MAEI
ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA ECONÔMICA,
ESTRATÉGIA E PREVENÇÃO DE PERDAS NA INDUSTRIA - CEPI
JULIANE REIS DE PAULA SANGUINO
ESTUDO PARA REDUÇÃO DE PERDAS EM UMA
PLANTA PETROQUIMICA DE HDA
SALVADOR
2011
JULIANE REIS DE PAULA SANGUINO
ESTUDO PARA REDUÇÃO DE PERDAS EM UMA
PLANTA PETROQUÍMICA DE HDA
Monografia apresentada ao Programa de Pós-graduação
em
Engenharia
Industrial,
Escola
Politécnica,
Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial
para a obtenção do grau de Especialista em Engenharia
Econômica, Estratégia e Redução de perdas na Indústria
– CEPI.
Orientador: Bradson Farias Ribeiro
Salvador
2011
JULIANE REIS DE PAULA SANGUINO
ESTUDO PARA REDUÇÃO DE PERDAS EM UMA
PLANTA PETROQUÍMICA DE HDA
Monografia apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de
Especialista em Engenharia Econômica, Estratégia e Redução de perdas na
Indústria – CEPI, Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia.
Monografia aprovada em 31 de maio de 2011.
_______________________________________
Bradson Farias Ribeiro, Orientador
Instituição: Universidade Federal da Bahia
Salvador
2011
AGRADECIMENTOS
À Deus, em primeiro lugar.
Ao meu marido, que sempre me apoia em tudo na minha vida.
Ao meu orientador, pessoa e profissional que admiro muito e que foi parte
fundamental desta conquista.
Aos professores e profissionais do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Industrial – PEI, que tenho certeza de serem um dos melhores
deste país.
Aos meus colegas de curso, por todo apoio, momentos de ajuda e experiência
compartilhada.
E todos os outros que de alguma forma contribuíram para minha formação e
aprendizado.
“A melhor maneira que o homem dispõe para se aperfeiçoar, é aproximarse de Deus.”
Pitágoras
SANGUINO, Juliane Reis de Paula. Estudo para Redução de Perdas em uma
Planta Petroquímica de HDA. 44 f. il. 2011. Trabalho de Conclusão de Curso
(Especialização) – Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia,
Salvador.
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo propor alternativas para redução de perdas em
um processo produtivo através da otimização do processo, redução e reúso
dos efluentes e implementação de novas tecnologias. Foi escolhida uma planta
petroquímica de HDA como estudo de caso para a aplicação da metodologia
que consiste nas seguintes etapas: a) estudo da tecnologia do processo e
construção dos balanços de massa e energia b) identificação dos pontos de
consumo de energia e das correntes de efluentes do processo c) avaliação do
potencial de redução de consumo de energia e de geração de efluentes c)
avaliação do potencial de reúso de efluentes através do emparelhamento das
correntes de efluentes com as demandas de massa e energia da planta d)
estudo para aproveitamento dos efluentes identificados na planta; e) avaliação
de opções tecnológicas para melhoria de rendimento do processo; f) seleção
das alternativas mais viáveis técnica e economicamente para implementação.
A abordagem proposta pode ser aplicada a empresas do ramo petroquímico
para torná-las mais sustentáveis demonstrando que investir em redução de
perdas resulta sempre em ganhos ambientais e econômicos.
Palavras-chave: redução, perdas, efluentes, otimização, HDA.
SANGUINO, Juliane Reis de Paula. Loss Reduction Study in a Petrochemical
Plant of HDA. 44 f. il. 2011. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização)
– Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
ABSTRACT
This study aims to propose alternatives to reduce losses in a production
process through process optimization, reduction and reuse of effluent and
implementation of new technologies. A petrochemical plant of hydrodealkylation
toluene was chosen as a case study for applying the methodology that consists
of the following steps: a) study of the process technology and construction of
mass balances and energy b) identification of areas of energy consumption and
waste streams of the process c) assessing the potential for reducing energy
consumption and effluent generation c) assessing the potential for reuse of
effluent through the pairing of waste streams with the demands of mass and
energy of the plant d) to study use of effluent in the plant identified, e)
assessment of technological options to improve yield of the process f) selecting
the most feasible technically and economically for implementation.
The proposed approach can be applied to companies in the petrochemical
industry to make them more sustainable by demonstrating that investing in loss
reduction always results in environmental and economic gains.
Keywords: reduction, loss, waste, optimization, hydrodealkylation toluene.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1– Custos e benefícios com implementação de medidas de produção
mais limpa (Fonte: SENAI, (2003))................................................................... 14
Figura 2 – Sinótico da planta petroquímica de HDA (Fonte: RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA E KALID (2011)). ................................................................... 17
Figura 3 – Metodologia aplicada no estudo de caso. ....................................... 24
Figura 4 - Demanda de energia térmica da planta (Fonte: RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)). .................................................................. 25
Figura 5 – Consumo de energia elétrica da planta (Fonte: RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)). .................................................................. 26
Figura 6 – Correntes do balanço de massa e energia do processo de produção
de benzeno através da HDA. ........................................................................... 27
Figura 7 – Efluentes líquidos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID,
(2001)). ............................................................................................................. 28
Figura 8 – Efluentes gasosos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID,
(2001)). ............................................................................................................. 28
Figura 9 – Correntes do balanço de massa e energia do processo de produção
de benzeno através de HDA após o estudo de redução de perdas. ................ 33
Figura 10 – Efluentes líquidos e gasosos gerados na planta antes e depois do
estudo. ............................................................................................................. 33
Figura 11 – Compra de combustível, vapor e energia elétrica da planta antes e
depois do estudo. ............................................................................................. 34
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Efluentes líquidos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID,
(2001)). ............................................................................................................. 29
Tabela 2 – Efluentes gasosos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID,
(2001)). ............................................................................................................. 29
Tabela 3 – Vazão de efluente antes e depois da coluna de reciclo otimizada
(Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)). ..................................... 35
Tabela 4 - Especificações de correntes principais da unidade (RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, 2001) ...................................................................... 41
Tabela 5 - Dados de projeto dos equipamentos da unidade (RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, 2001) ...................................................................... 41
GLOSSÁRIO
Protocolo de Kyoto - Constitui-se de um tratado internacional com
compromissos mais rígidos para a redução da emissão dos gases que
agravam o efeito estufa. Discutido e negociado em Quioto no Japão em 1997,
foi aberto para assinaturas em 11 de Dezembro de 1997 e ratificado em 15 de
março de 1999. Por ele se propõe um calendário pelo qual União Européia,
China, Austrália, Rússia, Japão e Kiribati têm a obrigação de reduzir a emissão
de gases do efeito estufa em, pelo menos, 5,2% em relação aos níveis de 1990
no período entre 2008 e 2012. Os Estados Unidos (segundo maior emissor de
gases do mundo) negaram-se a ratificar o Protocolo de Kyoto, de acordo com a
alegação do ex-presidente George W. Bush de que os compromissos
acarretados por tal protocolo interfeririam negativamente na economia norteamericana.
