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PRODUÇÃO DE CUMENO

Inês Vilarinho nº 57204Tiago Braz nº 54064Teresa Parracho nº 52632Vanessa Olival nº 52604

Lisboa, 22 de Fevereiro 2010

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Análise de Mercado

• Produção de cumeno a partir da alquilação do benzeno com propileno;

C6H6 + C3H6 C6H5[CH(CH3)2]

• Utilizado essencialmente na produção de fenol e do co-produto acetona;

• O mercado do cumeno é condicionado pelo consumo de fenol.

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Análise de Mercado

Situação Actual Disponibilidade de matérias-primas;

Existência de mercado Europeu; Encontra-se em fase de

maturação;

Situação Futura Poderá tender para uma fase de declínio;

Encontra-se em desenvolvimento uma forma de produção de fenol directamente a partir de benzeno;

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Análise de Mercado

• Apesar das ameaças considerou-se viável a implementação de uma unidade de produção de cumeno;

Localização: - Fornecimento de matérias-primas;- Consumo do produto;- União Europeia (livre circulação de

capitais).

SINES

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Análise de Mercado

Fornecimento de matérias-primas: - Benzeno (Antuérpia);

- Propileno (Repsol, Sines).

Capacidade: - Mercado do produto; - Fase do produto (maturação);

- Análises das capacidades já implementadas.

200 Kton/ano

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Processos de produção

Quatro processos de produção: - Polimeri; - Exxon Mobil; - CdTech; - UOP (Q-Max®).

Escolha do processo de produção: - Número de unidades implementadas;

- Características do zeólito;

- Características do processo.

Processo da UOP

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Flowsheet do processo

Zona de Reacção

Zona de Separação

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Zona de Reacção

Reacção de alquilação: C6H6 + C3H6 C6H5[CH(CH3)2]

Reacções de transalquilação: C6H4[CH(CH3)2]2 + C6H6 2 C6H5[CH(CH3)2]

C6H3[CH(CH3)2]3 + C6H6 C6H4[CH(CH3)2]2 + C6H5[CH(CH3)2]

Ocorrem reacções secundárias, nos alquiladores, que produzem DIPB, TIPB, hexeno, cimeno, xileno e DMC.

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Zona de Reacção• Reactor R-201: Constituído por um transalquilador e dois alquiladores; Reactor R-202:Constituído por quatro alquiladores;

Transalquilador:Conversão dos PIPB em cumeno por reacção com o benzeno;

Alquiladores: Alquilação do benzeno com propileno, para produzir cumeno;

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Zona de Separação

• Coluna CD-304Separação do cumeno e recuperação dos DIPB e TIPB;Opera a vácuo de 0,5 atm.

• Coluna CD-301Separação do propano dos restantes constituintes;A corrente do topo entra no SGL-301 onde há separação da fase líquida orgânica da fase aquosa e da fase gasosa.

• Coluna CD-302Separação do benzeno;

• Coluna CD-303 Separação do cumeno;

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Balanços de Massa e Entálpicos

Objectivo: Produção de 200 Kton/ano de cumeno dentro das especificações e uma actividade anual da fábrica de 333 dias.

Pureza: 99,94% (mínimo)Índice de Bromo < 5Etilbenzeno < 100 ppmN-propilbenzeno < 200 ppmButilbenzeno < 100 ppm

Dados

Transalquilador Alquilador

Reagente limitante DIPB PropilenoProporção reagente limitante/Benzeno

1:2 1:8

Conversão (%) 100 100

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Balanços de Massa e Entálpicos

Selectividades do propileno nas reacções de alquilação:

Cumeno: 88,3%DIPB: 11%Outros: 0,7%

Balanços de massa: efectuados no Aspen Plus 2006.5.

Balanços Entálpicos: - Temperatura de referência: 25 ºC; - Pressão: 1 atm;

- Estado de Agregação: compostos no estado líquido;

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Dimensionamento

Dimensionamento dos reactores R-201 e R-202:- Reactores tubulares catalíticos de leito fixo;

R-201 R-202

- Catalisador QZ-2001® ;- Suporte de esferas cerâmicas;- Dispersores;- Pratos perfurados;- Colector de mistura;- Tubagens de descarga do catalisador.

