produção de acetato de celulose

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

SETOR DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

ANA PAULA GIL SILVA

BRUNO HENRIQUE LATTMANN

FABIANA MENDES DIAS

GUILHERME LUIZ PEREIRA

ETAPA FINAL: UNIDADE DE PRODUÇÃO DE ACETATO DE CELULOSE

CURITIBA

2015

ANA PAULA GIL SILVA

BRUNO HENRIQUE LATTMANN

FABIANA MENDES DIAS

GUILHERME LUIZ PEREIRA

ETAPA FINAL: UNIDADE DE PRODUÇÃO DE ACETATO DE CELULOSE

Trabalho apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina TQ156: Projetos da Indústria Química II, do Curso de Graduação em Engenharia Química, Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná.

CURITIBA

2015

RESUMO

O projeto tem como objetivo desenvolver uma planta para a produção de

20.000 ton./ano de diacetato de celulose, no formato de grãos e a uma pureza de

97%. O produto é obtido através da acetilação da celulose e a posterior hidrólise do

triacetato de celulose, gerando o diacetato de celulose. É um éster orgânico branco,

amorfo, atóxico, sem odor e sabor. O acetato de celulose com grau de substituição

2,5, chamado de diacetato de celulose, é utilizado, principalmente, em filtros de

cigarros. O processo de produção será conduzido por uma acetilação via ácido

acético e por uma hidrólise atingindo as especificações necessárias. Apesar de

estatísticas revelarem a redução de consumo de cigarros em países desenvolvidos,

os países em desenvolvimento têm elevado seu uso, comprovando um mercado

com tendências de crescimento, o que gera a necessidade por mais produções de

diacetato de celulose. A planta será estruturada para operar no Brasil, na cidade de

Cotia (SP), pois apresenta o menor custo para a realização de fretes de matérias-

primas e de venda de produto final. Além disto, não há concorrência interna já que o

país o importa e existem diversos fabricantes de cigarros que demandam por esse

produto. O diacetato de celulose em formato de flocos apresentou um valor para

venda de U$ 2,85/kg de floco em 2012 no comércio exterior. Também há uma

coprodução de ácido acético com pureza de 99,8% tornando um subproduto da

fábrica. Os principais equipamentos estão dimensionados e especificados,

atendendo para uma otimização do processo. Ao final há uma análise para a

veracidade da viabilidade econômica do processo apresentando custos/despesas e

lucro de diversos cenários de produção como 60%, 80% e 100% de vendas, tendo

um resultado negativo em todos eles, inclusive no melhor cenário um déficit de mais

R$ 124.000.000,00.

Palavras-chave: diacetato de celulose; filtro de cigarro; acetilação da celulose

ABSTRACT

The project aims to develop a plant to produce 20,000 ton./year of cellulose

diacetate in grain size and a purity of 97%. The product is obtained by acetylation of

the cellulose and further hydrolysis of cellulose triacetate, cellulose diacetate

generating. It is a white organic ester, amorphous, non-toxic, odorless and taste.

Cellulose acetate with substitution degree 2.5, called cellulose diacetate, is mainly

used in cigarette filters. The production process will be conducted by acetylation via

acetic acid and hydrolysis reaching the required specifications. Although statistics

reveal cigarette consumption reduction in developed countries, developing countries

have elevated their use, demonstrating a market with growth trends, which creates

the need for more production of cellulose diacetate. The plant will be structured to

operate in Brazil in the city of Cotia (SP), because it has the lowest cost for the

realization of raw materials and freight of finished product sale. In addition, there is

no internal competition as the country the matter and many cigarette manufacturers

that demands this product. The cellulose diacetate flakes format introduced a value-

for-sale of US$ 2.85/kg of flake in 2012 in foreign trade. There is also a co-production

of acetic acid with a purity of 99.8% making it a byproduct. The major equipment are

sized and specified, serving for process optimization. At the end there is an analysis

for the veracity of the economic viability of the process presenting costs/expenses

and profit of several production scenarios as 60%, 80% and 100% of sales, with a

negative result in all of them, even in the best scenario a deficit more R$

124,000,000.00.

Keywords: cellulose diacetate; Cigarette filter; acetylation of cellulose

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - ESTRUTURA DO ACETATO DE CELULOSE, ONDE R PODE SER

CH3(C=O) OU H, DEPENDENDO DO GRAU DE SUBSTITUIÇÃO. ......................... 18

FIGURA 2 - MERCADO GLOBAL DA CADEIA DO ACETATO DE CELULOSE (MIL

TONELADAS, 2012). ................................................................................................ 22

FIGURA 3 - MERCADO GLOBAL DE GRÃOS DE ACETATO DE CELULOSE. ...... 23

FIGURA 4 - CONSUMO APARENTE DE ACETATO DE CELULOSE NO BRASIL. . 24

FIGURA 5 - SITUAÇÃO FINANCEIRA DAS EMPRESAS DE ACETATO DE

CELULOSE. .............................................................................................................. 25

FIGURA 6 – CUSTO VARIÁVEL DOS GRÃOS DE ACETATO DE CELULOSE. ..... 26

FIGURA 7 - CUSTO DA ELETRICIDADE INDUSTRIAL EM 2013. ........................... 27

FIGURA 8 - COMÉRCIO EXTERIOR DE GRÃOS E FIBRAS DE CELULOSE ......... 28

FIGURA 9 - PREÇOS RELATIVOS NA CADEIA DOS ACETATOS DE CELULOSE.

.................................................................................................................................. 29

FIGURA 10. LOGOTIPO DA EMPRESA DO PROJETO DE ACETATO DE

CELULOSE. .............................................................................................................. 36

FIGURA 11. DIAGRAMA DE BLOCOS PARA A ROTA ADOTADA - ÁCIDO

ACÉTICO. ................................................................................................................. 41

FIGURA 12 - REAÇÃO DA ÁGUA COM ANIDRIDO ACÉTICO, FORMANDO ÁCIDO

ACÉTICO. ................................................................................................................. 43

FIGURA 13 - REAÇÃO DE ACETILAÇÃO DA CELULOSE. ..................................... 43

FIGURA 14. REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO ACETATO DE CELULOSE. ................. 44

FIGURA 15. A – SITUAÇÃO APÓS ADIÇÃO DE ÁCIDO ACÉTICO E ÁGUA NO

FILTRO DE CIGARRO, ONDE HÁ UM FLUIDO VISCOSO NO FUNDO DO

BÉQUER. B – SITUAÇÃO APÓS MISTURA DAS SUBSTÂNCIAS, ONDE HOUVE A

FORMAÇÃO DE UMA PASTA. ................................................................................. 45

FIGURA 16. FLOCOS PRECIPITADOS APÓS EXPERIMENTO DA PARTE 2. ....... 46

FIGURA 17. FLOCOS PRECIPITADOS APÓS EXPERIMENTO DA PARTE 3. ....... 47

FIGURA 18. EXEMPLO DE FILTRO DE TAMBOR ROTATIVO. .............................. 48

FIGURA 19. GRÁFICO DA OPERAÇÃO DOS TANQUES DE ATIVAÇÃO. ............. 73

FIGURA 20 - DIMENSÕES CARACTERÍSTICAS PARA TANQUES AGITADOS .... 78

FIGURA 21- REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO DA CELULOSE. ................................ 81

FIGURA 22 – GRÁFICO DO PERFIL DE CONVERSÃO EM FUNÇÃO DA

TEMPERATURA DE REAÇÃO. ................................................................................ 86

FIGURA 23 - GRÁFICO DO PERFIL DE CONVERSÃO EM FUNÇÃO DO TEMPO

ESPACIAL DA REAÇÃO ........................................................................................... 87

FIGURA 24 - GRÁFICO DO PERFIL DE CONVERSÃO EM FUNÇÃO DA

CONCENTRAÇÃO INICIAL DE CELULOSE ............................................................ 88

FIGURA 25 – OPERAÇÃO DE TRêS REATORES DE HIDRÓLISE, PARALELOS E

DESCARGA INDIVIDUAL. ........................................................................................ 92

FIGURA 26. CRONOGRAMA – OPERAÇÃO: TRÊS REATORES DE HIDRÓLISE. 94

FIGURA 27 - FAIXA DE APLICAÇÃO DOS DIVERSOS TIPOS DE AGITADORES

EM RELAÇÃO À VISCOSIDADE. ............................................................................. 99

FIGURA 28 - RELAÇÃO ENTRE RE E NP PARA DIVERSOS TIPOS DE

AGITADORES. ........................................................................................................ 101

FIGURA 29 PERFIS DAS COMPOSIÇÕES LÍQUIDAS NA DESTILADORA 01 ..... 106

FIGURA 30. RELAÇÃO ENTRE A ÁREA DO DOWNCOMER E COMPRIMENTO DA

BARREIRA DO PRATO. ......................................................................................... 112

FIGURA 31 PERFIS DAS COMPOSIÇÕES LÍQUIDAS NA DESTILADORA 02 ..... 113

FIGURA 32 - CARTA DE BOMBAS KSB® - 3500 RPM. ........................................ 123

FIGURA 33 - EFICIÊNCIAS PARA O MODELO 25-150(A). ................................... 123

FIGURA 34 - POTÊNCIAS PARA O MODELO 25-150(A). ..................................... 124

FIGURA 35 - NPSH REQUERIDO PARA O MODELO 25-150(A). ......................... 124

FIGURA 36 - EFICIÊNCIAS PARA O MODELO 25-200. ........................................ 126

FIGURA 37 - POTÊNCIAS PARA O MODELO 25-200. .......................................... 127

FIGURA 38 - NPSH REQUERIDO PARA O MODELO 25-200. .............................. 127

FIGURA 39 - EFICIÊNCIAS PARA O MODELO 32-200.1. ..................................... 129

FIGURA 40 - POTÊNCIAS PARA O MODELO 32-200.1. ....................................... 130

FIGURA 41 - NPSH REQUERIDO PARA O MODELO 32-200.1. ........................... 130

Figura 42 CURVA DE SECAGEM - ACETATO DE CELULOSE ............................ 135

FIGURA 43 - DIAGRAMA TERNÁRIO DA MISTURA DE CLOROFÓRMIO, ÁGUA E

ÁCIDO ACÉTICO A 25ºC E 1,7 BAR ...................................................................... 139

FIGURA 44 - DADOS OBTIDOS PARA O CÁLCULO DO CV PARA A VÁLVULA DE

LÍQUIDO UTILIZANDO O SOFTWARE MASONEILAN®. ..................................... 147

FIGURA 45 - CATALOGO DE VÁLVULAS GLOBO MASONEILAN SÉRIE 21900. 148


VAPOR UTILIZANDO O SOFTWARE MASONEILAN®. ....................................... 150

FIGURA 47 - CATALOGO PARA VÁLVULAS BORBOLETAS. .............................. 151


LÍQUIDO SATURADO UTILIZANDO O SOFTWARE MASONEILAN®. ................. 153

FIGURA 49 DADOS PARA DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÕES .................. 156

FIGURA 50 GRÁFICO DE MOODY ........................................................................ 157

FIGURA 51, ............................................................................................................ 159

FIGURA 52 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES A PERDAS LOCALIZADAS ...... 161

FIGURA 53 - GRÁFICO CUSTO TOTAL X ESPESSURA DE ISOLAMENTO

TÉRMICO. ............................................................................................................... 173

FIGURA 54- ALGUNS DADOS DAS CALDEIRAS FOGOTUBULARES

SELECIONADAS. ................................................................................................... 175

FIGURA 55 DIAGRAMA DE BLOCOS .................................................................. 189

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - RELAÇÃO ENTRE O GRAU DE SUBSTITUIÇÃO, OS GRUPOS

ACETIL E O ÁCIDO ACÉTICO COMBINADO PARA O ACETATO DE CELULOSE.