Créditos de carbono - são uma espécie de moeda que se pode obter em
negociações internacionais por países que ainda desconsideram o efeito estufa
e o aquecimento global. Esses são adquiridos por países que tem um índice de
emissão de CO2 reduzidos, através desses fecham negociações com países
poluidores. A quantidade de créditos de carbono recebida varia de acordo com
a quantidade de emissão de carbono reduzida. Para cada tonelada reduzida de
carbono o país recebe um crédito, o que também vale para a redução do
metano, só que neste caso o país recebe cerca de vinte e um créditos. Os
países que mais negociam créditos de carbono são os países da Europa e
Japão que por liberarem pouco carbono acumulam grande quantidade de
créditos aumentando assim a renda do país, pois aliviam os países que
desconsideram o Protocolo de Kyoto, estabelecido em 1997, e o aquecimento
global, que compram créditos como ocorre com os Estados Unidos e com a
Austrália, esses relacionam o acordo à diminuição do desenvolvimento
econômico.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 11
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................... 13
2.1. Benefícios da produção mais limpa ........................................................... 13
2.2. Descrição do processo .............................................................................. 15
2.3. Colunas de destilação................................................................................ 17
2.4. Avanços tecnológicos para melhoria de rendimento ................................. 19
2.5. Redução de perdas durante partidas e paradas ou reduções de
carga.......... ............................................................................................... .......19
2.6. Outras propostas para minimizar perdas em partidas/paradas ................. 20
2.7. Outras sugestões ....................................................................................... 21
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................... 23
3.1.
DADOS DE PROCESSO ........................................................................ 25
3.2.
IDENTIFICAÇÃO
DE EFLUENTES COM POTENCIAL DE GANHOS AMBIENTAIS E
ECONÔMICOS .................................................................................................. 26
3.2.1.
EFLUENTES LÍQUIDOS E GASOSOS ....................................................... 26
3.3.
ESTUDO
PARA APROVEITAMENTO DOS EFLUENTES IDENTIFICADOS NA
PLANTA... ...................................................................................................... ..29
3.3.1.
INSTALAÇÃO DE UM MOTOGERADOR OU COGERAÇÃO DE ENERGIA ........... 30
3.3.2.
ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL PARA O FORNO .................................... 30
3.3.3.
CONVERSÃO DO METANO EM HIDROGÊNIO PARA SUPRIR A DEMANDA PLANTA
E VENDA DO GÁS EXCEDENTE ............................................................................ 31
3.4.
BALANÇO DE MASSA E ENERGIA DA PLANTA DE HDA APÓS O ESTUDO...... 32
3.5.
OTIMIZAÇÃO DA COLUNA DE RECICLO ................................................... 35
4. CONCLUSÕES .......................................................................................... 37
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 38
ANEXOS .......................................................................................................... 41
Capítulo 1 – Introdução
11
1. INTRODUÇÃO
As crescentes restrições ambientais à geração de efluentes, à
disposição de resíduos sólidos e às emissões de gases poluentes na atmosfera
tornam cada vez mais necessário o estudo de prevenção e redução de perdas
e geração de efluentes em processos industriais.
O mercado cada vez mais globalizado e competitivo juntamente com o
progresso tecnológico tem feito com que a redução dos custos de produção
seja uma questão de sobrevivência para as empresas.
Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo propor alternativas
para redução de perdas em um processo produtivo através da otimização do
processo, redução e reúso dos efluentes e implementação de novas
tecnologias.
O processo de hidrodealquilação do tolueno (HDA) foi escolhido como
estudo de caso por não apresentar limitações no desenvolvimento do trabalho
uma vez que todas as informações necessárias foram extraídas da literatura.
Além disso, é um importante processo da indústria petroquímica utilizado para
produzir benzeno a partir da reação do tolueno com hidrogênio, em fase
gasosa, com reciclo de gás. Neste processo identificam-se equipamentos com
alto consumo de energia, efluentes líquidos e gasosos com elevado poder
calorífico tornando possível o reúso destes efluentes além de oportunidades de
otimização do processo.
O custo de utilidades e efluentes tem um peso significativo no custo de
produção de uma planta. Os refervedores das colunas de destilação são
tipicamente os maiores consumidores de vapor em uma planta petroquímica e
geram também um volume significativo de efluentes (condensado).
Ao identificar elementos que possam contribuir para redução do
consumo de utilidades, a geração de efluentes, a queima de combustíveis e a
emissão de gases que contribuem para o efeito estufa obtém-se significativo
retorno econômico e redução do impacto ambiental.
Neste primeiro capítulo buscou-se justificar a importância do trabalho
proposto.
Capítulo 1 – Introdução
12
O segundo capítulo apresenta uma revisão bibliográfica sobre os
seguintes temas: benefícios da produção mais limpa, o processo de HDA,
colunas de destilação, avanços tecnológicos para o processo de HDA e
propostas de redução de perdas em processos industriais.
No terceiro capítulo é apresentado os dados de processo, identificação
dos efluentes líquidos e gasosos, estudo para aproveitamento destes efluentes
e os principais resultados obtidos após a identificação do potencial de ganho
energético, ambiental e econômico do processo em estudo.
O quarto capítulo apresenta as principais conclusões.
No quinto capítulo têm-se as referências bibliográficas utilizadas para o
desenvolvimento deste trabalho.
E por fim têm-se os anexos com as especificações de processo,
cálculo da quantidade de água necessária para os condensadores e resfriador
e o cálculo da quantidade de vapor necessário para os refervedores.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para o desenvolvimento deste trabalho a revisão bibliográfica será
dividida em tópicos: benefícios da produção mais limpa; a descrição do
processo de HDA; colunas de destilação; avanços tecnológicos para o
processo de HDA e propostas de redução de perdas em processos industriais.
