciasdequalidade,menorotamanhodasbateladas.(Indstriadealimentosefarmacu*ca)

Testesdequalidadedoprodutosofeitoscon*nuamenteouperiodicamente.Grandesquan*dadesdeprodutoforadeespecicaopodemserproduzidas,armazenadosemtanquesereprocessadosquandopossvel

ProcessoConnnuoXBatelada



Flexibilidadeoperacional

Omesmoequipamentopodeserusadoparadesempenharml*plasoperaes.Ex.Umtanquecomagitadorpodeserusadocomoummisturador,umreator,etc.

Flexibilidadeemprocessosconnnuosnormalmenteconduzemaousoinecientedecapital.

Umequipamentousadoparaumprocessopodenoserusadoparaoutro.Assimsendo,aproduoatravsdacampanhadeumprocessoforaumoumaisequipamentosapermanecerinoperantepormeses.

Processosconnnuossoprojetadosparaproduzirumconjuntodeprodutosxosapar*rdematriasprimasespeccas.Sehouvernecessidadedeproduzirnovosprodutosaplantadevesofrerretrot



EquipamentospadronizadosMl*plosprodutos

Processosbateladapodemfacilmentesermodicadosparaacomodaraproduodediversosprodutos

Processosconnnuossoprojetadosparaumconjuntoxoepequenodeprodutos.Osequipamentostambmsoprojetadoseo*mizadosparaoperaremumaquan*dadepequenadecondiesoperacionais.

Ecinciadeprocessamento

Requerprogramaoecontroleestritos,umavezquevriosprodutossoproduzidosnomesmoequipamentoemsequncia.Problemasnaproduodeumprodutopodeafetarasa*sfaodademandadealgumoutroproduto.Integraoenerg*canopossvel.Reciclodematriaprimapoucoprovvel.

Quantomaiorovolumeprocessado,maisecientesetornaoprocesso.

Integraoenerg*caereciclodematriaprimanoreagidasopr*cascomuns.



Manutenoemodeobra

Demandamaiorcustodemodeobradevidoaosprocessosdelimpezaepreparao.

Oscustoscommodeobrasocompara*vamentereduzidosparaomesmoprocessooperadocon*nuamente.

Disponibilidadedematriaprima

Operaesembateladasofavorecidasquandoadisponibilidadedematriaprimalimitada,talcomosazonal

Plantasconnnuastendemasergrandeseoperamaolongodetodooano.Anicamaneiradeacomodarvariaessazonaisatravsdousodefacilidadesmassivasdearmazenamento,asquaissomuitocaras.

Demandadoproduto

Demandavarivelousazonalpoderseracomodada.Ex:Fer*lizantes.Duranteoperododedemandabaixa(sazonal),outrosprodutospodemserproduzidos.

Diucildeproduziroutrosprodutosemperodosdebaixademanda.Noentanto,produtossimilaresmasdiferentespodemserproduzidos(campanhas).



Taxadeproduo

Processosbateladafavorecemprocessoscomreaeslentasequenecessitamdemaiorestemposderesidncia.Ex:fermentao.

Reaeslentasrequeremequipamentosgrandes.Avazoatravsdoequipamentopodeserbaixasealtasconversesforemalcanveis.

Incrustaodeequipamentos

Quandoumequipamentonecessitamanutenoparalimpezadevidoincrustao,processosembateladasofavorecidos,poisalimpezadeequipamentosumaoperaopadroepodemserfacilmenteacomodadanaprogramao.

Incrustaoemprocessosconnnuosumproblemasrio.Amaneiramaisfcildesolucionaresteproblemainstalandoequipamentosidn*cosemparalelo.Noentanto,aumentaseocustodeinves*mentoedemodeobra



Segurana Normalmente,exposiodeoperadoresaprodutosqumicoseerrosdeoperaosomaiores.Treinamentodeoperadorescr*co,nessescasos.

Procedimentosdeseguranasobemestabelecidos.Noentanto,treinamentosdeseguranasoaindadegrandeimportncia.

Controlabilidade umpontoimportantepelofatodoequipamentosservirdiferentesfunescomooperaounitriaeproduzirdiferentesprodutos.Aprogramaou*lizadanoequipamentosetornabastanteimportante.