.................................................................................................................................. 19

TABELA 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS PRINCIPAIS DO TRIACETATO DE

CELULOSE E DO ACETATO SECUNDÁRIO DE CELULOSE. ................................ 19

TABELA 3 - APLICAÇÕES DO DIACETATO DE CELULOSE COM GRAU DE

SUBSTITUIÇÃO 2,5 E SUA PRODUÇÃO GLOBAL EM 2008. ................................. 20

TABELA 4 - CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DAS PLANTAS NO ANO 2000 -

EUROPA. .................................................................................................................. 25

TABELA 5. CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DAS PLANTAS NO ANO 200 –

ESTADOS UNIDOS E JAPÃO. ................................................................................. 26

TABELA 6 - PREÇO NA EUROMA EM DM/KG (VALORES EM DÓLAR). ............... 28

TABELA 7 - PRODUÇÃO DE CIGARRO NO BRASIL. ............................................. 31

TABELA 8 - IMPORTAÇÃO PELO BRASIL DE ACETATO DE CELULOSE. ........... 31

TABELA 9 - LOCALIZAÇÃO DOS PRINCIPAIS FABRICANTES NO BRASIL ......... 32

TABELA 10 - FORNECEDORES DE MATÉRIA PRIMA PARA O PROCESSO E

SUAS LOCALIZAÇÕES. ........................................................................................... 33

TABELA 11 - DISTÂNCIAS ENTRE FORNECEDORES E CONSUMIDORES (EM

KM). ........................................................................................................................... 33

TABELA 12 - QUANTIDADE DE MATÉRIAS-PRIMAS E PRODUTOS FINAIS

DIÁRIAS (TON). ........................................................................................................ 34

TABELA 13 CUSTOS DE FRETES BASEANDO-SE NA MATÉRIA-PRIMA (EM

REAIS) ...................................................................................................................... 34

TABELA 14 - CUSTOS DE FRETES BASEANDO-SE NOS CONSUMIDORES (EM

REAIS). ..................................................................................................................... 35

TABELA 15 CUSTOS TOTAIS DE FRETES. ............................................................ 35

TABELA 16 - COMPARAÇÃO ENTRE O PROCESSO COM ÁCIDO ACÉTICO E O

PROCESSO COM DICLOROMETANO. ................................................................... 40

TABELA 17 - CARACTERÍSTICAS DA POLPA DE CELULOSE QUE PODE SER

UTILIZADA NO PROCESSO. ................................................................................... 42

TABELA 18 - FORNECEDORES DE MATÉRIA PRIMA PARA O PROCESSO. ...... 50

TABELA 19 MASSAS MOLARES DOS COMPONENTES DO PROCESSO ............ 53

TABELA 20 VAZÕES E COMPOSIÇÕES DAS CORRENTES DO PROCESSO ..... 56











TABELA 31 - CALORES ESPECÍFICOS DOS COMPONENTES A SEREM

UTILIZADOS EM TODO O PROCESSO DE PRODUÇÃO DO ACETATO DE

CELULOSE. .............................................................................................................. 68

TABELA 32 - ENTALPIAS DE FORMAÇÃO DOS COMPONENTES A SEREM

UTILIZADOS NO PROCESSO DE ACETILAÇÃO. ................................................... 70

TABELA 33 - CALOR DE REAÇÃO PARA CADA REAÇÃO INDIVIDUALMENTE E

PARA O PROCESSO TOTAL. .................................................................................. 70

TABELA 34 - ENTALPIAS DE FORMAÇÃO DOS COMPONENTES A SEREM

UTILIZADOS NO PROCESSO DE HIDRÓLISE. ...................................................... 71

TABELA 35 - CALOR DE REAÇÃO PARA CADA REAÇÃO INDIVIDUALMENTE E

PARA O PROCESSO TOTAL. .................................................................................. 71

TABELA 36. LISTA DE REATORES ......................................................................... 72

TABELA 37. LISTA DE VASOS AGITADOS ............................................................. 72

TABELA 38 - PROPRIEDADES DO VAPOR SATURADO A 2 BAR ......................... 74

TABELA 39 - PROPRIEDADES DO MEIO REACIONAL DO TANQUE DE

ATIVAÇÃO DA CELULOSE ...................................................................................... 76

TABELA 40 - DADOS DE VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DO TANQUE DE

ATIVAÇÃO ................................................................................................................ 78

TABELA 41 - PROPRIEDADES PARA CALCULO DA ESPESSURA DO TANQUE

DE ATIVAÇÃO .......................................................................................................... 80

TABELA 42 PROPRIEDADES DO MEIO REACIONAL DO REATOR DE

ACETILAÇÃO ............................................................................................................ 89

TABELA 43 - PROPRIEDADES PARA CALCULO DA ESPESSURA DO REATOR

DE ACETILAÇÃO ...................................................................................................... 91

TABELA 44 PROPRIEDADES DO MEIO REACIONAL DO REATOR DE

HIDRÓLISE ............................................................................................................... 95

TABELA 45 - PROPRIEDADES PARA CÁLCULO DA ESPESSURA PARA O

REATOR DE HIDRÓLISE ......................................................................................... 96

TABELA 46 - DADOS PARA CÁLCULO DA ESPESSURA DO PRECIPITADOR. ... 97

TABELA 47 - DIÂMETROS DOS AGITADORES ...................................................... 99

TABELA 48 - FAIXAS DE GRAU DE AGITAÇÃO PARA AGITADORES. ............... 100

TABELA 49 - PADRÕES COMERCIAIS DE POTÊNCIA PARA MOTORES .......... 103

TABELA 50 - RESULTADOS OBTIDOS PARA O DIMENSIONAMENTO DOS

AGITADORES. ........................................................................................................ 103

TABELA 51. LISTA DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO. ........................................... 104

TABELA 52 RESULTADOS DA ANÁLISE SENSITIVA: RAZÃO ENTRE

CORRENTES DE FUNDO E ALIMENTAÇÃO – DESTILADORA 01 ...................... 107

TABELA 53 RESULTADOS DA ANÁLISE SENSITIVA: RAZÃO DE REFLUXO –

DESTILADORA 01 .................................................................................................. 107

TABELA 54 RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DA PRIMEIRA DESTILADORA

(EQUILÍBRIO) ......................................................................................................... 107

TABELA 55 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DA PRIMEIRA DESTILADORA . 109

TABELA 56 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DA SEGUNDA DESTILADORA . 116

TABELA 57 - LISTA DE TROCADORES DE CALOR. ............................................ 118

TABELA 58. LISTA DE BOMBAS ........................................................................... 120

TABELA 59- RESUMO DOS DADOS OBTIDO NO DIMENSIONAMENTO DA

BOMBA DE ANIDRIDO ACÉTICO. ......................................................................... 125

TABELA 60 - RESUMO DOS DADOS OBTIDOS NO DIMENSIONAMENTO DA

BOMBA DE CLOROFÓRMIO. ................................................................................ 128

TABELA 61 - RESUMO DOS DADOS OBTIDOS NO DIMENSIONAMENTO DA

BOMBA DE ÁGUA E ÁCIDO ACÉTICO. ................................................................. 131

TABELA 62. LISTA DE VASOS HORIZONTAIS ..................................................... 131

TABELA 63 - DADOS PARA O CÁLCULO DA ESPESSURA DO VASO VS-01. ... 132

TABELA 64 - DADOS OBTIDOS NO DIMENSIONAMENTO DOS VASOS DO

PROCESSO. ........................................................................................................... 132

TABELA 63. LISTA DE FILTROS ............................................................................ 133

TABELA 64. LISTA DE PRENSAS .......................................................................... 133

TABELA 65. LISTA DE SECADORES .................................................................... 134

TABELA 66 - LISTA DE TRITURADORES ............................................................. 136

TABELA 67 - LISTA DE MISTURADORES DE LINHA ........................................... 137

TABELA 68. LISTA DE DECANTADORES. ............................................................ 137

TABELA 69 RESULTADOS DAS CORRENTES PROVENIENTES DO

DECANTADOR ....................................................................................................... 140

TABELA 70 - DADOS PARA CÁLCULO DA ESPESSURA DO DECANTADOR. ... 141

TABELA 71 RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS FLUIDOS DA TUBULAÇÃO

LÍQUIDA .................................................................................................................. 154

TABELA 72 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO DE LÍQUIDOS ......... 158

TABELA 73 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES DA LINHA DE SUCÇÃO PARA

FLUIDOS LÍQUIDOS ............................................................................................... 161

TABELA 74 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES DA LINHA DE DESCARGA PARA

FLUIDOS LÍQUIDOS ............................................................................................... 162


LÍQUIDA .................................................................................................................. 163

TABELA 76 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE LÍQUIDO

SATURADO ............................................................................................................ 164