2.1. Benefícios da produção mais limpa
A questão ambiental é uma das mais discutidas no mundo na
atualidade. Durante um bom tempo acreditou-se que o crescimento econômico
proporcionaria melhores condições de vida para a sociedade, mas a sociedade
começou a entender que junto com o crescimento econômico danos severos
ao meio ambiente estavam ocorrendo.
“O questionamento global sobre os danos gerados ao planeta por uma
miríade de atividades humanas tem se apresentado cada vez mais em
destaque na mídia. A resposta encontrada para ajudar na solução destes
problemas está baseada em uma combinação de fatores, entre os quais
destacam-se os econômicos, científicos, bem como os sociais” (PRADO, 2003).
A degradação do meio ambiente atingiu níveis altos devido às ações do
homem, que tornaram obrigatórias ações preventivas e de recuperação
ambiental. Com a ratificação do Protocolo de Kyoto por vários países, foi
possível através da redução dos gases causadores do agravamento do efeito
estufa, a geração de créditos de carbono. Os mesmos se apresentam como
uma espécie de moeda para obter negociações entre países e empresas e
também como mais uma alternativa de ganho financeiro para as empresas. Em
consequência disto, favorecem a redução de gases prejudiciais ao meio
ambiente, a diminuição do agravamento do efeito estufa e o aquecimento
global.
Nos dias de hoje o aproveitamento de rejeitos em processos industriais
segue uma tendência para se obter resultados econômicos em paralelo à
obtenção de ganhos ambientais.
Os efluentes que durante décadas as empresas trataram como rejeitos
industriais tem se mostrado atualmente foco de preocupação tanto do ponto de
vista ambiental como econômico. Tratar e dispor efluentes e remediar
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
14
contaminações tem se tornado cada vez mais caro. Reduzir a geração na fonte
ou encontrar aplicações com valor agregado para os resíduos está se tornando
a cada dia que passa a solução mais sustentável para a questão dos efluentes.
“O principal objetivo da produção mais limpa é eliminar ou reduzir a
emissão de poluentes para o meio ambiente, ao mesmo tempo que otimiza o
uso de matérias-primas, água e energia. Desta forma, além de um efeito de
proteção ambiental de curto prazo, a produção mais limpa incrementa a
eficiência no uso de recursos naturais, gerando melhorias sustentáveis de
longo prazo.
Comparando as mudanças que ocorrem na estrutura de custos de uma
empresa em duas situações possíveis, quando não há e quando há
investimento em produção mais limpa, verifica-se que neste último caso os
custos decrescem significativamente com o tempo, resultado dos benefícios
gerados a partir do aumento da eficiência dos processos, do uso eficiente de
matérias-primas, água e energia, e da redução de resíduos e emissões
gerados.
Figura 1– Custos e benefícios com implementação de medidas de Produção
mais Limpa (Fonte: SENAI, (2003)).
A Figura 1 ilustra os ganhos com a produção mais limpa. Quando não
há investimentos, a estrutura de custos totais não apresenta variações
substanciais ao longo do tempo, comportamento que está representado pela
linha horizontal (sem produção mais limpa). Quando se toma a decisão de
implantar ações de produção mais limpa, a princípio ocorre uma redução dos
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
15
custos totais pela adoção de medidas sem investimento, como por exemplo,
ações de boas práticas operacionais (housekeeping). Visualmente isto
corresponde ao segmento A da figura.
Num segundo momento (segmento B) ocorre um incremento nos
custos totais, resultado dos investimentos feitos para as adaptações
necessárias, incluindo a adoção de novas tecnologias e modificações no
processo existente.
Com a entrada em ação dos processos otimizados e novas
tecnologias, ocorre uma redução nos custos totais que permite a recuperação
do investimento inicial e, com o passar do tempo, os ganhos com a maior
eficiência permitem uma redução permanente nos custos totais. Visualmente
esta redução de custos pode ser observada na diferença entre as duas curvas,
no segmento C da figura” (SENAI, 2003).
2.2. Descrição do processo
O processo de HDA tem por objetivo gerar benzeno a partir da reação
entre tolueno e hidrogênio. Além dessa, ocorre uma outra reação que é
indesejada pois consome o benzeno produzindo difenil e hidrogênio. As duas
reações em fase vapor são as seguintes:
Tolueno + H2 => Benzeno + CH4
2Benzeno Difenil + H2
A planta é alimentada com correntes de hidrogênio e tolueno (ver
Figura 2). Estas correntes se unem a reciclos do processo e passam por um
permutador de calor no qual a corrente quente de produtos do reator préaquece a corrente de reagentes, reaproveitando energia térmica. A corrente
então segue para uma forno que aquece a corrente à uma temperatura de
aproximadamente 600 ºC e que posteriormente alimenta um reator do tipo
plug-flow. A corrente que deixa o reator une-se a um reciclo líquido de
processo e é usada para pré-aquecer os reagentes no permutador já citado.
A corrente de produtos é resfriada e alimenta um vaso separador no
qual é feita a separação líquido-gás. Duas correntes deixam o vaso. A corrente
de topo contém basicamente hidrogênio, metano e uma quantidade menor de
benzeno. O metano é um subproduto da reação principal que deixa o reator
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
16
misturado ao hidrogênio que é uma das matérias-primas com alto valor
agregado. O metano precisa ser purgado do sistema caso contrário acumularia
dentro da planta até o colapso do processo. Parte da corrente é purgada do
processo e outra é alimentada a um compressor que recircula os gases para o
início do processo.
A corrente de fundo é dividida em duas: uma é recirculada unindo-se à
corrente que sai do reator. A outra segue para uma série de colunas de
destilação nas quais os produtos são separados. A primeira coluna é chamada
de estabilizadora e tem a função separar no topo o metano que não foi retirado
no separador. O fundo da estabilizadora segue para a segunda coluna que é
chamada de produto. Essa coluna tem o objetivo de separar no topo o produto
principal da planta que é o benzeno. A corrente de fundo, que contém
basicamente difenil e tolueno, segue para a terceira e última coluna, na qual o
difenil é separado do tolueno. O difenil sai no fundo, enquanto o tolueno sai no
topo e é realimentado ao início do processo. (RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e
KALID, 2001).
