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FEAU - FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO.
PROJETO PRODUÇÃO DE CUMENO
10º Semestre de EGQ – Noturno – Projeto de Processos Químicos 
Prof.º Manoel Méndez
Felipe Sturaro RA: 119511-4
Laura Bettini RA: 16.5018-3
Santa Bárbara d’ Oeste
Abril de 2018
Índice
Objetivo do processo
Hipóteses adotadas
Introdução ao processo de obtenção do cumeno
Condicionamento do processo
Separação propano e propileno
Recuperação do benzeno
Produção de cumeno
Parâmetros do processo
Propriedades das correntes
Equipamentos
Trocador de calor
Coluna Flash
Coluna de destilação 1
Coluna de destilação 2
OBJETIVO DO PROCESSO
O processo tem como objetivo a produção de:
Na corrente de produto; uma produção de cumeno com 99% de pureza;
Na corrente de subproduto; uma produção de diisopropilbenzeno com 75%;
Uma recuperação de no mínimo 90% de benzeno.
HIPÓTESES ADOTADAS
Regime permanente;
Não há reações químicas (há o condicionamento da corrente para inibir qualquer reação seguida do reator);
Devido à condição de alimentação, aplicou-se o modelo NRTL;
O projeto terá foco na condição ótima de processamento (custos não serão relevantes);
Considerar apenas os componentes com % notáveis em cada corrente.
INTRODUÇÃO AO PROCESSO DE OBTENÇÃO DO CUMENO
Figura 1. Fluxograma do processo de separação do cumeno.
A corrente 1 passa por uma válvula com o intuito de reduzir a pressão de operação;
A corrente 2, com a pressão já reduzida passa por um trocador de calor, com o intuito de redução de temperatura; para que assim, a corrente 3, entre na coluna de destilação flash na condição de líquido;
A coluna flash é utilizada para separar propileno e propano, por conta de uma significativa diferença do ponto de ebulição desses componentes em relação aos demais, sendo assim, a corrente 4 são os gases não interessantes pro processo;
A corrente 5, composta majoritariamente por benzeno, cumeno e diisopropilbenzeno, passa por uma primeira coluna de destilação (DSTWU) com o intuito de se recuperar no mínimo 90% de benzeno. Sendo assim, a corrente 6 será reaproveitada no processo.
A corrente 7 passa por uma segunda coluna de destilação (DSTWU), para que se obter cumeno (corrente 8) e um subproduto (corrente 9) de diisopropilbenzeno.
CONDICIONAMENTO DO PROCESSO
	O projeto em questão aborda o procedimento de obtenção de CUMENO a partir da corrente de saída do reator, portanto todas as etapas que aqui constam têm como finalidade o condicionamento da corrente e do processo para que haja a devida separação de produto e subproduto de maneira a atender as especificações requeridas. 
A corrente com que se inicia o processo vem do reator com uma temperatura de 350ºC e pressão de 30 atm. Nessas condições a mistura ainda se encontra em estado reacionário e como vapor superaquecido, dificultando assim o trabalho adequado de separação dos componentes, portanto em um primeiro momento, devem-se alterar essas condições para que sejam sessadas as reações na mistura e para que haja o condicionamento da mesma para as demais etapas do processo. 
O primeiro procedimento é a redução da pressão da corrente, de 30 para 1 atm, com o intuito de minimizar o esforço/tensão aplicado nos próximos equipamentos e também para facilitar a formação de mistura bifásica a ser separada na coluna flash.
Uma vez com sua pressão alterada a mistura segue para um trocador de calor que reduzirá a temperatura da corrente de 350°C para 80°C e assim transformar uma mistura até então homogênea (gasosa) em uma mistura bifásica.
NOTA1: a temperatura escolhida de 80°C foi com o intuito de garantir que alguns dos componentes estivessem em fase líquida.
Separação propano e propileno
Já com a corrente devidamente preparada, há o direcionamento da mesma para a primeira etapa de separação do processo, o vaso flash. Nela, ocorrerá a separação dos componentes mais voláteis (propileno e propano) dos menos voláteis (cumeno, benzeno e diisopropilbenzeno), devido a uma significativa diferença do ponto de ebulição entre os componentes que saem na corrente 4 dos demais (corrente 5).
NOTA 2: A corrente de topo do vaso flash, rica em propileno e propano, pode ser encaminhada para um incinerador.
Recuperação do benzeno
O produto de fundo da separação flash ainda precisa ser trabalhado, uma vez que há 3 componentes na mistura, e para isso optou-se por empregar uma coluna de destilação DSTWU para a separação desses componentes, pelo fato do ponto de ebulição ser muito próximo.
Vale ressaltar que a coluna de destilação nos permite isolar apenas um componente por vez, fazendo-se necessária a aplicação de um conjunto de 2 colunas montadas em série para que seja possível se obter os produtos desejados. 
A primeira coluna (COL1) é responsável por separar o benzeno do cumeno e diisopropilbenzeno. Portanto, os parâmetros de funcionamento do equipamento foram ajustados de maneira a maximizar essa separação.
Sendo assim, obtém-se na corrente de topo (corrente 6) o benzeno com pureza de 96%, que será reaproveitado no processo.
Produção de cumeno 
	A corrente 7, composta majoritariamente por cumeno e diisopropilbenzeno, é encaminhada a uma nova coluna de destilação (COL2), onde obteremos na corrente de topo o cumeno, com 99% de pureza e na corrente de fundo (corrente 9), o diisopropilbenzeno, com 75% de pureza.
PARÂMETROS DO PROCESSO
	Steam
	