LÍQUIDA .................................................................................................................. 165

TABELA 78 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE LÍQUIDO

SATURADO ............................................................................................................ 166

TABELA 79 RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS FLUIDOS .................................. 166

TABELA 80 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO ........................................................ 167

TABELA 81 - RESULTADOS PARA O DIMENSIONAMENTO COM OUTRAS

ESPESSURAS. ....................................................................................................... 172

TABELA 82 - VAZÃO DE VAPOR REQUERIDO. ................................................... 174

TABELA 83 - FATORES DE CAPACIDADE PARA TEMPERATURA DE BULBO

ÚMIDO DE 24°C. .................................................................................................... 176

TABELA 84 - TABELA PARA ESCOLHA DO MODELO WTD. ............................... 176

TABELA 85 LISTA DE TANCAGEM ...................................................................... 178

TABELA 86 CAPACIDADE DOS TANQUES ......................................................... 179

TABELA 87 RESÍDUOS GERADOS ..................................................................... 185

TABELA 88 CLASSIFICAÇÃO DOS COMPONENTES RESIDUAIS DE PROCESSO

PELA NBR 14725-2 ................................................................................................ 186

TABELA 89 LIMITES PADRÕES DE LANÇAMENTO DE EFLUENTES .............. 187

TABELA 90 PORTARIA MINTER 13/76 ................................................................ 188

TABELA 91 LIMITES MÁXIMOS DE EMISSÃO PARA POLUENTES .................. 189

TABELA 92 CUSTO FOB ....................................................................................... 194

TABELA 93 FATORES DE INSTALAÇÃO DESENVOLVIDOS POR GUTHRIE .... 194

TABELA 94 FATORES DE MÓDULO PARA EQUIPAMENTOS ............................ 195

TABELA 95 CUSTO TOTAL DE EQUIPAMENTOS ............................................... 195

TABELA 96 CUSTO DE MATÉRIA-PRIMA MENSAL ............................................ 196

TABELA 97 CUSTO ENERGIA ELÉTRICA............................................................ 197

TABELA 98 CUSTO DE UTILIDADES ................................................................... 197

TABELA 99 CUSTO DE MÃO DE OBRA ............................................................... 197

TABELA 100 - TAXA DE JUROS COBRADA PELO BNDES NA LINHA DE APOIO À

INDÚSTRIA. ............................................................................................................ 199

TABELA 101. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DE 90% DO CAPITAL FIXO

PELO BNDES, EM MILHÕES DE REAIS. .............................................................. 201

TABELA 102. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DO CAPITAL DE GIRO

PELO BNDES, EM MILHÕES DE REAIS. .............................................................. 201

TABELA 103. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DO CAPITAL RESTANTE

PELO FIP, EM MILHÕES DE REAIS. ..................................................................... 201

TABELA 104. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DO CAPITAL DE GIRO

RESTANTE, EM MILHÕES DE REAIS. .................................................................. 202

TABELA 105. ALÍQUOTAS DO IPI. ........................................................................ 203

TABELA 106. DRE DOS PERÍDOS DE 0 A 4, CONSIDERANDO 100% DAS

VENDAS.................................................................................................................. 205

TABELA 107. DRE DOS PERÍODOS DE 5 A 11, CONSIDERANDO 100% DAS

VENDAS.................................................................................................................. 206

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 18

2 PERSPECTIVAS DE MERCADO .......................................................................... 22

2.1 SITUAÇÃO DO MERCADO CONSUMIDOR .................................................. 22

2.2 CONCORRENTES ......................................................................................... 24

2.3 PREÇO NO MERCADO ATUAL ..................................................................... 28

2.4 PERSPECTIVAS/PROJEÇÕES FUTURAS ................................................... 29

2.5 PRODUÇÃO ................................................................................................... 30

3 LOCALIZAÇÃO DA PLANTA ................................................................................ 32

4 DEFINIÇÃO DO NOME DA EMPRESA E DO LOGOTIPO ................................... 36

5 ROTAS DE PRODUÇÃO ...................................................................................... 37

5.1 PROCESSO HETEROGÊNEO ....................................................................... 37

5.2 PROCESSO COM ÁCIDO ACÉTICO ............................................................. 37

5.3 PROCESSO COM DICLOROMETANO .......................................................... 38

6 ROTA DE PRODUÇÃO ADOTADA ...................................................................... 40

6.1 DIAGRAMA DE BLOCOS ............................................................................... 40

6.2 DESCRITIVO DO PROCESSO ...................................................................... 41

6.2.1 Ativação da celulose ................................................................................ 42

6.2.2 Acetilação ................................................................................................. 42

6.2.3 Hidrólise ................................................................................................... 44

6.2.4 Precipitação ............................................................................................. 44

6.2.5 Lavagem .................................................................................................. 47

6.2.6 Prensa e secagem ................................................................................... 48

6.2.7 Recuperação de ácido acético ................................................................. 48

7 DEFINIÇÃO DE FONTES PARA O PROCESSO .................................................. 50

7.1 ENERGIA, ÁGUA E TRANSPORTE ............................................................... 50

7.2 MATÉRIAS-PRIMAS ....................................................................................... 50

7.3 MÃO-DE-OBRA .............................................................................................. 51

8 MODELOS TERMODINÂMICOS DO PROCESSO ............................................... 52

9 BALANÇO DE MASSA .......................................................................................... 53

9.1 CONSIDERAÇÕES PARA TODAS AS ETAPAS ......................................... 53

9.2 PRÉ-TRATAMENTO .................................................................................... 54

9.3 ETAPA DA REAÇÃO DE ACETILAÇÃO ...................................................... 54

9.4 ETAPA DA REAÇÃO DE HIDRÓLISE ......................................................... 54

9.5 ETAPA DE PURIFICAÇÃO DO PRODUTO ................................................. 55

9.6 RESULTADOS ............................................................................................. 56

10 BALANÇO DE ENERGIA .................................................................................... 67

10.1 MEMORIAL DE CALCULO ........................................................................... 67

10.1.1 Tanque de ativação ................................................................................ 67

10.1.2 Reator de Acetilação .............................................................................. 69

10.1.3 Reator de Hidrólise ................................................................................. 70

11 EQUIPAMENTOS ............................................................................................... 72

11.1 REATORES E VASOS AGITADOS .............................................................. 72

11.1.1 Listas ...................................................................................................... 72

11.1.2 Projeto e Detalhamento .......................................................................... 72

11.2 COLUNAS .................................................................................................. 104

11.2.1. Lista de Colunas................................................................................... 104

11.2.2 Projeto de Colunas ............................................................................... 104

11.3 TROCADORES DE CALOR ....................................................................... 118

11.3.1 Lista de Trocadores de calor ................................................................ 118

11.3.2 Projetos dos Trocadores ...................................................................... 118

11.4 BOMBAS .................................................................................................... 119

11.4.1 Lista de Bombas................................................................................... 119

11.5 VASOS HORIZONTAIS .............................................................................. 131

11.5.1 Lista dos Vasos Horizontais ................................................................. 131

11.5.2 Projeto de Vasos Horizontais ............................................................... 131

11.6 FILTRO TAMBOR ROTATIVO ................................................................... 133

11.7 PRENSA ..................................................................................................... 133

11.7.1 Lista de Prensas................................................................................... 133

11.7.2 Especificação de Prensa ...................................................................... 134

11.8 SECADOR .................................................................................................. 134

11.8.1 Lista de Secadores ............................................................................... 134

11.8.2 Projeto e Especificação de Secador ..................................................... 134

11.9 TRITURADOR ............................................................................................ 136

11.9.1 Lista de Trituradores ............................................................................ 136

11.9.2 Especificação de Trituradores .............................................................. 136

11.10 MISTURADOR DE LINHA ........................................................................ 136

11.10.1 Lista de Misturadores de Linha .......................................................... 137

11.11 DECANTADOR ........................................................................................ 137

12 INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE................................................................. 142

12.1 ESTRATÉGIAS DE CONTROLE ................................................................ 142

12.1.1 Controle de Temperatura ..................................................................... 142

12.1.2 Controle de Pressão ............................................................................. 142

12.1.3 Controle de Nível .................................................................................. 143

12.1.4 Controle de Vazão ................................................................................ 143

12.2 VÁLVULAS ................................................................................................. 143

13 TUBULAÇÕES .................................................................................................. 154

13.1 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE LÍQUIDA ............................................... 154

13.2 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE SATURADA .......................................... 163

13.3 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE VAPOR ........................................... 164

13.3 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE GASES ........................................... 166

13.4 DIMENSIONAMENTO DO ISOLAMENTO TÉRMICO ................................ 167

14 UTILIDADES ..................................................................................................... 174

14.1 GERAÇÃO DE VAPOR .............................................................................. 174

14.2 RESFRIAMENTO ....................................................................................... 175

15 TANCAGEM ...................................................................................................... 178

15.1 CÁLCULO DOS VOLUMES ........................................................................ 178

15.2 ESTRATÉGIA LOGÍSTICA ......................................................................... 179

16 SELEÇÃO DOS MATERIAIS ............................................................................ 180

17 CRITÉRIOS DE SEGURANÇA DA PLANTA .................................................... 181

17.1 BREVE DESCRIÇÃO DOS COMPOSTOS ................................................ 181

17.2 DEMAIS MEDIDAS DE SEGURANÇA ....................................................... 183

18 TRATAMENTO DE EFLUENTES E RESÍDUOS SÓLIDOS .............................. 185

19 COMISSIONAMENTO E STARTUP DA PLANTA INDUSTRIAL ...................... 191

20 ANÁLISE ECONÔMICA DO PROCESSO ......................................................... 193

20.1 INVESTIMENTO INICIAL ........................................................................... 193

20.2 DEPRECIAÇÃO .......................................................................................... 195

20.3 CAPITAL DE GIRO ..................................................................................... 196

20.4 FINANCIAMENTO ....................................................................................... 198

20.5 RENTABILIDADE DO PROJETO ............................................................... 202

20.5.1 Carga de Impostos ............................................................................... 202

20.5.2 Lucro líquido ......................................................................................... 203

20.5.3 Medidas de Rentabilidade .................................................................... 207

20.5.4 Outros Cenários ................................................................................... 207

21 CONCLUSÕES ................................................................................................. 209

REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 210

18

1 INTRODUÇÃO

O acetato de celulose é um dos ésteres orgânicos mais importantes,

economicamente e industrialmente (QUINTANA, 2014). É produzido a partir da

celulose, com a substituição dos grupos hidroxila por grupos acetila, e sua estrutura

química está demonstrada na FIGURA 1. Foi sintetizado pela primeira vez em 1865,

por Schutzenberger, na Alemanha. Então, em 1905, os irmãos suíços Camille e

Henri Dreyfus desenvolveram o primeiro processo comercial para a fabricação do

acetato de celulose.