Neste processo identificam-se equipamentos com alto consumo de
energia térmica na forma de vapor (refervedores das colunas de destilação)
energia elétrica como motores das bombas e compressor, efluentes líquidos
(fundo da coluna de reciclo) e efluentes gasosos (topo da coluna estabilizadora
e purga do compressor) com elevado poder calorífico, além da quantidade de
condensado proveniente dos refervedores tornando possível o reúso destes
efluentes. Além disso, o processo tem uma demanda de frio no topo das
colunas de destilação que é atendida com o uso de água de refrigeração
fornecida por uma torre de resfriamento na qual é necessário se fazer
blowdown e make-up com água de processo.
A presença do forno no processo é necessária para que os reagentes
atinjam a temperatura adequada para a reação. Porém, a demanda energética
do mesmo é muito elevada bem como a geração de gases de combustão. A
possibilidade de utilização dos efluentes com alto poder calorífico para suprir
esta demanda bem como as oportunidades de otimização das colunas de
destilação mostram o potencial de redução de perdas em um processo
industrial.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
17
Figura 2 – Sinótico da Planta Petroquímica de HDA (Fonte: RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA E KALID (2001)).
2.3. Colunas de destilação
“A destilação é o método de separação mais amplamente utilizado nas
indústrias químicas e de processamento de petróleo. É normalmente o menos
caro dos métodos possíveis para a separação de uma dada mistura, e em
muitos casos, é o único método viável. Tem a desvantagem de exigir energia
na forma de calor para produzir a vaporização necessária, e isto pode
representar um custo significativo” (ROUSSEAU, 1987).
Para Faria (1996) a destilação é um dos maiores consumidores de
energia e por isso muitos esforços têm sido feito no sentido de desenvolver
métodos eficazes que resultem em menor consumo de energia.
Conforme Humphrey e Siebert (1992) a destilação foi responsável por
11% do gasto de energia em indústrias nos EUA em 1991.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
18
“Segundo Jesus (2003) na maioria das indústrias de transformação
80% do custo operacional energético é devido a esta operação unitária. Em
outros casos ela é que impede o aumento da produção” (MENEGUELO, 2007).
Gouvêa (1999) menciona que o consumo de energia neste tipo de
operação é muito alto uma vez que a eficiência termodinâmica é inferior a
outros sistemas de separação, porém a destilação permite obter altas taxas de
produtos.
Com o objetivo de reduzir as perdas de tolueno na corrente de purga
de difenil, fundo da coluna de reciclo, testou-se a otimização dessa coluna com
uso do bloco de otimização de um simulador comercial.
Segundo Edgar e Himmelblau (1988) um dos problemas de otimização
de colunas de destilação está na determinação das condições ótimas de
operação para uma coluna já existente alcançar um desempenho específico
com custo mínimo (consumo mínimo de energia).
Mah, Nicholas e Wodnik (1977) fizeram um trabalho e concluíram que a
coluna otimizada pode apresentar uma economia de vapor em torno de 75%
em comparação a uma coluna não otimizada.
Para Moussa (2001) a análise energética e análise exergética
aplicadas a colunas de destilação podem ser utilizadas para uma redução do
uso de energia mais prática e viável.
Segundo Manley, Chan e Crawford (1992) a minimização no consumo
exergético da coluna seria o passo certo para sua otimização.
Zemp (1994) mostrou que para a otimização de uma coluna de
destilação é importante o conhecimento do balanço de exergia global.
Sabe-se que um sistema de controle adequado em colunas de
destilação podem estabilizar o estado operacional de um processo, suprimir a
influência das pertubações e otimizar um desempenho de um processo. O
sistema de controle é a entidade responsável pela monitoração das saídas,
pela tomada de decisões sobre qual a melhor entrada a ser manipulada para
que seja obtida o comportamento desejado para a variável de saída e pela
implementação efetiva destas decisões no processo. (TEIXEIRA, 2003)
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
19
“Se a estrutura de controle (pares PV-MV, variável de processo e
variável manipulada) de uma coluna (Shinskey, 1977) não está definida
corretamente ou se a sintonia dos controladores não é a ótima, o consumo de
energia no refervedor e/ou no condensador e as vazões internas de líquido
e/ou de vapor da coluna podem está muito acima do necessário, ou seja, o
custo operacional é maior que o ideal e a carga é menor que a possível. Temse, portanto, um custo operacional elevado com uma pequena produção. A
melhoria do sistema de controle simultaneamente ao projeto do equipamento
minimizará os custos e maximizará a produção da unidade”. (REZENDE,
SEIXAS E OLIVEIRA-LOPES, 2005)
2.4. Avanços Tecnológicos para melhoria de rendimento
Avanços tecnológicos tem sido realizados no sentido de otimizar o
processo de produção de benzeno através da HDA.
Como sugestão para o processo de HDA sugere-se encontrar
catalisadores mais ativos e seletivos no mercado que possam reduzir a
formação de difenil além da utilização de hidrogênio e tolueno com menos
contaminantes.
A literatura cita que para se atingir os melhores resultados na atividade,
seletividade e estabilidade de um catalisador para o processo de HDA é
necessário que o catalisador possua preferencialmente a combinação de dois
metais como: platina-irídio, platina-rutênio, irídio-rutênio, ródio-manganês,
platina-manganês, platina-ródio e platina-ósmio.
2.5. Redução de perdas durante partidas e paradas ou reduções de
carga
Perdas ocorrem durante os procedimentos de partida e parada ou
operações com carga reduzida em uma planta petroquímica.
Quando os processos de partida e parada de uma planta petroquímica
são longos e/ou complexos é comum deixar a planta em standby (de horas a
alguns dias) para reduzir as perdas de produção em paradas curtas. É comum
nessas situações deixar as colunas de destilação aquecidas em refluxo total. É
muito frequente que em função de outras prioridades as colunas permaneçam
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
20
em standby com a vazão normal de vapor (80-100%) de carga da planta
gerando custos muito significativos e alto volume de efluente aquoso
(condensado limpo) que em geral é misturado com o efluente orgânico
(contaminado sem necessidade) e enviado para a estação de tratamento de
efluentes gerando ainda mais custos. É necessário definir critérios claros com
base em avaliação econômica e ambiental sobre quando é melhor colocar a
planta em standby ou quando é melhor parar e resfriar equipamentos com alto
consumo de energia térmica ou elétrica.
2.6. Outras propostas para minimizar perdas em partidas/paradas
Neste item serão apresentadas outras propostas de minimização de
efluentes durante a parada de produção em importantes equipamentos de uma
planta petroquímica.