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Dimensionamento

Transalquilador

Alquiladores

P (bar) 32 29T (ºC) 135 127

WHSV (h-1) 7,3 4Tempo contacto

(h)0,14 0,25

Condições Operatórias:

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Dimensionamento Catalisador:

- Esferas com 2 mm de diâmetro;- Densidade a granel (Kg/m3): 645;

Dimensionamento do reactor

Cálculo do volume de leito catalítico:

Massa de catalisador

Volume do leito catalítico

)(

)/()( 1

KgCatMass

hKgCaudalhWHSV

Catgranel

CatMassaCatleitoV

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Dimensionamento

L, D Delta P

Determinação das perdas de carga:

Método de Carman:

Re’: Reynolds modificadof: factor de atritoρ: densidade da mistura reaccionalε : porosidade do leitoa: área específicaL: altura do leitou: velocidade da mistura reaccionalμ: viscosidade da mistura reaccional

LD

V4

2

)1(

Re'

a

u

1,0Re'

4,0

Re'

5f

23

..)1(

.. uLafP

17

DimensionamentoValores obtidos no dimensionamento:

Transalquilador

Alquiladores

M catalisador/leito (Kg) 329 382

V leito catalisador (m3) 0,5 0,6

L leito (m) 0,5 0,6

Δ P (Pa) 5229 11907R-201 R-202

D (m) 1,4 1,4L Total (m) 5,2 5

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Controlo e Instrumentação

Objectivos: - Manter as variáveis do processo dentro dos limites de

segurança dos equipamentos; - Maximizar o volume de produção e a qualidade do produto.

Nomenclatura do equipamento de controlo: Equipamento Local Equipamento presente na sala

Linha de sinal eléctrico

Linha pneumática

de controlo

Válvula pneumática automática

Válvula manual

Válvula de corte

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Controlo e Instrumentação

Variáveis a controlar:

- Caudal de

alimentação- Pressão no topo da coluna;

- Diferencial de pressão ao longo da coluna;

- Temperatura no topo e base da coluna;

- Nível de líquido na coluna;

- Controlo de nível no SGL;

- Nível no reebulidor.

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Layout

Objectivos:

- Minimizar o custo de construção e futuras expansões da fábrica;- Proporcionar um fluxo económico de materiais e pessoas;- Facilitar a manutenção e o funcionamento da unidade;- Minimizar a ocorrência de acidentes;- Respeitar as distâncias exigidas face ao processo em estudo;

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Layout

Distâncias típicas de segurança

Área do Processo- Entre zonas processuais: 15 m- Entre equipamento principal: 10 m - Entre permutadores adjacentes: 1 m

Áreas de armazenagem:- Entre tanques: 20 m- Distância da área de processo: 30 m

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Utilidades e circuitos anexos

Electricidade:-Indispensável no controlo e no fornecimento de energia a bombas, ventilador.

Vapor de água:- Proveniente da rede;- Aquecimento de permutadores de calor e reebulidores.

Água de arrefecimento:-Arrefecimento de permutadores de calor e condensadores.

Ar comprimido:- Utilizado nos controladores pneumáticos.

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Avaliação EconómicaEstimativa do Investimento Total

Custos directos: Capital fixo corpóreo Equipamento base, utilidades, instrumentação e controlo, custo do terreno, edifícios.

Custos indirectos: Capital fixo incorpóreo Projecto e fiscalização, despesas de

empreitada, provisão para imprevistos.Capital circulante: Capital necessário para garantir o

funcionamento da instalação Custos das matérias-primas, dos produtos em laboração, stocks.Juros intercalares: Juros a pagar do crédito obtido do banco durante a fase de implementação e arranque da fábrica.