FIGURA 1 - ESTRUTURA DO ACETATO DE CELULOSE, ONDE R PODE SER CH3(C=O) OU H,

DEPENDENDO DO GRAU DE SUBSTITUIÇÃO.

FONTE: ZEPNIK (2013).

De maneira geral, o acetato de celulose é um produto branco, amorfo,

atóxico, sem odor e sabor, resistente a ácidos fracos e muito estável em contato

com petróleo, óleos minerais e graxos. Outras propriedades do acetato de celulose

são determinadas inicialmente pela viscosidade da solução e pelo grau de

esterificação ou porcentagem de ácido acético (ULLMANN’S, 2011).

A viscosidade é um indicador do grau de polimerização e influencia várias

propriedades mecânicas das fibras, filmes ou plásticos produzidos com acetato de

celulose (ULLMANN’S, 2011).

Já o grau de substituição, ou porcentagem de ácido acético, determina a

solubilidade e a compatibilidade do acetato de celulose com resinas, vernizes e

similares, além de influenciar também nas propriedades mecânicas e a sua

19

aplicabilidade (ULLMANN’S, 2011). Outra propriedade que é influenciada pelo grau

de substituição é a biodegradabilidade do material, sendo que a mesma aumenta

com a diminuição do grau de substituição (SAMIOS,1997). A relação entre a

porcentagem de ácido acético, porcentagem de grupos acetil e o grau de

substituição é demonstrado na TABELA 1.

TABELA 1 - RELAÇÃO ENTRE O GRAU DE SUBSTITUIÇÃO, OS GRUPOS ACETIL E O ÁCIDO ACÉTICO COMBINADO PARA O ACETATO DE CELULOSE.

Grau de Substituição Grupos Acetil (% em massa) Ácido Acético Combinado

(% em massa)

0,5 11,7 16,3 0,75 16,7 23,2 1,0 21,1 29,4 1,5 28,7 40,0 2,0 35,0 48,8 2,5 40,3 56,2 3,0 44,8 62,5

FONTE: KIRK-OTHMER (2001).

Os acetatos de celulose produzidos industrialmente são classificados em

dois tipos, de acordo com o grau de substituição: triacetato de celulose e acetato

secundário (KIRK-OTHMER, 2001). As propriedades físicas principais de ambos

estão descritas na TABELA 2.

TABELA 2 - PROPRIEDADES FÍSICAS PRINCIPAIS DO TRIACETATO DE CELULOSE E DO ACETATO SECUNDÁRIO DE CELULOSE.

Característica Triacetato Acetato Secundário

Densidade (g/cm³) 1,27 – 1,29 1,28 – 1,32 Estabilidade térmica (°C) > 240 até 230 Resistência à tração das fibras (kgf/mm²)

14 – 25 16 - 18

Resistência à tração das películas Longitudinal (kgf/mm²) 12 – 14 8,5 - 10 Transversal (kgf/mm²) 10 – 12 8,5 - 10 Índice de refração relativo ao eixo das fibras

Longitudinal 1,469 1,478 Transversal 1,472 1,473 Dupla Refração -0,003 +0,005 Constante dielétrica 50 – 60 Hz 3,0 – 4,5 4,5 – 6,5 10

6 Hz 4,0 – 5,5

Fator de perda dielétrica 50 – 60 Hz 0,01 – 0,02 0,007 10

6 Hz 0,026

Resistividade (Ω.cm) 1013

– 1015

1011

– 1013

Calor Específico (J g

-1 K

-1) 1,46 – 1,88

Condução Térmica (J m-1

h-1

K-1

) 0,63 – 1,25

FONTE: ULLMANN’S (2011).

20

Várias são as formas de venda do acetato de celulose. Pode ser encontrado

em flocos, em forma de pellets, em soluções de baixa viscosidade, em mistura com

plastificantes e solventes específicos e em pó, sendo que cada forma de acetato de

celulose vendido tem sua aplicação específica.

O triacetato de celulose tem sido usado nas bases dos filmes fotográficos,

em películas de proteção de painéis de LCD, como os usados em notebooks e

celulares e em fios têxteis. Já o acetato secundário pode ser usado na fabricação de

fitas de alta pressão; fitas de uso médico; selantes; embalagens; armações de

óculos; fiação elétrica; vernizes; fios para indústria têxtil; partes plásticas de escovas

de dentes, guarda-chuvas e chaves de fenda; óculos polarizados e 3D; filtros de

gases, como os filtros de cigarro. Hoje, cerca de 90% da produção global é utilizada

na manufatura de filtros de cigarro, onde o acetato atua absorvendo vapores e

acumulando componentes particulados da fumaça.

A fabricação da estopa de filtros de cigarro usa como matéria prima o

acetato de celulose secundário, com grau de substituição 2,5, na forma de flocos, o

qual pode ser solubilizado na acetona e posteriormente processado. Devido ao

grande mercado de cigarros, mais detalhado no item 4, e seu grande consumo do

acetato de celulose mundialmente produzido, define-se que a produção do projeto

de engenharia ao qual esse relatório se refere, será de acetato de celulose

secundário com grau de substituição 2,5. Esse produto também pode ser utilizado

para outros fins, como demonstrado na TABELA 3.

TABELA 3 - APLICAÇÕES DO DIACETATO DE CELULOSE COM GRAU DE SUBSTITUIÇÃO 2,5 E SUA PRODUÇÃO GLOBAL EM 2008.

Material Grau de substituição Produção global em 2008

(toneladas)

Revestimentos, plásticos e filmes 2,5 41.000 Fibras têxteis 2,5 49.000 Filtro de cigarro 2,5 690.000

FONTE: PULS (2011) Adaptado pelos autores (2015).

Os flocos de acetato de celulose vendidos para a produção de filtros de

cigarro devem ter uma alta pureza, uma vez que a presença de contaminantes

ácidos, presentes no processo, pode fazer com que os consumidores de cigarros

absorvam vapores com esses componentes. Outras informações sobre a

21

especificação do acetato de celulose para a produção de filtros de cigarro são

escassas e devem ser obtidas diretamente com o fabricante dos filtros.

O objetivo deste trabalho é de obter uma rota de produção para o acetato de

celulose. Para isto, é necessário realizar pesquisas de mercado para observar o

atual cenário econômico, formas de produção para então desenvolver a melhor

forma de produção possível. Além disto, é preciso gerar o fluxograma de processo,

balanço de massa e de energia, dimensionamento dos equipamentos e análise

financeira do processo para verificar a rentabilidade.

22

2 PERSPECTIVAS DE MERCADO

2.1 SITUAÇÃO DO MERCADO CONSUMIDOR

A partir da celulose solúvel, o acetato de celulose é produzido em formatos

de flocos, dos quais podem ser feitos fibras de acetato que se aplicam em filtros de

cigarro e na indústria têxtil, conforme a tabela abaixo (VIDAL, 2013).

FIGURA 2 - MERCADO GLOBAL DA CADEIA DO ACETATO DE CELULOSE (MIL TONELADAS, 2012). FONTE: VIDAL (2013)

No mercado global de grãos, ou flocos de acetato de celulose em 2012,

aproximadamente 1,35 bilhão de toneladas foram produzidas, o que representa

aproximadamente 3,8 bilhões de dólares. Além disto, ocorreu um crescimento de 3%

entre os anos 2000 e 2012 revelando também uma tendência de aumento entre

2012 e 2016 de 2%. Isto é esperado devido ao crescimento da demanda de fibras e

a crescente pesquisa por novas aplicações (VIDAL, 2013).

Na figura 3, além de apresentar a taxa de crescimento do mercado global de

acetato de celulose, também apresenta a taxa de retorno do investimento

(Compound Annual Growth Rate - CAGR) no período de 2000 a 2012, sendo de

2,6% no período de 2000 a 2006 e de 3,3% entre 2008 a 2012 (VIDAL, 2013).

23

FIGURA 3 - MERCADO GLOBAL DE GRÃOS DE ACETATO DE CELULOSE. FONTE: VIDAL (2013)

Já o mercado de fibras de acetato de celulose, que demanda cerca de 85%

dos grãos de acetato, revelou um mercado de aproximadamente 7 bilhões de

dólares, principalmente destinado à fabricação de filtros de cigarros (VIDAL, 2013).

No entanto, o consumo de cigarros revela dois comportamentos distintos. O

primeiro é a diminuição em países desenvolvidos devido a leis mais restritas para

locais de fumos, campanhas anti fumo e elevação da carga tributária. O segundo é o

aumento nos países em desenvolvimento, principalmente na Ásia, já que a elevação

da renda tem demonstrado o crescimento de consumidores de cigarros. A China

teve um crescimento de 3,7% entre 2008 e 2012 e a tendência de crescimento de

2,3% entre 2012 e 2017. Com isto, há uma projeção que o mercado global de

cigarros aumente cerca de 0,5% entre os anos 2012 e 2017 (VIDAL, 2013).

O consumo brasileiro atingiu 14,9 mil toneladas de acetato de celulose no

formato de grãos em 2012, suprido exclusivamente por importações conforme figura

a seguir (VIDAL, 2013).

24

FIGURA 4 - CONSUMO APARENTE DE ACETATO DE CELULOSE NO BRASIL. FONTE: VIDAL (2013)

Com relação às fibras de acetato de celulose, as fábricas de cigarro no

Brasil são responsáveis pela transformação desta matéria prima a partir do grão de

acetato de celulose produzindo 15,4 mil toneladas em 2012, sendo 0,1 provenientes

de importação. Deste montante total, 6,0 mil toneladas são destinadas para a

exportação (VIDAL, 2013).