Para os refervedores as propostas a seguir podem ser utilizadas para
minimizar geração de efluentes em parada. Assim sendo, segue: “i) deixar o
refervedor resfriar naturalmente antes de drenar o condensado, ii) instalar
tanques de espera para receber o condensado frio e reusar esta água de boa
qualidade, isenta de sais, por exemplo, nas torres de resfriamento, iii) reduzir o
tempo de drenagem de todo vapor condensado para efluente durante o
alinhamento, através do acompanhamento mais rápido das análises de
laboratório para verificar possíveis vazamentos de produtos no refervedor; iiii)
instalar trocadores de calor aletados para resfriar o condensado para o
ambiente e enviá-lo aos tanques de espera para reúso, reduzindo o consumo
de água.
A água de resfriamento utilizada nos condensadores e/ou resfriadores
em circuito fechado para resfriar ou condensar correntes de processo é
drenada tornando-se um efluente.
A minimização deste efluente é muito limitada porque a água de
resfriamento tem que ser purgada e é muito concentrada em sais dissolvidos,
limitando o seu reúso.
Contudo, o reúso desta água pode ser utilizada para fazer a limpeza de
trocadores de calor via hidrojateamento.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
21
As colunas de separação e vasos necessitam de lavagem durante as
paradas de manutenção e algumas vezes necessitam de testes hidrostáticos,
para atender à norma regulamentadora NR13, do Ministério do Trabalho para
vasos de pressão. Após a lavagem, as colunas são limpas com vapor (“steam
out”), gerando condensado.
A minimização desses efluentes considera as seguintes propostas: i)
redução do uso de água na etapa de lavagem para apenas 50% do volume do
tambor de refluxo, sendo controlado o efluente pela cor da água drenada, ii)
realização de teste de pressão pneumática em colunas de grande volume
eliminando efluentes, iii) reúso da água usada na lavagem de uma coluna para
lavar outra coluna e controlar o reúso de água pela cor da água drenada”.
(PERAZZO ET AL, 2004).
Na partida, é comum injetar vapor e alinhar todo o condensado para
efluente até verificar se o refervedor opera sem vazamentos de produto para
condensado.
Nos procedimentos de parada da planta, esses condensados, com
temperaturas altas, são drenados do trocador para evitar corrosão e resfriados
com água industrial para diminuir a temperatura dos efluentes, para que não
ultrapasse o limite de temperatura de disposição do efluente nas canaletas.
Nos procedimentos de partida, é comum abrir o vapor dos trocadores e
direcionar todo o condensado para efluente, até que o equipamento de troca
térmica atinja a temperatura ideal de operação e para verificar se o refervedor
opera sem vazamentos de produto para condensado.
2.7. Outras sugestões
Muitos esforços têm sido realizados na tentativa de diminuir o consumo
de energia em uma planta de produção. Assim, algumas propostas são
apresentadas abaixo referente a substituição de equipamentos e iluminação.
“A força maior da indústria e também os responsáveis pelo maior
consumo de energia, os motores, podem ser substituídos por modelos mais
eficientes, com alto fator de potência e alto rendimento.
Paralelamente, a identificação e a correção de vazamentos implicam
na redução significativa do consumo de energia.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
22
A iluminação que também tem uma contribuição no consumo de
energia de uma planta pode ser reduzida com a substituição de lâmpadas
incandescentes por fluorescentes, de lâmpadas fluorescentes por modelos
mais eficientes, de reatores eletromagnéticos por eletrônicos e de luminárias
por modelos com refletor em alumínio, aliada à divisão do acionamento da
iluminação em ambientes distintos, ao dimensionamento adequado do nível de
iluminação de acordo com a atividade executada no posto de trabalho, de
acordo com a NBR 5413 – Iluminância de Interiores, e à instalação de sensores
de presença, pode trazer uma significativa redução de custos à empresa,
melhora da qualidade do produto e conforto ambiental aos usuários.
A substituição do sistema de climatização de ambientes por aparelhos
tipo janela e split eficientes e o dimensionamento adequado do sistema
proporcionam redução dos gastos com energia elétrica e aumento do conforto
térmico do ambiente”. (CELESC, [2001?]).
Capítulo 3 – Resultados e Discussão
23
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A metodologia utilizada nesse estudo para identificar e reduzir as
perdas no processo de HDA pode ser aplicada a qualquer processo
petroquímico e deve passar pelas seguintes etapas: 1) entendimento da
tecnologia do processo produtivo identificando vantagens, desvantagens e
limitações; 2) balanço de massa e energia globais da planta mostrando todas
as correntes de massa e energia que cruzam os limites de bateria da fábrica; 3)
balanço de massa e energia detalhado do processo identificando cada ponto
onde há geração ou consumo de energia, matérias-primas, produtos, utilidades
e efluentes; 4) avaliação do potencial de redução de consumo de energia e de
geração de efluentes; 5) avaliação do potencial de reúso de efluentes através
do emparelhamento das correntes de efluentes com as demandas de massa e
energia da planta; 6) avaliação de mudanças de tecnologia com potencial de
melhorar o rendimento, reduzir a geração de efluentes e reduzir os custos de
produção; 7) seleção das alternativas mais viáveis técnica e economicamente
para implementação; 8) elaboração de projeto para implementação das
mudanças. Essa abordagem pode ser representada graficamente como
apresentada na Figura 3.
Capítulo 3 – Resultados e Discussão
24
Figura 3 – Metodologia aplicada no estudo de caso.
Capítulo 3 – Resultados e Discussões
25
Para o estudo de caso do processo de hidro-dealquilação de tolueno
tomou-se como base o livro Plantwide Dynamic Simulators in Chemical
Processing and Control de William Luyben. O foco inicial do trabalho eram as
colunas de destilação com o objetivo de propor um conjunto de parâmetros
operacionais e estratégias de controle para colunas que resultassem na
redução do consumo de vapor nos refervedores. Porém, ao concluir o estudo
da tecnologia do processo identificaram-se outros elementos na planta com
grande potencial de ganhos ambientais e econômicos.
Os resultados obtidos na avaliação e identificação de efluentes com
potencial de ganhos ambientais e econômicos no processo serão apresentados
e discutidos a seguir.
3.1. Dados de Processo
As especificações das correntes e os dados dos equipamentos foram
retirados de uma simulação existente e podem ser vistos nas Tabelas 4 e 5 que
encontram-se em anexo.
A Figura 4 apresenta o percentual de demanda de energia térmica de
todos os equipamentos da planta.