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	Comp. Mole Fraction
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	 
	BENZENO
	 
	0,48
	0,48
	0,48
	0,48
	0,48
	0,96
	0,01
	0,01
	4,62E-08
	PROPILEN
	 
	0,04
	0,04
	0,04
	0,24
	0,005
	0,01
	3,15E-11
	3,33E-11
	5,21E-24
	CUMENO
	 
	0,42
	0,42
	0,42
	0,05
	0,48
	0,01
	0,94
	0,99
	0,17
	PROPANO
	 
	0,04
	0,04
	0,04
	0,23
	0,007
	0,01
	1,67E-10
	1,77E-10
	8,13E-23
	DIISO
	 
	0,02
	0,02
	0,02
	0,00024
	0,02
	4,17E-08
	0,05
	0,0005
	0,83
	Mole Flow
	kmol/hr
	193
	193
	193
	28,15
	164,85
	81,24
	83,60
	79
	4,60
	Mass Flow
	kg/hr
	18271,06
	18271,06
	18271,06
	1788,313
	16482,75
	6305,18
	10177,57
	9463,63
	713,94
Propriedades das correntes
Tabela 1: Informações das correntes de processo.
	
	
	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
	9
	Molar Enthalpy
	kcal/mol
	21,82
	21,82
	2,93
	6,11
	2,39
	11,69
	-3,18
	-2,37
	-14,94
	Mass Enthalpy
	kcal/kg
	230,46
	230,46
	30,96
	96,18
	23,89
	150,65
	-26,15
	-19,83
	-96,38
	Enthalpy Flow
	gcal/hr
	4,21
	4,21
	0,56
	0,17
	0,39
	0,95
	-0,27
	-0,19
	-0,07
	Molar Entropy
	cal/mol-k
	-46,66
	-39,91
	-82,76
	-40,23
	-90,02
	-58,02
	-115,11
	-112,5
	-161,22
	Mass Entropy
	cal/gm-k
	-0,49
	-0,42
	-0,87
	-0,63
	-0,90
	-0,75
	-0,94
	-0,94
	-1,04
	Molar Density
	kmol/cum
	0,58
	0,02
	0,23
	0,03
	8,03
	10,78
	6,11
	6,21
	4,61
	Mass Density
	kg/cum
	55,54
	1,85
	21,85
	2,19
	803,31
	836,64
	743,48
	744,59
	715,17
	Average Molecular Weight
	 
	94,67
	94,67
	94,67
	63,53
	99,99
	77,60
	121,74
	119,79
	155,05
Tabela 2: Condição termodinâmica das correntes de processo.
Equipamentos
Trocador de calor:
Temperatura de saída: 80C
Pressão de saída: 1 atm
Heat duty: -4239,25kW
Coluna flash:
Temperatura de saída: 80C
Pressão de saída: 1atm
Fração de vapor: 0,145855
Heat duty: -2,496.10-14
Coluna de destilação 1:
Minimum reflux ratio: 0,209407
Actual reflux ratio: 0,272229
Minimum number of stages: 4,49043
Number of actual stages: 14,0659
Feed stage: 7,39048
Number of actual stages above feed: 6,39048
Reboiler heating required: 1274,39kW
Condenser cooling required: 937,087kW
Distillate temperature: 51,8773C
Bottom temperature: 151,961C
Distillate to feed fraction: 0,492849
Coluna de destilação 2:
Minimum reflux ratio: 0,291454
Actual reflux ratio: 0,37889
Minimum number of stages: 6,03182
Number of actual stages:15,8701
Feed stage: 8,58864
Number of actual stages above feed: 7,58864
Reboiler heating required: 1153,5kW
Condenser cooling required: 1142,26kW
Distillate temperature: 150,478C
Bottom temperature: 193,578C
Distillate to feed fraction: 0,944927
CONSIDERÇÕES FINAIS
O processo foi modelado de maneira a atingir os objetivos estipulados e obteve sucesso em atender todas as solicitações pedidas. Entretanto, pode ser realizado uma otimização, visando a redução de gastos e possíveis perdas ao longo do processo; bem como aumentar a eficiência dos equipamentos utilizados.