O consumo de fibras de acetato no Brasil também está relacionado com o

mercado de cigarros. No entanto, entre 2008 e 2012, ocorreu um decréscimo de

2,4% por ano no número de cigarros consumidos no país e a tendência é de queda

de 1% ao ano entre 2012 e 2017. Então, observa-se que o Brasil importa grãos de

acetato de celulose para a produção de cigarros, mas é capaz de produzir as fibras

a partir dos grãos (VIDAL, 2013).

2.2 CONCORRENTES

A Solvay Acetow, empresa multinacional, é um dos maiores grupos para a

fabricação de fibra de acetato de celulose, com foco principal na produção de filtros

de cigarro. A sede da Rhodia Acetow está em Friburgo (Alemanha), mas também

25

opera diretamente em outras instalações de produção como no Brasil, na França e

na Rússia.

Abaixo, segue as quatros empresas com faturamentos superiores a 1 bilhão

de dólares - neste segmento no ano de 2012 (VIDAL, 2013).

FIGURA 5 - SITUAÇÃO FINANCEIRA DAS EMPRESAS DE ACETATO DE CELULOSE. FONTE: VIDAL (2013).

A Tabela 4 e a Tabela 5 ilustram as capacidades das empresas produtoras

de acetato de celulose com sua respectiva localização.

TABELA 4 - CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DAS PLANTAS NO ANO 2000 - EUROPA.

Empresa Localização Capacidade (1000 ton/ano)

Europa

Rhodia Acetol Isere, France 32

Rhodia Acetow Baden-Württemberg, 40

Germany

Acetati Piedmont, Italy 25

Acordis Spondon, UK 60

Lancaster, UK 12

Total Europa 169

FONTE: ICIS CHEMICAL BUSINESS (2000).

26

TABELA 5. CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DAS PLANTAS NO ANO 200 – ESTADOS UNIDOS E JAPÃO.

Estados Unidos

Celanese Narrows, VA

Rockhill, SC (comb) 250

Eastman Kingsport, TN 236

Primester Kingsport, TN 60

(Eastman/Rhodia jv)

Total EUA 546

Japão

Daicel Himeji 126

Teijin n/k 13

Total Japão 139

FONTE: ICIS CHEMICAL BUSINESS (2000).

Observa-se que o Brasil ainda não possui um produtor de grãos de acetato

de celulose e isso pode estar interligado com o custo da energia elétrica devido ao

alto consumo utilizado para a recuperação do ácido acético.

Isto é justificado pelo fato da eletricidade ser o principal custo na produção já

que representa 65% do custo variável para a obtenção de grãos de acetato,

conforme ilustrado abaixo (VIDAL, 2013).

FIGURA 6 – CUSTO VARIÁVEL DOS GRÃOS DE ACETATO DE CELULOSE. FONTE: VIDAL (2013)

27

E, infelizmente, o cenário brasileiro é de desvantagem se comparado a

outros produtores de acetato de celulose devido ao preço de eletricidade presente.

FIGURA 7 - CUSTO DA ELETRICIDADE INDUSTRIAL EM 2013. FONTE: VIDAL (2013).

Por exemplo, os Estados Unidos apresentam um melhor custo no

fornecimento de eletricidade, além do melhor serviço quando relacionado a

interrupções de fornecimento. Por isto, os EUA foram os responsáveis por cerca de

70% das exportações globais dos grãos e de 38% das fibras no ano de 2012.

(VIDAL, 2013).

28

FIGURA 8 - COMÉRCIO EXTERIOR DE GRÃOS E FIBRAS DE CELULOSE

FONTE: VIDAL (2013).

2.3 PREÇO NO MERCADO ATUAL

Em 1987, o preço para a resina moldável do diacetato de celulose estava

entre $3,64 e $4,71 por quilograma e para a mistura das resinas moldáveis entre

$4,16 e $4,71, conforme sua pureza e o número de ésteres butíricos (KIRK-

OTHMER, 2001).

TABELA 6 - PREÇO NA EUROMA EM DM/KG (VALORES EM DÓLAR).

Tipo / Ano 1993 1995 1998

Flocos puros 3.20-3.80 3.30-4.00 4.50-7.50

Resina moldável 7.70-7.75 6.75-7.70 5.00-7.25 FONTE: ICIS CHEMICAL BUSINESS (2000).

Existe uma grande variação dos preços médios para os grãos e fibras de

acetatos no comércio exterior do Brasil no ano de 2012: grãos a $ 2,85 por

quilograma e as fibras a $ 5,58 por quilograma. Neste mesmo cenário, a celulose

solúvel estava a $ 0,95 por quilo. (VIDAL, 2013)

29

De forma geral, cerca de uma tonelada de celulose solúvel produz 1,62

toneladas de grãos do acetato de celulose, revelando aproximadamente 400% de

agregação de valor relacionado entre a matéria-prima e o produto final. Já os grãos

e as fibras possuem uma agregação superior a 100%, conforme ilustrado abaixo

(VIDAL, 2013).

FIGURA 9 - PREÇOS RELATIVOS NA CADEIA DOS ACETATOS DE CELULOSE. FONTE: VIDAL (2013).

2.4 PERSPECTIVAS/PROJEÇÕES FUTURAS

Novas aplicações para os grãos de acetato de celulose já estão em

desenvolvimento e envolvem questões ambientais. Como exemplo disto, estão as

embalagens de origem renovável uma vez que revelam a importância por produtos

ecologicamente corretos o que aumenta o apelo renovável de produtos. (VIDAL,

2013)

O Brasil tem desenvolvido pesquisas neste ramo e é considerado como um

dos líderes nessa tendência já que possui centros tecnológicos de referência

mundial (VIDAL, 2013).

30

2.5 PRODUÇÃO

Tendo uma análise do mercado nacional e internacional, pode-se concluir

que a massiva produção de acetato de celulose visa abastecer a indústria de

cigarros. Como o crescimento mundial de produção/consumo de cigarro se localiza

principalmente na China e na Rússia, esses mercados seriam promissores

compradores. Porém será difícil conquista-lo pois a barata mão-de-obra e a

facilidade de compra na própria região nesses lugares deixaria o nosso produto com

um custo mais elevado. Com uma mudança no mercado favorável e com reduções

nos custos de produção, futuramente pode-se planejar exportar para estes locais.

Desta forma, a solução é investir no mercado interno e no Mercosul para

produção e venda de acetato de celulose. No Mercosul, Argentina e Paraguai seriam

os principais alvos de venda tendo em vista que a produção de cigarros legalizados

no primeiro gira em torno de 26 bilhões de unidades e 7 bilhões respectivamente.

No Brasil, a tabela seguinte mostra a produção de cigarros no ano de 2014.

Com base nessa tabela, a produção de cigarros no Brasil gira em torno de

72,7 bilhões de unidades. Os alvos para o mercado brasileiro seriam as industrias

Souza Cruz S/A, Phillip Morris Brasil Industrial e Comercio Ltda e a Golden Leaf

Tabacco Ltda.

31

TABELA 7 - PRODUÇÃO DE CIGARRO NO BRASIL.

FONTE: RECEITA FEDERAL (2015).

O peso do filtro de cigarro chega a ser 22% do peso total de uma unidade, e

este pesa em média 2,5 g, uma estimativa aproximada da produção no ano de 2014

de acetato de celulose destinada a fabricação de filtro de cigarro é de 40000 t/ano. A

importação de acetato de celulose pelo Brasil é dominada pelos Estados Unidos

com mais 15000 t/ano segunda a receita federal em 2014.

TABELA 8 - IMPORTAÇÃO PELO BRASIL DE ACETATO DE CELULOSE.

FONTE: ALICEWEB (2015).

Assim, pensando em agregar até 50% do mercado interno brasileiro e suprir

os produtores de cigarro competindo com um preço de sua matéria-prima em

relação a importação tem-se uma meta de produção de 20000 t/ano de acetato de

celulose com perspectiva de crescimento até 25000 t/ano em até 2 anos após

estabilidade econômica.

Período US$ FOB Peso Líquido (kg) Quantidade

01/2014 até 12/2014 44.353.870 15.206.891 0

01/2013 até 12/2013 47.339.257 15.538.758 0

01/2015 até 02/2015 5.181.249 1.788.058 0

32

3 LOCALIZAÇÃO DA PLANTA

O método das forças locacionais, foi utilizado para a escolha do local de

implantação da indústria e sua premissa revela que tanto os custos variáveis quanto

fixos provenientes da produção serão iguais em qualquer localização. A única

diferença estará presente no custo do frete e das forças locacionais.

Primeiramente uma pesquisa foi feita para buscar a localização dos

principais consumidores no Brasil de diacetato de celulose e encontram-se na tabela

abaixoErro! Fonte de referência não encontrada..

TABELA 9 - LOCALIZAÇÃO DOS PRINCIPAIS FABRICANTES NO BRASIL

EMPRESA LOCALIZAÇÃO

SOUZA CRUZ

Rio Negro (PR) (C1a)

Santa Cruz do Sul (RS) (C1b)

Blumenau (SC) (C1c)

Philip Morris Brasil Indústria e

Comércio Ltda Distrito Industrial Santa Cruz do Sul (RS) (C2)

GOLDEN LEAF TOBACCO Simões Filho, BA

BRASFUMO Indústria Brasileira de

Fumos S/A Venâncio Aires - RS

FONTE: RECEITA FEDERAL (2015).

Como a maior parte dos consumidores estão na Região Sul do país,

preferiu-se fornecer o produto aos que estão nesta localização. Além disto, o grupo

escolheu trabalhar diretamente apenas com as empresas SOUZA CRUZ e PHILIP

MORRIS uma vez que são os maiores fornecedores de cigarro no Brasil.

Uma outra pesquisa foi feita buscando os fornecedores de matéria-prima

próximos às regiões dos consumidores do produto final. Estes resultados encontram

na próxima tabela e revelam uma elevada concentração de fornecedores no estado

de São Paulo, com exceção da celulose solúvel que é produzida apenas pela Bahia

Speciality Cellulose no estado da Bahia e pelo grupo JARI que começou a operar no

ano de 2014.

33

TABELA 10 - FORNECEDORES DE MATÉRIA PRIMA PARA O PROCESSO E SUAS LOCALIZAÇÕES.