Demanda de Energia Térmica da Planta [%]
23
9
Forno
7
91
Refervedor 1
Refervedor 2
Refervedor 3
Demanda Total da Planta 10 MMkcal/h
Figura 4 - Demanda de energia térmica da planta (Fonte:
RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
O percentual do consumo de energia elétrica dos equipamentos da
planta pode ser verificado na Figura 5 a seguir.
Resultados e Discussões
26
Consumo de Energia Elétrica da Planta [%]
3
Compressor
97
Bombas
Demanda Total da Planta 483 kW
Figura 5 – Consumo de energia elétrica da planta (Fonte: RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
A demanda energética total da planta é de aproximadamente 10
MMkcal/h e o consumo de energia elétrica total dos equipamentos é de 482,98
kW.
Com a carga térmica dos condensadores e refervedores foi possível
calcular a quantidade de água necessária para os condensadores das colunas
de destilação e o resfriador da planta resultando em um total de 700 t/h e
também a quantidade de vapor necessária para os refervedores que é de
aproximadamente 6 t/h. Estes cálculos encontram-se em anexo.
3.2. Identificação de efluentes com potencial de ganhos ambientais e
econômicos
3.2.1. Efluentes líquidos e Gasosos
A Figura 6 representa as correntes do balanço de massa e energia do
processo de produção de benzeno através da HDA.
Resultados e Discussões
27
Figura 6 – Correntes do balanço de massa e energia do processo de produção
de benzeno através da HDA.
A Figura 6 mostra que o processo de HDA gera efluentes líquidos e
gasosos com potenciais de ganhos ambientais e econômicos.
O condensado dos refervedores e a corrente de fundo da coluna de
reciclo são os principais efluentes líquidos desse processo. Essas correntes
têm características bem diferentes. A primeira é uma corrente de água limpa
com alto custo de tratamento e a segunda é uma corrente orgânica de alto
poder calorífico.
Pelo lado dos efluentes gasosos o processo de HDA produz metano
como subproduto da reação principal, ou seja, a produção do metano é
intrínseca dessa rota tecnológica. Como conseqüência disso, existem duas
correntes de efluentes gasosos com objetivo de purgar o metano produzido: a
purga de parte dos gases que saem do reator e o topo da coluna
estabilizadora. Além disso, a partir da carga térmica do forno extraída da
simulação existente estimou-se a composição e a vazão da corrente de gases
de combustão do forno. A corrente apresenta aproximadamente 1680 kg/h de
CO2 e 1374 kg/h de vapor d’água e contribui de forma significativa para o
balanço de efluentes gasosos desse processo.
Resultados e Discussões
28
A vazão dos efluentes líquidos gerados no processo está apresentada
na Figura 7.
Efluentes Líquidos [kg/h]
935
Fundo da Coluna de
Reciclo
5961
Condensado do
Refervedores
Figura 7 – Efluentes líquidos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
O processo além de efluentes líquidos gera também efluentes gasosos,
estes podem ser verificados na Figura 8.
Efluentes Gasosos [kg/h]
3055
Purga do Compressor
2401
Topo da Coluna
Estabilizadora
Gases de Combustão
do Forno
147
Figura 8 – Efluentes gasosos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
Para encontrar o potencial energético de cada efluente gerado na
planta deve-se ter conhecimento do valor de PCI de cada componente
presente no efluente e multiplicar pela vazão do mesmo.
Assim sendo, a Tabela 1 apresenta a vazão, composição, valor PCI e
quantidade de energia dos efluentes líquidos da planta.
Resultados e Discussões
29
Tabela 1 – Efluentes líquidos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
Efluente
Vazão (kg/h)
Composição PCI (kcal/kg)
Q (kcal/h)
Fundo da Coluna de
Reciclo
935,66
Considerado
100%
Tolueno
9776
9.147.012
Condensado dos
Refervedores
5961,00
Água
-
A Tabela 2 apresenta a vazão, composição, valor PCI e quantidade de
energia dos efluentes gasosos da planta.
Tabela 2 – Efluentes gasosos (Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
Efluente
Vazão (kg/h)
Composição
PCI (kcal/kg)
Q (kcal/h)
Purga do
Compressor
2401,92
83,5% Metano
e 16,5% H2
Metano-11946
35.275.762
Topo da Coluna
Estabilizadora
146,81
Metano
11946
1.753.792
Forno
3055
CO2 e H20
-
-
H2 - 2855
3.3. Estudo para aproveitamento dos efluentes identificados na planta
A identificação dos efluentes em uma planta e o reaproveitamento dos
mesmos é uma forma de reduzir perdas em processos industriais e que ao
mesmo tempo podem gerar grandes ganhos ambientais e econômicos.
As seguintes alternativas foram avaliadas para a utilização dos
efluentes gerados na planta: instalação de um motogerador para geração de
energia elétrica, alimentação de combustível para o forno, cogeração de
energia e conversão do metano em hidrogênio para suprir a demanda planta e
venda do gás excedente.
Resultados e Discussões
30
3.3.1. Instalação de um motogerador ou cogeração de energia
Uma das alternativas para o reaproveitamento dos efluentes gerados
na planta é a instalação de um motogerador ou um sistema de cogeração de
energia.
O motogerador cria uma possibilidade de venda e/ou suprimento de
energia elétrica para a planta, cujo preço gira em torno de R$ 0,21/kWh. Porém
uma das desvantagens do motogerador é a baixa eficiência do mesmo que gira
em torno de apenas 38%, ou seja, 62% da energia do potencial energético da
corrente será perdido. A decisão de instalar ou não um motogerador deve levar
em consideração o investimento inicial, a demanda de energia elétrica da
planta e a possibilidade de venda de energia elétrica para terceiros.
A cogeração de energia é um processo de produção combinada de
vapor e eletricidade, proporcionando o aproveitamento de mais de 70% da
energia térmica de um combustível. A cogeração responde também de forma
eficaz as preocupações de natureza ambiental, uma vez que produz menos
emissões quando comparado ao motogerador. A cogeração assume assim um
papel importante na redução das emissões de CO2 para a atmosfera
contribuindo para o cumprimento das metas assumidas no protocolo de Kyoto.
Para a implementação deste sistema deve-se considerar o investimento inicial,
a demanda de vapor e energia elétrica da planta bem como a possibilidade de
venda dos mesmos.