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Análise Económica

Equipamento BaseQuantida

deCusto (m€

2009)

Condensador 4 103

Permutador 8 42Reebulidor 4 127

Bomba 14 29

Torre de arrefecimento 1 636

Reactor 2 19

Coluna de destilação 4 774

Tanque 14 1921

Separador gás-liq 1 3

Ejector 1 25Total   3679

Custo do equipamento base

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Análise EconómicaParcelas dos custos directos:

Capital Fixo Corpóreo

Valor (M€ 2009)

Equipamento Base

3,7

Montagem total 1,3

Condutas 2,4Utilidades e

serviços1,5

Aparelhagem e instrumentação

1,1

Instalações eléctricas

0,4

Terreno 0,5 Edifícios 1,7

Isolamentos térmicos

0,4

Preparação do terreno

0,05

Total 13

29%

10%

19%

11%

9%

3%

3%

13%

3%

Equipamento Base

Montagem to-tal

Condutas

Utilidades e serviços

Aparelhagem e instrumentação

Instalaçoes electricas

Terreno

Edificios

Isolamentos térmicos

Preparação do terreno

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Análise Económica

Parcelas dos custos indirectos

% Custos Custo (M€ 2009)

Projecto e fiscalização15% Custos

directos1,93

Despesas de empreitada15% Custos

directos 1,93

Provisão para imprevistos 10% Custos fixos 1,92

Total 5,8

Parcelas dos custos indirectos:

Investimento Fixo: 18,6 M€

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Análise Económica

Valor (M €2009)

% Desvio

Método de “Lang” 17,4 6,5Método de “Lang” melhorado 14,4 22,5

Método de “Cran” 12,7 31,9Regra de

“Williams”1º caso 20,3 8,72º caso 14,3 23,2

-Método dos factores “Lang”: IF = 4,74 x CEB

- Método dos factores de “Lang” melhorado: IF = ∑ Ki x Ci

- Método dos factores de “Cran”: IF = 3,45 x CEB

- Regra de “Williams”:

7,0

Lfl

f

Q

Q

I

I

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Análise EconómicaCapital Circulante

- Reserva de matérias primas: Preço do benzeno e propileno, 1 mês de stock

- Stock de produtos fabricados: Preço de produção do produto, 1 mês

- Condições de crédito oferecidas: Preço de venda do produto, 1 mês

- Condições de crédito obtidas: Custo de fabrico, 1 mês

- Fundo de maneio: 7,5% das parcelas anteriores do capital circulante

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Análise Económica

Capital circulante Valor (m€ 2009)Reserva de matérias-

primas1788

Quantitativo de produtos em laboração

54

Stock de produtos fabricados

2169

Condições de crédito oferecidas

10467

Condições de crédito obtidas

-4813

Fundo de maneio 1553Total 11218

Capital Circulante

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Análise EconómicaJuros Intercalares

-Capital alheio: 65% do Investimento Total- Capital próprio: 35% do Investimento Total- Taxa de juro: Euribor a 12 meses 1%

ParcelasValor (M€

2009)

Capital Fixo

Corpóreo (custos directos)

12,9

Incorpóreo (custos indirectos)

5,8

Total 18,6Capital circulante 11,2

Juros durante a fase de investimento

0,2

Investimento Total 30,6

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Análise Económica

Custos de

produção

Directos

Matérias-primas Catalisador

Mão-de-obra de fabrico e supervisão

Manutenção, patentes e royalties

Utilidades e fornecimentos diversos

Indirectos

Laboratório de controlo

Serviços sociais

Serviços técnicos

Fixos

Amortizações

SegurosImpostos

locais

Despesas Gerais

Custos administrativo

sCustos

comerciaisI&D

Encargos financeiros

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Análise Económica

Distribuição dos custos de produção

Custos directosCustos indi-rectosCustos FixosDespesas gerais

2%69%

24%

5%

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Análise EconómicaAnálise do ponto crítico de capacidade

Valor mínimo de capacidade a partir do qual o projecto se torna lucrativo

VP

CQ fixos

Q – Ponto crítico em capacidadeC fixos – Custos fixos P – Preço unitário de vendaV – Custo variável unitário

