Orientador: Adilson Pires Afonso

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Os processos de separação representam a maior parte da energia consumida dentro da indústria química, com destaque para a destilação. Uma das maneiras de reduzir este consumo é dada pela integração da reação química com a destilação, originando, portanto, a destilação reativa (DR). A DR pode...

Resumo: Os processos de separação representam a maior parte da energia consumida dentro da indústria química, com destaque para a destilação. Uma das maneiras de reduzir este consumo é dada pela integração da reação química com a destilação, originando, portanto, a destilação reativa (DR). A DR pode ser utilizada na produção de acetato de n-butila (BuOAc), um solvente sintetizado através da reação do ácido acético (HOAc) com o n-butanol (BuOH), e aplicado na indústria de tintas, alimentos, adesivos, cosméticos e revestimentos. Neste trabalho os processos de produção de BuOAc via DR sem e com o emprego de um componente de arraste externo (CAE) foram estudados por meio de simulação computacional. Um diagrama de fluxo de processo final foi proposto para cada processo, sob a restrição do produto final apresentar pureza comercial. Este tema já havia sido estudado por outros autores, entretanto, este trabalho apresentou uma discussão mais ampla, detalhada e comparativa sobre a influência dos parâmetros operacionais na conversão de BuOH, na pureza de BuOAc e na receita anual dos processos. Todas as simulações foram realizadas por meio do programa Aspen Plus, configurado em estado estacionário, com o método de propriedade "Universal Quasi-Chemical" (UNIQUAC) e com a taxa da reação descrita por um modelo pseudohomogêneo. Ao longo do desenvolvimento deste trabalho, o ciclo-hexano (CHex) foi selecionado como CAE. Assim, o diagrama de fluxo de processo final sem e com o emprego do CHex apresentou, respectivamente, os seguintes resultados: colunas de DR com 21 e 31 estágios, de modo que as seções reativas se estenderam do 6º ao 8º e do 11º ao 20º estágio; pratos com diâmetro de aproximadamente 1,60 m; reagentes alimentados no primeiro estágio da seção reativa de cada processo, com vazão de 60 kmol/h e em uma razão equimolar; seções reativas posicionadas no meio e no fundo das colunas; BuOAc com pureza de 98,03 % e 98,05 %; BuOH com conversão de 98,01 % e 97,82 %; refervedores com carga térmica de aproximadamente 1389 kW e de 1108 kW; condensadores com carga térmica de aproximadamente -1606 kW e de -1347 kW; e receitas anuais pós-período de retorno do investimento de aproximadamente R$ 34 milhões e R$ 29 milhões, para uma produção anual de BuOAc de aproximadamente 29243 t e de 29204 t

Abstract: Separation processes represent the major part of the energy consumption in the chemical industry, especially the distillation. One alternative to reduce this consumption is given by integrating chemical reaction with distillation, therefore producing the reactive distillation (RD). RD may...

Abstract: Separation processes represent the major part of the energy consumption in the chemical industry, especially the distillation. One alternative to reduce this consumption is given by integrating chemical reaction with distillation, therefore producing the reactive distillation (RD). RD may be used to n-butyl acetate (BuOAc) production, a solvent synthesized by the acetic acid (HOAc) with n-butanol (BuOH) reaction, and applied to paint, food, adhesives, cosmetics and coating industries. In this work, the BuOAc production processes via RD without and with the extraneous entrainer component (EEC) were studied by computational simulation. A final process flow diagram was proposed for each process, restricted by the commercial purity of the final product. This theme has already been studied by others authors, however, this work has shown a more comprehensive, detailed and comparative discussion about the influence of operating parameters on the BuOH conversion, BuOAc purity and processes annual revenue. All simulations were performed by Aspen Plus software employing "Universal Quasi-Chemical" (UNIQUAC) property method with a pseudo-homogeneous kinetic model at steady state. Throughout this work, cyclohexane (CHex) was selected as EEC. Thus, the final process flow diagram of the processes without and with CHex displayed the following results, respectively: 21 and 31 RD columns stages, so that the reactive sections extended from 6th to 8th and from 11th to 20th; plates diameter measuring around 1.60 m; reactants fed at first stage of the reactive section for each process with equimolar flow rate of 60 kmol/h; reactive section located at middle and bottom of the columns; BuOAc with purity of 98.03 % and 98.05 %; BuOH with conversion of 98.01 % and 97.82 %; reboilers with heat duty of approximately 1389 kW and 1108 kW; condensers with heat duty of approximately -1606 kW and -1347 kW; and annual revenue post payback period of approximately R$ 34 millions and R$ 29 millions, for an annual BuOAc production around of 29243 t and 29204 t

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