A cogeração de energia se mostra uma excelente alternativa para o
uso do efluente gasoso da purga do compressor, uma vez que gera energia
elétrica e vapor com uso de um mesmo combustível além de o rendimento ser
maior que o de um motogerador. Desta forma, a planta será suprida com vapor
e energia elétrica gerando com isso ganhos ambientais e econômicos com a
venda do vapor e energia elétrica excedentes (24.800 kW).
3.3.2. Alimentação de combustível para o forno
A demanda de energia térmica do forno é de 7 MMkcal/h e a planta
possui a capacidade de suprir toda esta demanda com o uso do efluente
líquido do fundo da coluna de reciclo juntamente com o efluente gasoso do
topo da coluna estabilizadora (7,6 MMkcal/h considerando 70% de rendimento
Resultados e Discussões
31
do forno). Sendo assim ganhos econômicos e ambientais são gerados já que
reduz-se o consumo de combustível comprado de outra empresa e ao mesmo
tempo diminui-se a geração de efluentes.
3.3.3. Conversão do metano em hidrogênio para suprir a demanda
planta e venda do gás excedente
Existem hoje vários métodos de produção de hidrogênio a partir do
metano. Dentre eles temos:
Reforma a vapor
Segundo Bernardes (2009) é um processo que envolve a reação do
metano com vapor d’água, produzindo hidrogênio, monóxido de carbono e
dióxido de carbono. É um dos processos mais importantes para a produção de
hidrogênio e gás de síntese, embora do ponto de vista ambiental este não seja
o processo mais sustentável, pois ocorre emissão de CO2, contribuindo para o
efeito o estufa.
Oxidação parcial
Neste processo o gás combustível reage com uma quantidade limitada
de oxigênio. Este processo se torna bastante desvantajoso, pois consome
muito oxigênio elevando os custos da planta.
Reforma a seco
A reforma a seco é uma rota alternativa para a produção de hidrogênio,
pois utiliza o dióxido de carbono no lugar do vapor d´água, porém muito
desvantajoso ambientalmente, uma vez que o subproduto é o monóxido de
carbono.
Reforma autotérmica
Este processo é uma combinação dos processos de reforma a vapor e
oxidação parcial. Porém, este processo assim como o processo de oxidação
parcial gera quantidades de amônia e HCN.
Reforma em dois estágios
Este processo é a combinação da reforma a vapor com a reforma
autotérmica. Com este processo pode-se obter uma maior utilização de energia
do que com a reforma a vapor e autotérmica separadas.
Resultados e Discussões
32
Reatores com membranas
Os reatores de membrana combinam simultaneamente em uma única
de operação as etapas de separação e reação. As membranas a base de
paládio tem vantagens devido a sua superfície catalítica, maior permeabilidade
ao hidrogênio, seletividade infinita ao hidrogênio, estabilidade a temperatura e
resistência corrosão.
Através do estudo das alternativas de aproveitamento dos efluentes
gerados no processo foi verificado que o reúso dos mesmos no processo
podem suprir toda a demanda de energia térmica e elétrica da planta.
Desta forma descartou-se o uso do motogerador para geração de
energia elétrica e a implementação de novas tecnologias para a conversão do
metano em hidrogênio para suprir a demanda planta e venda do gás
excedente.
3.4. Balanço de massa e energia da planta de HDA após o estudo
Antes do estudo de redução de perdas do processo estes efluentes
estavam sendo lançados para o meio-ambiente.
As correntes de entrada e saída do balanço de massa e energia do
processo de produção de benzeno através da HDA após o estudo de redução
de perdas em processos industriais estão apresentadas na Figura 9.
Resultados e Discussões
33
Figura 9 – Correntes do balanço de massa e energia do processo de produção
de benzeno através de HDA após o estudo de redução de perdas.
A Figura 10 apresenta o resultado do estudo de redução de perdas
para os efluentes líquidos e gasosos gerados na planta de HDA.
Figura 10 – Efluentes líquidos e gasosos gerados na planta antes e depois do
estudo.
Resultados e Discussões
34
Após o estudo de redução de perdas, uma vazão de aproximadamente
2200 kg/h de metano e 930 kg/h de difenil deixaram de ser lançadas no meioambiente. O aproveitamento da purga do compressor para a implementação de
um sistema de cogeração de energia elevou a quantidade de CO2 emitida no
processo em aproximadamente 5800 kg/h. Isto pode parecer uma contradição
a proposta inicial do trabalho, pois houve um aumento na emissão de CO2 que
é um gás de estufa. No entanto, esta contradição se desfaz quando percebe-se
que o aumento na emissão de CO2 foi compensado com a significativa redução
nas emissões de metano que possui capacidade 23 vezes maior de reter calor
na atmosfera comparado ao CO2, contribuindo desta forma para o
agravamento do efeito estufa.
Na Figura 11 é possível verificar o resultado do estudo de redução de
perdas para a compra de combustível, vapor e energia elétrica na planta de
HDA.
Figura 11 – Compra de combustível, vapor e energia elétrica da planta antes e
depois do estudo.
Efluentes líquidos e gasosos que antes eram lançados para o meioambiente foram aproveitados no processo gerando ganhos ambientais. Em
paralelo a estes ganhos, devido a redução na compra de combustível para o
forno, vapor e energia elétrica foram obtidos ganhos econômicos para a planta:
redução de 9.500 t/ano de combustível para alimentação do forno; 4.231.080
kWh/ano de energia elétrica e 52.560 t/ano de vapor.
Resultados e Discussões
35
3.5. Otimização da coluna de reciclo
Os refervedores são tipicamente os maiores consumidores de vapor
em uma planta. Esse consumo pode variar muito em função principalmente da
carga da coluna, da razão de refluxo e das vazões de correntes de reciclo entre
colunas, variáveis que são definidas em função da vazão de produto a ser
processada e da qualidade desejada para os produtos de topo, fundo e
retiradas laterais.
Em continuidade ao trabalho e utilizando-se da simulação existente de
onde foram extraídos os dados do processo passou-se à otimização da coluna
de reciclo utilizando como ferramenta um simulador comercial de processo,
com o objetivo de diminuir o efluente líquido gerado no fundo da coluna. Para
isso algumas etapas foram realizadas:
•
Utilização bloco otimizador dentro do simulador para cada alternativa
avaliada;
•
Definição dos parâmetros ótimos de operação das colunas;
•
Determinação dos parâmetros ótimos que resultem em uma menor
geração de efluente líquido no fundo da coluna e que respeitem as
restrições do processo;
Desta forma, alcançamos os seguintes valores que podem ser
observados na Tabela 3 a seguir.