MATÉRIA PRIMA FORNECEDOR LOCALIZAÇÃO

Celulose solúvel (MP1) Bahia Speciality Cellulose Camaçari, BA

Ácido sulfúrico (MP2) Vale Fertilizantes Cubatão - SP

Acetato de sódio (MP3) AKSELL Indaiatuba - SP

Ácido Acético Glacial

(MP4) RHODIA POLIAMIDA Santo André - SP

Anidrido Acético (MP5) Trichem Chemical's Cotia - SP

Clorofórmio Cosmoquímica Barueri – SP

FONTE: Os Autores (2015).

A partir das cidades encontradas, compara-se a distância entre os

consumidores (C) do produto final com as matérias-primas utilizadas no processo,

gerando a tabela abaixo.

TABELA 11 - DISTÂNCIAS ENTRE FORNECEDORES E CONSUMIDORES (EM KM).

Rio Negro (PR)

Santa Cruz

do Sul (RS)

Blumenau (SC)

Santa Cruz (RS)

Camaçari (BA)

Cubatão (SP)

Indaiatuba (SP)

Santo André (SP)

Cotia (SP)

Barueri (SP)

Para C1a C1b C1c C2 MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 MP6

C1a 0 624 178 624 2461 508 545 553 510 513

C1b 624 0 591 0 3080 1127 1164 1173 1129 1265

C1c 178 591 0 591 2544 591 628 636 593 599

C2 624 0 591 0 3080 1127 1164 1173 1129 1265

MP1 2461 3080 2544 3080 0 2005 1974 1967 1976 2002

MP2 508 1127 591 1127 2005 0 186 43,6 96 104

MP3 545 1164 628 1164 1974 186 0 122 112 98,7

MP4 553 1173 636 1173 1967 43,6 122 0 77 47,9

MP5 510 1129 593 1129 1976 96 112 77 0 20

MP6 513 1265 599 1265 2002 104 98,7 47,9 20 0


34

Para definir o custo do frete da matéria-prima até uma certa cidade, foram

utilizados os valores do Portal Nacional de Seguros. Foi admitido R$0,59 o custo do

frete por quilômetro rodado, R$ 2,71 o preço do combustível e R$ 0,71 para o

pedágio, totalizando R$ 4,01 para as matérias-primas por quilômetro rodado. Já para

os consumidores, um adicional de 80,00% foi adicionado considerando a valorização

do produto final e assim uma tarifa de R$ 7,22 por quilômetro rodado.

Além disto, estimou-se a quantidade em toneladas de matéria-prima utilizada

por dia e a divisão de produção entre os consumidores (25,00% para cada um). Os

resultados estão na tabela abaixo.

TABELA 12 - QUANTIDADE DE MATÉRIAS-PRIMAS E PRODUTOS FINAIS DIÁRIAS (TON).

MATÉRIAS-PRIMAS CONSUMIDORES

MP1 39,350 C1a 16,026

MP2 0,787 C1b 16,026

MP3 1,317 C1c 16,026

MP4 30,982 C2 16,026

MP5 128,131 Produção 64,103

MP6 192


Agora, basta utilizar a equação abaixo para se determinar o custo de cada

frete, primeiramente quanto à matéria-prima e estes resultados encontram-se a

seguir.

Equação 1

TABELA 13 CUSTOS DE FRETES BASEANDO-SE NA MATÉRIA-PRIMA (EM REAIS) Para MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 MP6 C1a C1b C1c C2

MP1 0 316376 311484 310380 311800 315903 388330 486004 401427 486004

MP2 6328 0 587 138 303 16411 1603 3557 1865 3557

MP3 10425 982 0 644 591 15574 2878 6147 3317 6147

MP4 244376 5417 15157 0 9616 7558 68704 145731 79015 145731

MP5 1015279 49325 57546 39769 0 3156 262041 580086 304687 580086

MP6 1541380 80072 75991 36879 15398 0 394969 973949 461182 973949

Total1 1276408 372100 384775 350930 322310 358602 723555 1221525 790310 1221525

% 18,18% 5,30% 5,48% 5,00% 4,59% 5,11% 10,30% 17,40% 11,25% 17,40%


35

Agora, quanto aos consumidores:

Equação 2

TABELA 14 - CUSTOS DE FRETES BASEANDO-SE NOS CONSUMIDORES (EM REAIS).

Para MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 MP5 C1a C1b C1c C2

C1a 284673 58762 63042 63968 58994 59341 0 72180 20590 72180

C1b 356275 130364 134644 135685 130596 146327 72180 0 68363 0

C1c 294274 68363 72643 73569 68595 69289 20590 68363 0 68363

C2 356275 130364 134644 135685 130596 146327 72180 0 68363 0

Total2 1291499 387854 404974 408907 388780 421284 164951 140544 157316 140544

% 33,06% 9,93% 10,37% 10,47% 9,95% 10,78% 4,22% 3,60% 4,03% 3,60%

FONTE: Os Autores (2015)

Logo, diversas conclusões são obtidas através destas tabelas. Percebe-se

localizações concentradas no estado de São Paulo. Além disto, as cidades de

Camaçari (BA) e Santa Cruz do Sul (SP) foram as que apresentaram menores

custos para os valores de frete de matérias-primas. Quanto aos consumidores,

observa-se menores custos de fretes para a venda foram para as cidades de Santa

Cruz do Sul (RS) e Blumenau (SC).

Ao realizar o somatório das duas tabelas anteriores, tem-se a tabela abaixo.

TABELA 15 CUSTOS TOTAIS DE FRETES. MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 MP6 C1a C1b C1c C2

Camaçari

(BA)

Cubatão

(SP)

Indaiatuba

(SP)

Santo

André

(SP)

Cotia

(SP)

Barueri

(SP)

Rio

Negro

(PR)

Santa

Cruz do

Sul (RS)

Blumenau

(SC)

Santa

Cruz

(RS)

Total

Geral

2567906 759955 789749 759837 711090 779886 888506 1362069 947627 1362069

23,50% 6,95% 7,23% 6,95% 6,51% 7,14% 8,13% 12,46% 8,67% 12,46%


A partir deste somatório, observa-se que o menor custo para a compra de

matéria-prima e de venda de produto está presente primeiramente por Cotia (SP),

seguido por Santo André (SP) e empatado com Cubatão (SP). Devido à isto, o grupo

optou pela cidade de Cotia.

36

4 DEFINIÇÃO DO NOME DA EMPRESA E DO LOGOTIPO

“Acel Brasil LTDA” foi o nome escolhido para a empresa deste projeto,

sendo que o A representa o acetato e o cel a celulose. Além disto, o grupo optou

pelo tipo de empresa limitada (LTDA) por ser considerado a presença de vários

sócios contribuindo com moeda ou bens avaliados em dinheiro, além de terem

responsabilidade do capital total e também respondem por sua integralização.

Os dois círculos verdes do logotipo representam a continuidade de produção

do acetato de celulose no Brasil e também o uso de novas aplicações que

colaboram com o meio ambiente, de forma ecológica conforme pesquisas já vem

sendo feitas neste segmento. O logotipo da empresa está mostrado na figura abaixo.

FIGURA 10. LOGOTIPO DA EMPRESA DO PROJETO DE ACETATO DE CELULOSE. FONTE: Os Autores (2015).

37

5 ROTAS DE PRODUÇÃO

O acetato de celulose é obtido da celulose por meio de processo de

acetilação, onde os grupos hidroxila são substituídos por grupos acetila. De maneira

geral, as rotas industriais disponíveis para a fabricação de acetato de celulose

consistem em etapas de pré-tratamento, acetilação da celulose, hidrólise do

triacetato de celulose, para formar acetatos com diferentes graus de substituição, e

pós-tratamento do produto final. Diferem apenas com o tipo de reação (homogênea

e heterogênea) e com o tipo de solvente utilizado no processo de acetilação da

celulose, sendo três tipos, denominados como: Processo com Ácido Acético,

Processo com Diclorometano e Processo Heterogêneo (STEINMEIER, 2004).

5.1 PROCESSO HETEROGÊNEO

No processo heterogêneo, a celulose reage com anidrido acético e ácido sulfúrico na

presença de um não solvente (éter de petróleo ou tolueno) formando triacetato de

celulose, resultando em um produto final na forma de fibra (STEINMEIER, 2004).

Neste tipo de processo o triacetato de celulose não pode ser hidrolisado

(ULLMANN’S, 2011). Como queremos produzir acetato de celulose com grau de

substituição 2,5, obtido após hidrólise, essa rota não é válida para a obtenção do

produto final desejado.

5.2 PROCESSO COM ÁCIDO ACÉTICO

Neste processo, polpa de madeira ou linter de algodão, altamente

purificados, são usados como matéria prima celulósica. A celulose é ativada em uma

etapa de pré-tratamento.

38

Na etapa de acetilação subsequente, são adicionados à celulose o anidrido

acético, ácido acético e ácido sulfúrico como catalisador da reação de esterificação.

Então é formado o triacetato de celulose.

Há, então, uma etapa de hidrólise, onde a adição de água ao triacetato de

celulose hidrolisa parcialmente os grupos de ésteres para resultar no acetato de

celulose com o grau de substituição desejado.

Posteriormente, água é adicionada novamente à solução para a precipitação

e separação do acetato de celulose. O solvente remanescente e as impurezas são

removidas na etapa de purificação. Então, em uma etapa de secagem, o acetato de

celulose pronto para a venda é obtido. O ácido acético diluído, subproduto gerado na

etapa de purificação, é concentrado e reciclado ou usado como matéria prima para a

produção de anidrido acético.

5.3 PROCESSO COM DICLOROMETANO

O processo com diclorometano usado como solvente tem etapas

semelhantes às do processo com Ácido Acético. Usando as mesmas fontes de

matéria prima, a etapa de pré-tratamento consiste nos mesmos procedimentos:

secagem da fonte celulósica e ativação.

Posteriormente, a acetilação ocorre, onde o diclorometano atua como

solvente ao invés do ácido acético. O diclorometano tem ponto de ebulição de 41°C,

e por isso, dentro do reator de acetilação ele vaporiza, é retirado, condensado,

resfriado e inserido novamente no reator, permitindo que a temperatura interna do

reator seja mais facilmente controlada, uma vez que a reação é exotérmica

(ULLMANN’S, 2011).