Geralmente,processosconnnuossomaisfceisdeseremcontrolados.Paraprocessoscomplicadosealtamenteintegrados,ocontrolesetornamaiscomplexoereduzidaexibilidadedoprocessotambm.

OperaesUnitriasbsicassemexplicitaroequipamentoemdetalhe:

Reaoqumica; separaodemisturasqumicas;

Separaodefase; Mudanadetemperatura;

Mudanadepresso; Misturaedivisodecorrentesoubateladas; Operaesemslidostaiscomoreduoe

aumentodetamanho.

TaskIntegra,on:designaum*podeequipamentoparacadaoperao

OperaesBsicasDesenvolvidasporEquipamentos

Vistoscomo

blocosdeconstruo

doprocesso

AsOperaestemafunodediminuiradiferenadeumaoumaispropriedadesentreosprodutosdesejadosematriasprimas.

MSUP (Mdulo 1 Introduo Simulao de Processos)

2. Produo de Cloreto de Etilo !

!

!

2.1. Enunciado do Problema "#$!%$&!'()#$&!%*!+)(%,-.)!/0()*1(!%*!*1.0(!23456307!8!$1)$98&!%$!)*$/:;(!*#!'$&*!7!/(#!?/.%(!/0()@%)./(!25307A!=$!+)*&*=:$!%*!,#!/$1$0.-$%()A!*#!!!D!!530!!!!!"!!!!345630!

"#$!/())*=1*!K!J!%*!345>!*!

4!J!%*!L4!2B$&*!#(0$)7A!$!4IM3!*!E6!$1#A!8!,1.0.-$%$!/(#(!$0.#*=1$:;(!')*&/$!=,#$!.=&1$0$:;(!

%*!+)(%,:;(!%*!/0()*1(!%*!*1.0(!23456307C!N!#.&1,)$!

Passo Operao

1 Eliminardiferenasentreos*posmoleculares

ReaoQumica

2 Distribuiroscompostosqumicosaocombinarfontesedes*nos

Mistura

3 Eliminardiferenasemcomposio Separao

4 Eliminardiferenasemtemperatura,pressoefase

Processodemudanadetemperatura,pressoefase

5 ProcederoTaskIntegra.on,ouseja,selecionarunidadesdeprocessoparacadaoperao

PassosdaSntesedeProcessos

Passo0Escolherentreprocessoconnnuoediscreto



ProgramadoMdulo

FluxogramadoProcesso

?

MatriaPrima

?

ProdutoDesejado

C2H3Cl

Txico

Levantamentodeumbancodedadosdeinformaes:propriedadesusicas,cin*cadereao,toxicidade,questesambientaisedesegurana

CriaodoProcessodeProduodeCloretodeVinila

PassosdaSntesedeProcessos

ProcessoCon?nuo

VolumedeproduoDisponibilidadedematriaprima(Nosazonal)

Demandadoproduto(nosazonal)

Passo0: Escolherformadeoperao ConnnuoXBatelada

Passo Operao

1 EliminardiferenasentreosEposmoleculares

ReaoQumica


Mistura





Custoda(s)matria(s)prima(s);Valordossubprodutos;

Complexidadedoprocesso;Segurana;

Impactoambiental.

AspectosImportantesnaSeleodeRotasdeProduo

Passo1: Eliminardiferenasentre*posmoleculares ReaoQumica

baixorendimentoebaixasele*vidade

Alterna.va1:Rota1

ocorreapoucascentenasdeCbaixorendimentovriossubprodutoscomodicloroetanoumtomodecloro(caro)geraumsubprodutodebaixovalor

C2H4+Cl2C2H3Cl+HCl

C2H4=E*nelo,C2H3Cl=CloretodeVinilaAlterna.va2:Rota2

C2H2+HClC2H3Cl reaoexotrmicaconversode98%a150CcomocatalisadorHgCl2impregnadoemcarbonoa*vadoa1atmC2H2=Ace*nelo,C2H3Cl=CloretodeVinila


Alterna.va3:Rota3

conversoda1reao=98%a90C,1atmeFeCl3(catalisador)2reaoumcraqueamentotrmicoespontneoa500Ce60%conversodicloroetanonoreagidopodeserreciclado