Custos fixos 37,5 M€/ano

Custo variável unitário 181 €/ton

Preço unitário de venda do cumeno

628 €/ton

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Análise Económica

Q=85 Kton/ano < Produção anual de 200 Kton/ano

Processo viável, boa margem de segurança

0 50000 100000 150000 2000000

20000000

40000000

60000000

80000000

100000000

120000000

140000000

Receita

Custos totais

Capacidade (Kton)

Cu

sto

s (M

ilhõ

es

de

e

uro

s)

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Análise EconómicaAnálise de rentabilidade

- Contraposição do investimento com os benefícios obtidos durante o período de vida útil do projecto;

- Tem que assegurar a remuneração do investimento, cobrir os juros e remunerar os intervenientes;

- Permite avaliar se o projecto é rentável.

Calcula-se:- Conta de exploração previsional: Sistematização dos proveitos e custos anuais;

- Cash-Flow de exploração: Diferença entre receitas e despesas associadas a um projecto;

- Orçamento de tesouraria: Evidencia as necessidades de liquidez a curto prazo.

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Análise EconómicaCritérios de Rentabilidade

Valor Líquido Actual (VLA)- Somatório dos cash-flow anuais actualizados a uma taxa de 4%, e deduzidos no montante actualizado à mesma taxa dos investimentos;

- Maior VLA Investimento mais favorável

VLA

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Análise Económica

Taxa Interna de Rentabilidade (TIR)

- Utilizada quando se desconhecem as condições específicas de financiamento relativamente a juros;

- O projecto será tanto mais justificável quanto mais elevada for a TIR;

TIR =91% Investimento favorável

0)1(0

n

kkkk

TIR

ICFVLA

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Análise Económica Período de Recuperação de Capital (PRC)

-Tem em conta o factor tempo;

-Período após o qual se recupera o investimento.

PRC= 3 anos

t

k

t

kk

kk

k

i

I

i

CFPRC

0 0 )1()1(

40

Análise EconómicaRácios de Rentabilidade

-Traduzem de uma forma geral a relação lucros/capital;- Utilizados na pré-selecção de projectos de investimento;

-RCP (rentabilidade do capital próprio) – Resultado líquido/Capital próprio

-ROI (Rentabilidade do investimento) – Resultado líquido/Investimento total

-RV (Rentabilidade das vendas) – Resultado líquido/Valor das vendas

-ER (Rotação do capital próprio) – Valor das vendas/Capital próprioRPC 3,50

ROI 1,23

RV 0,61

ER 5,71

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Análise EconómicaAnálises de sensibilidade

Preço das matérias-primas

Preço do produto principal

VariaçãoCusto do

Benzeno (€/ano)Custo do

Propileno (€/ano)

Custo de produção (M€/ano)

VAL (M€/ano) TIR

20% 109 173 77,0 259 85%

0% 91 144 72,7 285 91%

-20% 73 115 68,3 312 100%

VariaçãoCusto do cumeno

(€/ano)Custo de produção

(M€/ano)VAL (M€/ano) TIR

10% 691 72,7 361 114%

0% 628 72,7 285 91%

-10% 565 72,3 214 76%

42

Análise Económica

Preço do equipamento base

VariaçãoCusto do EB

(M€/ano)Custo de produção

(M€/ano)VAL (M€/ano) TIR

20% 4,4 73,4 278 83%

0% 3,7 72,7 285 91%

-20% 2,9 71,9 293 103%

Preço da mão-de-obra

VariaçãoCusto da mão-de-

obra (M€/ano)Custo de produção

(M€/ano)VAL (M€/ano) TIR

20% 25,7 74,6 275 89%

0% 21,5 72,7 285 91%

-20% 17,2 70,8 297 95%

43

Análise Económica

Parâmetros analisados por ordem de importância

Preço do produto principal

Preço do equipamento base

Preço das matérias-primas

Preço da mão-de-obra

+

-

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Análise Económica

Conclusões

- O projecto é economicamente rentável;

- Recuperação do investimento no terceiro ano;

- O projecto é essencialmente influenciado pelo preço do produto e do equipamento base;

- A rentabilidade é suficientemente elevada para cobrir os capitais próprios e alheios.