As etapas de hidrólise e pós-tratamento seguem da mesma maneira que no

processo com ácido acético. Água é adicionada para obter-se o grau de substituição

desejado e posteriormente os flocos de acetato de celulose são precipitados,

purificados e separados da solução aquosa. O diclorometano presente na solução

39

aquosa residual é recuperado facilmente, uma vez que é insolúvel em água

(ULLMANN’S, 2011)

40

6 ROTA DE PRODUÇÃO ADOTADA

A TABELA 16 apresenta as vantagens e desvantagens dos processos com

ácido acético e com diclorometano, comparativamente. Realizada uma análise entre

essas vantagens e desvantagens, foi determinada a rota para o processo de

produção ao qual este relatório se refere. A rota escolhida foi a do Processo com

Ácido Acético, devido ao seu uso industrial intenso, custos mais baixos e obtenção

de produto com igual qualidade.

TABELA 16 - COMPARAÇÃO ENTRE O PROCESSO COM ÁCIDO ACÉTICO E O PROCESSO COM DICLOROMETANO.

Processo com Ácido Acético Processo com Diclorometano

Uso industrial comum (STEINMEIER, 2004).

Últimas indústrias fechadas em 2003 (STEINMEIER, 2004).

Custo de produção e investimento de capital mais

baixos do que no processo com diclorometano (STEINMEIER,

2004).

Custo de produção e investimento de capital mais altos

que no processo com ácido acético (STEINMEIER, 2004).

Ácido acético é menos efetivo na solubilização do triacetato de

celulose formado na etapa de acetilação, entretanto, melhorias do processo com o decorrer dos

anos fez com que o produto tivesse igual qualidade que o produto gerado no processo

com diclorometano (STEINMEIER, 2004).

Diclorometano é mais efetivo na solubilização do triacetato de celulose formado na etapa de

acetilação, levando a uma maior qualidade do produto final

(STEINMEIER, 2004).

Utiliza de 2 a 15% em massa de catalisador. (ULLMANN’S,

2011).

Utiliza 1% em massa de catalisador, por ser um melhor solvente do que o ácido acético

(ULLMANN’S, 2011).

Praticamente todo o ácido acético residual pode ser

recuperado (ULLMANN’S).

Apenas entre metade e um terço de ácido acético residual pode ser recuperado (ULLMANN’S).

FONTE: Os Autores (2015)

6.1 DIAGRAMA DE BLOCOS

41

FIGURA 11. DIAGRAMA DE BLOCOS PARA A ROTA ADOTADA - ÁCIDO ACÉTICO. FONTE: Os Autores, 2015.

6.2 DESCRITIVO DO PROCESSO

A polpa de celulose usada como matéria prima para o processo de acetilação deve

ter as especificações demonstradas na Erro! Fonte de referência não encontrada..

42

TABELA 17 - CARACTERÍSTICAS DA POLPA DE CELULOSE QUE PODE SER UTILIZADA NO PROCESSO.

Propriedade Valor

α-celulose, min % 95,6

Umidade, % 5,8

Pentosanas, max % 2,1

Viscosidade cupramônio, cP 1100 – 4000

Viscosidade intrínseca, dL/g 5,5 – 7,5

Éter extraível, max % 0,15

Cinzas, max % 0,08

Ferro, max ppm 10

FONTE: KIRK-OTHMER (2001)

Celulose solúvel, como a fornecida pela Bahia Specialty Cellulose/Copener,

é alimentada a um triturador, onde passará da forma de folhas para pequenos

pedaços, facilitando sua entrada no próximo equipamento

6.2.1 Ativação da celulose

Em um tanque de mistura são alimentados ácido acético glacial, e a polpa

de celulose. O ácido acético incha as fibras da celulose, alterando as ligações do

hidrogênio, solubilizando-a e promovendo uma melhor área superficial para a

reação. A ativação deve ocorrer a 45°C e o aquecimento do tanque é feito com

encamisamento, através de fluido de aquecimento. A polpa com altos teores de alfa-

celulose, leva três horas para completa ativação (RAYONIER INC, 1947). Deste

modo, a ativação é operada em batelada. Entretanto, são usados três tanques em

paralelo, que operam alternadamente, mantendo o processo contínuo.

6.2.2 Acetilação

43

Após a ativação, a celulose segue para o reator de acetilação. Este reator é

um CSTR com tempo de residência de 2,8 horas. Também entram no reator o

anidrido acético, o ácido acético e o ácido sulfúrico.

Como todas as substâncias que entram no reator possuem uma certa

quantidade de água, acontece inicialmente a reação espontânea e exotérmica entre

o anidrido acético e a água, formando ácido acético, conforme mostrado na Erro!

Fonte de referência não encontrada..

FIGURA 12 - REAÇÃO DA ÁGUA COM ANIDRIDO ACÉTICO, FORMANDO ÁCIDO ACÉTICO. FONTE: OS AUTORES (2015).

Em seguida, ocorre a reação de acetilação, onde os grupos hidroxila da

celulose são substituídos por grupos acetila do anidrido acético, com auxílio do ácido

sulfúrico, que atua como catalisador, formando triacetato de celulose. O ácido

sulfúrico é alimentado na quantidade de 15% com relação à celulose. A reação é

demonstrada na Erro! Fonte de referência não encontrada.. O ácido acético

alimentado atua como solvente da celulose e do triacetato de celulose formado.

FIGURA 13 - REAÇÃO DE ACETILAÇÃO DA CELULOSE.

FONTE: DAICEL (2015).

A reação de acetilação também é exotérmica. Para a manutenção da

temperatura ideal no reator, de 45 °C, o reator possuirá uma serpentina interna,

onde passará fluido refrigerante constantemente, evitando assim a degradação da

celulose e do acetato de celulose.

Na saída do reator, a reação é parada com a adição de água, que reage

com o anidrido acético restante.

44

A mistura reacional, formada essencialmente de acetato de celulose, ácido

acético e ácido sulfúrico, é enviada ao reator de hidrólise, onde obtém-se o grau de

substituição desejado para o acetato de celulose.

6.2.3 Hidrólise

No reator de hidrólise, água é adicionada até a proporção de 8% em massa.

Então ocorre a reação demonstrada na figura abaixo, com a produção do acetato de

celulose, no grau de substituição desejado, e ácido acético.

FIGURA 14. REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO ACETATO DE CELULOSE. FONTE: DAICEL (2015).

O reator é mantido em 60 °C, com aquecimento em serpentina interna.

Quando atingido o grau de substituição desejado, nove horas após a alimentação de

água, a reação é interrompida com adição de solução de acetato de sódio, que

neutraliza o catalisador rapidamente. Este reator opera em batelada, porém o

processo continua a ser contínuo pois operam três reatores iguais alternadamente.

6.2.4 Precipitação

A solução de saída do tanque de hidrólise é enviada ao precipitador, onde

uma solução aquosa com 15% de ácido acético é adicionada, diluindo a solução de

hidrólise até o ponto de precipitação. Juntamente com agitação vigorosa, o acetato

de celulose precipita rapidamente na forma de flocos e uma grande quantidade de

45

impurezas, como os sais formados na neutralização do catalisador, são removidas

(STEINMEIER, 2004).

Experimento Para Determinação da Quantidade de Mistura Precipitadora

A quantidade de mistura de água e ácido acético necessária para a

precipitação foi verificada através de um experimento simples. Como fonte de

acetato de celulose, foi usado filtro de cigarro, que contém 70% de acetato de

celulose. Três filtros de cigarro foram separados do cigarro, retirou-se o papel

que os envolviam, e foram pesados separadamente, resultando em uma massa

de 13 g cada.

Parte 1) em um dos filtros foi adicionado cerca de 0,001 mL de água e 0,26 mL

de ácido acético. Com a adição do ácido, o filtro se desmanchou formando o

líquido viscoso no fundo do béquer. No entanto, na tentativa de dissolver todo o

acetato de celulose nessa pequena quantidade de líquido, forma-se uma pasta

bem viscosa. As imagens desta etapa estão mostradas na figura abaixo.

FIGURA 15. A – SITUAÇÃO APÓS ADIÇÃO DE ÁCIDO ACÉTICO E ÁGUA NO FILTRO DE CIGARRO, ONDE HÁ UM FLUIDO VISCOSO NO FUNDO DO BÉQUER. B – SITUAÇÃO APÓS MISTURA DAS SUBSTÂNCIAS, ONDE HOUVE A FORMAÇÃO DE UMA PASTA. FONTE: Os Autores (2015).

Posteriormente, foi adicionado mais ácido acético, cerca de 1 mL, nessa

pasta, até obter-se um líquido menos viscoso. Então, foi adicionado 1 mL de

água, de 0,2 em 0,2 mL. Com isso, o acetato precipitou, porém na forma de

46

minúsculos flocos, precipitando em maior quantidade com a adição de 1 mL de

água.

Parte 2) O início desta parte do experimento ocorreu da mesma maneira que a

Parte 1, onde um novo filtro recebeu água e ácido acético, formando a pasta

mostrada na figura anterior. B. Mantendo-se as proporções de ácido acético e

água, foi adicionado 0,2 mL de água destilada. Então, a pasta que estava

aderida ao béquer precipitou, na forma de flocos finos, parecidas com películas

de cola quando secas. O resultado obtido está mostrado na figura a seguir.

Parte 3) O início desta parte do experimento também ocorreu da mesma

maneira que a Parte 1, ou seja, um novo filtro de cigarro recebeu ácido acético

e água, formando uma pasta. Então foram adicionados 0,3 mL de uma solução

de ácido acético e água, sendo 15% de ácido acético. Deste modo, obteve-se

um floco mais úmido, provavelmente com mais ácido acético em seu interior, e

de tamanho maior. Também foi obtida alguma quantidade de flocos finos. Os

flocos formados estão mostrados na FIGURA 17.

FIGURA 16. FLOCOS PRECIPITADOS APÓS EXPERIMENTO DA PARTE 2. FONTE: Os Autores (2015).

47

FIGURA 17. FLOCOS PRECIPITADOS APÓS EXPERIMENTO DA PARTE 3. FONTE: Os Autores (2015).

Com estes experimentos, foi possível observar que a quantidade de solução

de ácido acético e água que deve ser adicionada para a obtenção de um floco

grande é cerca de 3 vezes maior do que a quantidade de acetato de celulose a ser

precipitado, na proporção de 15% de ácido acético. Além disso, observou-se que a

precipitação é instantânea, a 25°C.