C2H4+Cl2 C2H3Cl+HCl

C2H4+Cl2 C2H4Cl2

C2H4Cl2 C2H3Cl+HCl+

Alterna.va4:Rota4

1reaoaoxicloraodoe*lenocomconversode95%.Reaoexotrmicaa250CeCuCl2(catalisador)2reaoumcraqueamentotrmicoespontneoa500Ce60%deconverso(pirlise)

C2H4+HCl+1/2O2 C2H3Cl+H2O

C2H4+2HCl+1/2O2C2H4Cl2+H2O

C2H4Cl2C2H3Cl+HCl+

C2H4Cl2=DicloroEtano


Alterna.va5:Rota5

combinaasrotas3e4converteambosostomosdecloroemcloretodevinilatodooHClproduzidonapirliseconsumidonaoxicloraodoe*leno

C2H4+Cl2 C2H4Cl2

2C2H4Cl2 2C2H3Cl+2HCl+

2C2H4+Cl2+1/2O22C2H3Cl+H2O

C2H4+2HCl+1/2O2C2H4Cl2+H2O


ClculodaMargemBrutaparadiferenciarasrotasremanestences:

MargemBruta = Vendadosprodutosesubprodutos Custosdematriaprima

Custoscommatriaprimanormalmentecorrespondemde33a88%docustototaldosprodutos

EstruturadeEntradaeSadaajudanaes*ma*vadoPotencialEconmico


Custosdecompraouvendaconsideradosagranel:

Componente PesoMolecular CustoCents/lb

E*leno(C2H4) 28,05 18

Ace*leno(C2H2) 26,04 50

Cloro(Cl2) 70,91 11

CloretodeVinila(C2H3Cl) 62,5 22

cidoClordrico(HCl) 36,46 18

gua(H2O) 0

Oxignio(O2) 0

Dicloroetano(C2H4Cl2) 98,93

ChemicalMarketReporterJornalquinzenalquetrazpreos

atualizadosdospreosdecomrciodeprodutosqumicos

(disponvelnabibliotecadealgumasuniversidades)


ClculodaMargemBrutaparaaRota3

Reao C2H4 + Cl2 C2H3Cl + HCl

lbmol 1 1 1 1

PesoMolecular 28,05 70,91 62,50 36,46

lb 28,05 70,91 62,50 36,46

lb/lbdeC2H3Cl 0,449 1,134 1 0,583

Cents/lb 18 11 22 18

Total 8,082 12,474 22 10,494

MargemBruta/lbC2H3Cl 22+10,4948,08212,474=11,938/lbdeC2H3Cl

OBS:Assumesereaoemproporesestequiomtricas,conversocompleta(100%)enenhumareaoemparalelo(siderea*on)


MargemBrutadecadarotaparaproduzir1lbdeCloretodeVinila:

Rota ReaoGlobal MargemBruta(Cents/lbdeCloretodeVinila)

2 C2H2+HClC2H3Cl 9,33

3 C2H4+Cl2C2H3Cl+HCl 11,94

4 C2H4+HCl+1/2O2C2H3Cl+H2O 3,42

5 2C2H4+Cl2+1/2O2 2C2H3Cl+H2O 7,68

Rotamaislucra*va

Altocustodosreagentes,especialmenteoace*lenoMercadodeHClutuamuitoemdecorrnciadesuadisponibilidade,svezesob*docomosubprodutodeoutrosprocessos(necessitaanlisedemercadoparaconsiderlo)


PrimeirospassosnaintenodeconstruirumuxogramaparaaRota3

CapacidadedaPlanta(Requerimento)~800.000.000lb/ano

(330dias/anofator0,904)

Valoresconsiderandoconversoiguala100%


Passo Operao


ReaoQumica

2 DistribuiroscompostosqumicosaocombinarfontesedesEnos

Mistura





Passo2: Distribuiroscomponentesqumicos Mistura

Nestascondies,aconversoreal98%,

sendo2%aconversoem

subprodutos.Desconsideradoporhora.