Tabela 3 – Vazão de efluente antes e depois da coluna de reciclo otimizada
(Fonte: RIBEIRO, D’ALEXANDRIA e KALID, (2001)).
Vazão de Efluente no
Coluna de Reciclo
Fundo (kg/h)
Não-otimizada
935,66
Otimizada
900,0
Pela Tabela 3, observamos que através da otimização na coluna de
reciclo o efluente líquido no fundo da mesma foi reduzido, demonstrando assim
um potencial de ganho ambiental caso o efluente não possa ser reaproveitado
Resultados e Discussões
36
no processo. Recomenda-se a otimização para as outras colunas de destilação
do processo. Este estudo não foi realizado neste trabalho.
Capítulo 4 – Conclusões
37
4. CONCLUSÕES
Com este estudo procurou-se aplicar os conceitos de redução de
perdas em processos industriais. Durante muito tempo as questões ambientais
e até mesmo a segurança do trabalhador estavam em segundo plano nas
empresas. Este estudo pretendeu mostrar que as preocupações com o meio
ambiente nas empresas podem resultar em ganhos econômicos. Os efluentes,
antes tratados como rejeitos, demonstram hoje ser recursos muito valiosos.
Para demonstrar isso escolheu-se como estudo de caso uma planta de HDA
retirada da literatura e identificaram-se os efluentes com potencial de ganhos
ambientais e econômicos. Foram discutidas alternativas de aproveitamento de
todos os efluentes gasosos e líquidos na planta e verificou-se que o efluente
líquido do fundo da coluna de reciclo juntamente com o efluente gasoso do
topo da coluna estabilizadora tem capacidade de suprir a demanda de
combustível no forno do processo. Além disso, a cogeração de energia
mostrou-se uma excelente alternativa para o uso do efluente gasoso da purga
do compressor, uma vez que gera energia elétrica e vapor consumindo um
mesmo combustível e reduz significativamente a emissão de metano para a
atmosfera substituindo essa emissão por CO2 que tem menor contribuição para
o efeito estufa se comparado com o metano.
O presente trabalho demonstrou através do estudo de caso da planta
de HDA que empresas que investem em redução de perdas economizam
recursos, se tornam mais competitivas e geram ganhos ambientais.
Referências Bibliográficas
38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Anexos
41
ANEXOS
Tabela 4 - Especificações de correntes principais da unidade (RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, 2001)
Vazão
Temperatura
Pressão
(lbmol/h)
(°F)
(kgf/cm )
Correntes
2
Tolueno na alimentação
288,8
85,73
40,3
Hidrogênio na alimentação
489,4
85,73
40,3
Purga
485,0
114,5
33,0
Topo da estabilizadora
19,9
112,7
33,0
Topo da Produto
271,2
209,9
2,1
Fundo da Reciclo
6,6
557,3
2,1
Recirculação de Tolueno
81,6
271,1
2,1
Recirculação interna da Planta
3518,6
114,5
35,1
Tabela 5 - Dados de projeto dos equipamentos da unidade (RIBEIRO,
D’ALEXANDRIA e KALID, 2001)
Equipamento
Reator
Diâmetro
6,56ft
Comprimento
55,77ft
Temperatura Entrada
937,56°F
Pressão na entrada
36,15 kgf/cm
Área
244,88ft
Volume do casco
500ft
Volume dos tubos
300ft
Carga Térmica
5500kW
Forno
Carga Térmica
8500kW
Separador
Volume
23,7 m
Permutador
2
3
3
3
2
Anexos
Coluna Estabilizadora
42
N° Estágios(incl. cond. e Reb .)
7
Condensador
Parcial
Q Refervedor
800kW
Q Resfriador
-478980kcal/h
Estágio de alimentação
4
Vazão de Fundo
359,35lbmol/h
Vazão de Refluxo
106,62lbmol/h
N° Estágios
32
Condensador
Total
Q Refervedor
2060kW
Q Resfriador
-1738366kcal/h
Estágio de Alimentação
17
Vazão de topo
258,95lbmol/h
Vazão de Refluxo
262,11bmo/h
N° Estágios
15
Condensador
Total
Q Refervedor
630kW
Q Resfriador
-588462,9kcal/h
Estágio de Alimentação
7
Vazão de Fundo
6,61lbmol/h
Vazão de Refluxo
95lbmol/h
Resfriador
Carga Térmica
-4883,9kW
Compressor
deltaP
2kgf/cm
Coluna Produto
Coluna Reciclo
2
Anexos
43
Cálculo da quantidade de água necessária para os condensadores e
resfriador
Para o cálculo da quantidade de água necessária para os
condensadores e resfriador da planta em estudo foram extraídos da simulação
existente a demanda energética (Q) em kcal/h de cada equipamento,
considerou-se um dT de 10 °C , massa específica (10 00 kg/m3) e calor
específico da água (1 cal/g.°C). Assim sendo temos que:
Condensador da coluna estabilizadora
Q = m * cp * dT
479168 = m * 1 * 10
m = 47916,8 kg/h
Condensador da coluna produto
Q = m * cp * dT
588102 = m * 1 * 10
m = 58810,2 kg/h
Condensador da coluna de reciclo
Q = m * cp * dT
1738321 = m * 1 * 10
m = 173832,1 kg/h
Resfriador
Q = m * cp * dT
4199568 = m * 1 * 10
m = 419956,8 kg/h
Somando-se todas as vazões encontradas acima, temos que a
quantidade de água necessária para o processo é de 700 t/h.
Anexos
44
Cálculo da quantidade de vapor necessário para os refervedores
A quantidade de condensado gerada nos refervedores foi calculada
somando-se a demanda de energia térmica dos três refervedores (Qtotal), dados
estes extraídos da simulação existente. Desta forma, temos que: Qtotal é de
3000.859 kcal/h.
A maior temperatura exigida nos refervedores é de 113 ºC.
Considerando o uso de vapor de baixa (151 ºC) e utilizando a entalpia
específica de 2107,4 kJ/kg, temos que a vazão de condensado (V) pode ser
obtida dividindo-se a demanda de energia térmica total dos refervedores pela
entalpia específica.
Assim sendo temos que a quantidade total de vapor necessário para os
refervedores da planta é de aproximadamente 6 t/h.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA INDUSTRIAL - PEI
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