Conversodeapenas60%.(158.300+x)0,6/98,93=100.000/62,5

x=105.300

Ob*dospordadosdecaloresdeformaoe

capacidadestrmicasemfunodatemperatura(AspenPlus/Hysys/

UniSim)

Apressofoiescolhidaacimadaatmosfricaamdeevitarvazamentosdoaratmosfricoparadentrodoreator,oquepoderiaa*ngirolimitedeamabilidadedoe*leno

Estecalornopodeserusadonareaodepirliseporestaraumatemperatura

maisbaixa

Apressode26atmfoiselecionadacombaseemumapatente,aqualnodeixaclaraarazodetalpresso.Noentanto,devehaverumarelaocomaecincia

dapirlise.


Passo Operao


ReaoQumica


Mistura





Passo3: Eliminardiferenasemcomposio Separao

Pressesrecomendadasporumapatente.(Partedobandodedadosdeinformaes

preliminaresob*das)

UmaTmaisadequadapoderiaser35C,ou

maior,parausarguaderesfriamentonoeuentedapirlise,oquefariacomqueaalimentaoentrassenacoluna

parcialmentevaporizada.Noentanto,necessitariamaisrefrigeraono

condensadordacoluna

Outrasopesdesistemadeseparaopoderiam

serpropostos:separarodicloroetanona

primeiracoluna,separaodostrs

componentesemumamesmacolunacomsadalateralnacoluna,absoropararecuperarHCl(1atm)

comH2O,


Des*laosugeridacomooperaounitriade

separaopelofatodoscomponentes

apresentarempontosdeebuliodis*ntos

Composto PontodeEbulioNormal(1atm,C)

PontodeEbulio(C) ConstantesCrEcas

4,8atm 12atm 26atm Tc(C) Pc(atm)

HCl 84,8 51,7 26,2 0 51,4 82,1

C2H3Cl 13,8 33,1 70,5 110 159 56

C2H4Cl2 83,7 146 193 242 250 50

50atm

26atm

242C 250C

PontoCr*co

C2H4Cl2

P

T


Passo Operao


ReaoQumica


Mistura





Passo4: Eliminardiferenasemtemperatura,presso,fase Processodemudanadetemperatura,presso,fase


Passo Operao


ReaoQumica


Mistura




5 ProcederoTaskIntegra,on,ouseja,selecionarunidadesdeprocessoparacadaoperao

Passo5: Selecionarosequipamentos TaskIntegra.on


Oportunidade

Inves*garprodutooumisturasquedesenvolvam

aspropriedadesdesejadas

sim

no

ProdutoConhecido?

ProcessoConhecido?

CriaodoProcesso

no

ProcessoaindaVivel?

ProjetodaPlantaConstruo,StartUpe

Operao

sim

no

sim

ProjetoDetalhado,DimensionarEquipamentos,O*mizaoeRentabilidade

AvaliaodeControlabilidade

PassosdaCriaodeumProcesso/Produto

MargemBrutaVivel?

rejeitaralguns

no

ProcessoaindaVivel?

no

sim

DesenvolverCasoBase

DetalharaSntesedoProcessoAlgoritmosSistemasSep.eReao

AvaliaodeStartUp

sim

AnlisedeConabilidadee

SeguranaCriaodeumPDF(correntesdetalhadas,balanomaterialedeenergia,listadeequipamentos)

Balanomaterialedeenergiacomauxliodesimuladores

Integraoenerg*caPossvelconstruodeplantapiloto(testesreais)

Floxogramaspreliminarescontendoapenasasoperaesdereao,separaoemudanasdetemperaturaepresso

Seleodeequipamentos(TaskIntegra*on)

MododeOperao:connnuooubatelada

PDFdoProcessodeCloretodeVinila

SumriodeCorrentes(CloretodeVinila)

U*lidades(CloretodeVinila)

SumriodeEquipamentos(CloretodeVinila)



ProgramadoMdulo

tPAproduzidoatravsdeumaclularecombinante,aqualresultadarecombinaodeDNA.tPAevitaaformaodecogulosnosangue.U*lizadosempacientesinfartados.

tPA=.ssueplasminogenac.vator

PreodeVenda:$200/100mg

CriaodoProcessodeProduodetPA

i. ApsextensivapesquisaemlaboratriobioqumicootPAfoiisoladodeclulashumanasdemelanoma.

ii. PatenteamericanaapresentadapelaGenentech(Informaesqualita*vasequan*ta*vas

Bioreaoaerbica

Crescimentodasclulasnomeiodenutrientes

contaminantequecausarespostasinamatriasemanimais

controlaopH


Passo Operao

1 EliminardiferenasentreosEposmoleculares

ReaoQumica


Mistura




5 ProcederoTaskIntegra.on,ouseja,selecionarunidadesdeprocessoparacadaoperaoeescolherentreprocessoconnnuoediscreto


Alterna.va1:Rota1

clulasmamriascomotPA_DNAinseridoasclulassecretamaltosnveisdetPArecombinado

0,39x106clulas/mL/diataxadeconsumodeO2de0,2x1012mol/clula/htaxadeproduodetPAde50picogramas/clula/diatPAgradualmentesecretadonomeiolquido

sequnciadetPA_DNA+ClulasCHO"ClulasselecionadastPACHO

ClulasselecionadastPACHO+meiodenutrientes+O2"Mul*plicaodonmerodeclulas



Alterna.va2:Rota2

clulasbacteriaiscomotPA_DNAinseridoasclulassecretamaltosnveisdetPArecombinado

taxadeproduodetPAde550miligramas/LdemeioAEscherichiaColideveserrompidaparaextrairotPAE.ColinoadicionagruposdeaucaraotPAcomonaRota1

sequnciadetPA_DNA+EscherichiaColi"ClulasselecionadastPAE.Coli

ClulasselecionadastPAE.Coli+meiodenutrientes+O2"Mul*plicaodonmerodeclulas


Rota1

70C


Custosdecompraouvendaconsiderados:

Componente Kg/KgtPA $/Kg

tPA 1 2.000.000

meiodenutrientes 287,2 233

H2O 2.228 0,12

Ar 46,8 1.742

CO2 3,7 1.447

clulastPACHO *

*noincludonaanlisedepotencialeconmicoumcustoassociadocomocustodepesquisa.adicionadocomocustooperacional

MargemBruta

2.000.000

287,2x233

2.228x0,12

46,8x1.742

3,7x1.447

$1.846.000/KgtPA


Passo Operao


ReaoQumica

2 DistribuiroscompostosqumicosaocombinarfontesedesEnos

Mistura





Passo2: Distribuiroscomponentesqumicos Mistura


Passo Operao


ReaoQumica


Mistura





Passo3: Eliminardiferenasemcomposio Separao

Vistoqueprotenasperdemsuasa*vidadescomatemperatura,osprocessosdeseparaosoman*dosa4C,umpoucoacimadaTdesolidicaodagua

AargininaevitaaagregaodotPA

OtPAadsorvidosobreumaresinaearesinalavadacomumaminocido(Glicina).Uma

soluodePBSeNaCladicionadaparaestabilidade

deequilbrio

CriaodoProcessodeProduodetPA Aendotoxina

separadaatravsdeadsorosobreuma

resina,aquallavadacoma

soluodeNaOH

Passo Operao


ReaoQumica


Mistura





Passo4: Eliminardiferenasemtemperatura,presso,fase Processodemudanadetemperatura,presso,fase

OsnutrientessodissolvidosnaH2Oa4Cantesdereceber

asclulas.

CriaodoProcessodeProduodetPA Nohvariaodepressoaprecivelnesteprocesso.

Tambmnohmudanadefase.

Passo Operao


ReaoQumica


Mistura




5 ProcederoTaskIntegra,on,ouseja,selecionarunidadesdeprocessoparacadaoperaoeescolherentreprocessocon?nuoediscreto


readeReao



readeSeparao




ProgramadoMdulo

12 3 4

5Rotadereao

Distribuiodecomponentes

Separao

Mudanadetemperatura,pressoefase

TaskIntegra.on

rvoredeSntese

Alterna*vaparaosegundopasso(Mistura)nasntesedoprocessodeproduodoCloretodeVinilaLinhaamareladarvoredesnteseanterior

rvoredeSntese

Exemplodeumaalterna*vaparaosegundopasso(Mistura)nasntesedoprocessodeproduodoCloretodeVinilaLinhaazuldarvoredesnteseanterior

rvoredeSntese

Alterna*vapropostaparaasntesedoprocessodeproduodoCloretodeVinila

rvoredeSntese



ProgramadoMdulo

Ametodologiaempregadapelaengenhariaparaodesenvolvimentodeumnovoprocessorecomendainiciarpelasoluodeproblemassimplesepaula*namenteadicionarcamadasqueincorporammaisdetalhes

Paravericaresteprocedimento,ilustraremosoestudopar*ndodeumprocessodoseuestadonaleconduziremosospassosemcaminhoinversoatchegarsconsideradosiniciaisdeumprojeto

i. Oprocessoadotadoparaesteestudodeproduodebenzenoapar*rdotolueno(HidroDealquilaodeTolueno)

Metodologia



ProgramadoMdulo

RotadeReao

ReaoPrincipal

C7H8 + H2 > C6H6 + CH4Tolueno Hidrognio Benzeno Metano(gsnatural)

ReaoParalela(noconsideraremosemnossoestudo)

2C6H6 (C6H5)2 + H2Benzeno Difenil Hidrognio

ProcessoHDA(HidroDealquilaodoTolueno)

1

Toluene2

4 6

7

3

Hydrogen P-101A/B

V-101

H-101

E-101

R-101air fuelgas

combustionproducts

9

5 E-102

V-102

C-101A/B

hps

cw

817

18

11

16

19

13

V-103

E-103

E-106

E-104

E-105

P-102A/B

T-101

V-10414

15

1210

fuel gas

benzenemps

lps

cw

cw

V-101TolueneStorageDrum

P-101A/BTolueneFeed Pumps

E-101FeedPreheater

H-101FeedHeater

R-101Reactor

C-101A/BRecycleGasCompressor

E-102ReactorEffluentCooler

V-102HighPres.Phase Sep.

V-103Low Pres.Phase Sep.

E-103TowerFeedHeater

E-106BenzeneReboiler

T-101BenzeneColumn

E-104BenzeneCondenser

V-104RefluxDrum

P-102A/BRefluxPumps

E-105ProductCooler

Figure 1.3 Skeleton Process Flow Diagram (PFD) for the Production of Benzene via the Hydrodealkylation of Toluene

19

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11:40 AM Page 19

Corrente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Temperatura(C) 25 59 25 225 41 600 41 38 654 90

Presso(bar) 1,9 25,8 25,5 25,2 25,5 25,0 25,5 23,9 24,0 2,6

Fraodevapor 0,0 0,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,0

Vazomssica(ton/h)

10,0 13,3 0,82 20,5 6,41 20,5 0,36 9,2 20,9 11,6

Vazomolar(kmol/h)

108,7 144,2 301,0 1204,4 758,8 1204,4 42,6 1100,8 1247,0 142,2

Vazoporcomponente(kmol/h)

Hidrognio 0,0 0,0 286,0 735,4 449,4 735,4 25,2 651,9 652,6 0,02

Metano 0,0 0,0 15,0 317,3 302,2 317,3 16,95 438,3 442,3 0,88

Benzeno 0,0 1,0 0,0 7,6 6,6 7,6 0,37 9,55 116,0 106,3

Tolueno 108,7 143,2 0,0 144,0 0,7 144,0 0,04 1,05 36,0 35,0

SumriodeCorrentesdoProcessoHDA

Corrente 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Temperatura(C) 147 112 112 112 38 38 38 38 112

Presso(bar) 2,8 3,3 2,5 3,3 2,3 2,5 2,8 2,9 2,5

Fraodevapor 0,0 0,0 1,0 0,0 0,0 1,0 1,0 0,0 1,0

Vazomssica(ton/h)

3,27 14,0 22,7 22,7 8,21 2,61 0,07 11,5 0,01

Vazomolar(kmol/h)

35,7 185,2 290,7 290,7 105,6 304,2 4,06 142,2 0,90

Vazoporcomponente(kmol/h)

Hidrognio 0,0 0,0 0,02 0,0 0,0 178,0 0,67 0,02 0,02

Metano 0,0 0,0 0,88 0,0 0,0 123,05 3,10 0,88 0,88

Benzeno 1,1 184,3 289,46 289,46 105,2 2,85 0,26 106,3 0,0

Tolueno 34,6 0,88 1,22 1,22 0,4 0,31 0,03 35,0 0,0

Con*nuao

SumriodeCorrentesdoProcessoHDA

ProcessoHDA(HidroDealquilaodoTolueno)

1

Toluene2

4 6

7

3

Hydrogen P-101A/B

V-101

H-101

E-101

R-101air fuelgas

combustionproducts

9

5 E-102

V-102

C-101A/B

hps

cw

817

18

11

16

19

13

V-103

E-103

E-106

E-104

E-105

P-102A/B

T-101

V-10414

15

1210

fuel gas

benzenemps

lps

cw

cw

V-101TolueneStorageDrum

P-101A/BTolueneFeed Pumps

E-101FeedPreheater

H-101FeedHeater

R-101Reactor

C-101A/BRecycleGasCompressor

E-102ReactorEffluentCooler

V-102HighPres.Phase Sep.

V-103Low Pres.Phase Sep.

E-103TowerFeedHeater

E-106BenzeneReboiler

T-101BenzeneColumn

E-104BenzeneCondenser

V-104RefluxDrum

P-102A/BRefluxPumps

E-105ProductCooler

Figure 1.3 Skeleton Process Flow Diagram (PFD) for the Production of Benzene via the Hydrodealkylation of Toluene

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11:40 AM Page 19

Vapor

Vapor

LquidoLquido

LquidoSeparaodeFases

SistemadeSeparaodeLquidoSistemadeReao

Purga


2. PassosdoprojetodeprocessosRevisitado(Sieder)

ProgramadoMdulo

SistemasdeReaoeSeparaodoProcessoHDA

SistemadeReao

SeparaodeFases

SistemadeRecuperaodoVapor

SistemadeSeparaodoLquido

H2,CH4

Benzeno

H2

Tolueno

H2,CH4

Tolueno


TraosdeBenzenoeToluenosocarregadosparaacorrentedevaporricaemH2eCH4

Epartedestecontedodescarregadodoprocessoatravsdapurga

Casofosseeconomicamentevivel,umdosprocessoabaixopoderiamserconsideradospararecuperaodeBenzenoeTolueno(oumesmoohidrognio)dacorrentedevaporantesdapurga:

i. Absoroii. Adsoroiii.Separaopormembrana

Nosedeveesquecerque,tantonoprocessode

absoroquantonoprocessodeadsoro,devesepensar

nocustodeprocessoadicionalpararecuperaro

benzenoeotoluenoabsorvido/adsorvido


OToluenoseparadodacorrentelquidaerecicladoparaoprocessoatravsdedes*lao

TraosdeH2eCH4soacumuladosnovasodecondensadoeaoa*ngirdeterminadapresso,osistemadecontroledepressodescarregaosgasesparaalinhadevapor



ProgramadoMdulo

SistemadeSeparao

SistemasdeReaoeSeparaodoProcessoHDA

SistemadeReao

SeparaodeFases



H2,CH4

Benzeno

H2

Tolueno

H2,CH4

Processo

EstruturadeReciclodoProcessoHDA

SistemadeReao

SistemadeSeparao

PurgaH2,CH4

BenzenoH2

Tolueno

ReciclodeTolueno

ReciclodeGs



ProgramadoMdulo

EstruturadeEntradaeSadadoProcessoHDA

Processo

PurgaH2,CH4

Benzeno

H2

Tolueno

Custoscommatriaprimanormalmentecorrespondemde33a88%docustototaldosprodutos

EstruturadeEntradaeSadaajudanaes*ma*vadoPotencialEconmico



ProgramadoMdulo

HierarquiadeDecisesdeProjetodeProcessos

HierarquiadeDecises

ProcessoconnnuoXBateladaEstruturadeentradaesadadoprocessoEstruturadereciclodoprocessoEstruturageraldosistemadeseparao:

a)Sistemaderecuperaodevaporb)Sistemaderecuperaodelquido

Rededetrocadoresdecalor(IntegraoEnerg*ca)

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