Para minimização dos flocos finos, uma prática comum é extrusar a corrente

que sai do tanque de hidrólise na corrente de ácido acético diluído, que funcionaria

como uma faca, resultando em uma partícula grossa e de fácil lavagem

(HANDBOOK OF FIBER CHEMISTRY, 2006).

6.2.5 Lavagem

Devido à estrutura porosa dos flocos de acetato de celulose, os flocos saem

da etapa de precipitação saturados com ácido acético. Esse ácido deve ser

removido durante intensa lavagem com água. Para isso, a suspensão de acetato de

celulose é enviada a um filtro tambor rotativo (GENEVRAY E ROBIN, 1969), onde os

flocos são lavados com água e filtrados. Os flocos sólidos são retirados e o líquido

com alta quantidade de ácido acético é removido e enviado para a recuperação. Um

filtro de tambor rotativo está mostrado na figura abaixo.

48

FIGURA 18. EXEMPLO DE FILTRO DE TAMBOR ROTATIVO. FONTE: LUZ et al. (2010).

6.2.6 Prensa e secagem

Em uma prensa, os líquidos restantes nos flocos são eliminados e, devido ao

teor de ácido acético ainda presente, enviados à recuperação. Os flocos de acetato

de celulose são levados a um secador de esteira, onde serão secos até o teor de

umidade desejado pelo consumidor final, que deve estar entre 1 a 5%, para evitar a

degradação do material (STEINMEIER, 2004).

6.2.7 Recuperação de ácido acético

As correntes liquidas que saem do filtro e da prensa são ricas em ácido

acético. Para reaproveitamento desse ácido acético no processo, o ácido é separado

da água. A mistura de ácido acético e água é azeotrópica, e deve ser separada com

um uso de um solvente. Foi escolhido o clorofórmio como solvente, devido à grande

quantidade de informações disponíveis sobre a separação ocorrendo com esse

solvente. Inicialmente, a corrente de ácido acético diluído é enviada a um vaso de

armazenamento, para garantir o funcionamento dos equipamentos de separação

caso haja uma parada dos equipamentos de filtração e prensagem. Então, é

49

adicionado clorofórmio em linha e são misturados em um misturador de linha. Então,

a corrente já com solvente é levada a um decantador onde há a separação. A água

com um pequeno teor de clorofórmio e ácido acético é retirada pela lateral do

decantador e enviado ao tratamento. O clorofórmio com ácido acético é retirado pelo

fundo e enviados à destiladora, onde ocorrerá a separação dos dois componentes.

Na destiladora, o ácido acético é recuperado no fundo e água e clorofórmio

restantes saem pelo topo. Essa mistura de topo é enviada a uma segunda

destiladora que separa o clorofórmio para retorno no processo e a água, saindo

água pelo fundo e clorofórmio pelo topo.

50

7 DEFINIÇÃO DE FONTES PARA O PROCESSO

7.1 ENERGIA, ÁGUA E TRANSPORTE

A água utilizada na planta será da Bacia Paranapanema que é a maior do

estado e suas especificações estão descritas no item referente aos resíduos

gerados.

A energia elétrica para a cidade de Cotia é feita através de distribuição de

AES Eletropaulo que atendem cerca de 24 municípios no estado de São Paulo e é

considerada a maior no ramo de distribuição na região da América Latina.

O transporte de mercadorias será feito com o auxílio de empresa do ramo da

logística, terceirizando este setor. A Cargolift foi escolhida pois aceita trabalhar com

todo tipo de carga e é certificada para isto, garante pontualidade em seus serviços e

qualidade. Além disto, está presente com filiais em estados que estão as matérias-

primas e consumidores estão presentes.

7.2 MATÉRIAS-PRIMAS

Os produtores de matérias-primas (MP) selecionados pela equipe para o processo

encontram-se na TABELA 18.

TABELA 18 - FORNECEDORES DE MATÉRIA PRIMA PARA O PROCESSO.

MATÉRIA PRIMA FORNECEDOR

Celulose Bahia Speciality Cellulose

Ácido sulfúrico Vale Fertilizantes

Acetato de sódio AKSELL

Ácido Acético Glacial RHODIA POLIAMIDA

Anidrido Acético Trichem Chemical's

Clorofórmio Cosmoquímica


51

7.3 MÃO-DE-OBRA

Por turno, os funcionários da fábrica são divididos da seguinte forma:

14 Operadores (incluindo o turno folguista): é necessário 1 destinado às áreas

de matéria prima, produto final e área de separação; 1 para trabalhar no

tanque de ativação e reatores de acetilação e de hidrólise; 1 para operar o

sistema supervisório ou PCP (Planejamento e Controle de Produção);

2 Seguranças;

1 Brigadista.

Para o horário administrativo, são divididos nas seguintes categorias:

Mecânicos: é necessário 1 instrumentista e 1 eletricista;

1 Analista Químico;

1 Engenheiro Químico;

1 Gerente de operação;

1 Técnico de segurança;

1 Técnico de laboratório;

5 Funcionários para Serviços Gerais (Limpeza, Portaria e Recepção);

Administrativos: necessário 6 pessoas, subdividindo-se nas áreas de

secretaria, PCP, contabilidade, almoxarifado, compras e 2 vendedores;

1 Diretor;

2 Estagiários.

Como são 3 turnos de produção, a planta totaliza cerca de 36 funcionários.

.

52

8 MODELOS TERMODINÂMICOS DO PROCESSO

No processo de produção do acetato de celulose, não há a presença de correntes

trabalhando em altas temperaturas e pressões. No reator de acetilação, trabalha-se

com grande excesso de ácido acético como solvente, o que aumenta a idealidade do

sistema. A presença de ácido sulfúrico e de ácido acético faz com que o sistema

libere eletrólitos. Usando NRTL com os parâmetros binários e par, o modelo pode

representar sistemas de eletrólitos aquosos. Este modelo pode calcular os

coeficientes de atividade para as espécies iónicas e espécies moleculares em

sistemas de electrólitos aquosos, bem como em sistemas de solventes mistos de

electrólitos.

Deste modo, conclui-se que o uso dos modelos termodinâmicos para

líquidos escolhido foi ELETRNRTL para as destiladoras pois é um modelo versátil

para o cálculo dos coeficientes de atividade.e se faz satisfatório para os cálculos

termodinâmicos necessários, sendo que para os parâmetros faltantes formam

estimados pelo modelo UNIFAQ.

53

9 BALANÇO DE MASSA

Para desenvolver o balanço de massa, o software Microsoft Office Excel foi

utilizado, com o auxílio da ferramenta “atingir metas” para assim obter a produção

desejada. Como descrito anteriormente, a produção anual da planta é de 20.000

toneladas por ano comportando metade do mercado brasileiro. A produção diária é

de cerca de 64,103 ton/dia.

As massas molares utilizadas nos cálculos encontram-se na TABELA abaixo.

TABELA 19 MASSAS MOLARES DOS COMPONENTES DO PROCESSO

Componente Massa molar

Celulose 162,141

Acetato de sódio 82,034

Ácido Acético Glacial 60,052

Ácido Sulfúrico 98,078

Água 18,015

Anidrido Acético 102,089

Clorofórmio 119,320

Triacetato de celulose 288,251

Diacetato de celulose 283,232

Sulfato de sódio 142,042


Diversas hipóteses e considerações foram feitas para facilitar a elaboração do

balanço de massa e estão descritas abaixo. E na sequência, encontram-se os

resultados do balanço de massa.

9.1 CONSIDERAÇÕES PARA TODAS AS ETAPAS

As purezas dos reagentes do processo foram: 99,80% para o ácido acético e

para o clorofórmio; 98,00% para o ácido sulfúrico; 95,50% para o anidrido acético e

98,00% para o acetato de sódio.

54

9.2 PRÉ-TRATAMENTO

A corrente de entrada de celulose solúvel foi admitida que estava com cerca

de 5,80 % em massa de umidade em sua composição.

A corrente de entrada de ácido acético é definida como 22,11% da corrente

de entrada da celulose solúvel.

9.3 ETAPA DA REAÇÃO DE ACETILAÇÃO

A corrente de ácido acético foi feita para 42,42 % em massa da corrente total

de entrada.

A corrente de ácido sulfúrico entra no reator de acetilação e é referente a

2,00% em massa da corrente de celulose.

O anidrido acético entrou no reator RT-01 com cerca de 30,00% de excesso

(massa) com relação à celulose.

Na reação de acetilação, o único reagente restante foi o anidrido acético e a

celulose foi admitida como reagente limitante com conversão completa e tendo o

mesmo número de mol ao que foi produzido de triacetato de celulose.

9.4 ETAPA DA REAÇÃO DE HIDRÓLISE

A quantidade de acetato de sódio necessária é obtida a partir do mesmo

número de mols de ácido sulfúrico para então neutralizá-lo.

A água utilizada para a hidrólise do triacetato de celulose esteve presente

com 8,00% de excesso em mol para a ocorrência da reação.

55

9.5 ETAPA DE PURIFICAÇÃO DO PRODUTO

Considerou-se que a água contém 94,74% da massa total da corrente 01.

Após a mistura das correntes das correntes, o ácido acético contém a

quantidade em massa que respeita as condições de processo – entre 10,00 e

15,00%.

A corrente de água utilizada no filtro é apenas 60,00% em massa da

corrente 01 de entrada da celulose.

Através desta filtração, cerca de 80,00% do ácido acético e de água e

100,00% do sulfato de sódio são direcionados à unidade de recuperação do ácido

acético.

Com o auxílio da centrífuga, o diacetato de celulose estará com 94,00% de

pureza na corrente 60.

O secador SC-02 reduz o teor de umidade do produto final para a obtenção

de uma celulose com 97,00% de pureza.

A seguir, encontram-se os resultados do balanço de massa.

56

9.6 RESULTADOS

TABELA 20 VAZÕES E COMPOSIÇÕES DAS CORRENTES DO PROCESSO

Correntes Componente Vazão

mássica (kg/h)

Fração mássica

Vazão molar (kmol/h)

Fração molar

1

Celulose 1637,12 0,95 10,10 0,68

Ác. Acético 0 0 0 0

An.Acético 0 0 0 0

Ác. Sulfúrico 0 0 0 0

Água 86,16 0,050 4,78 0,321

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 0 0 0 0

Sulf. De Sódio 0 0 0 0

Total 1723,29 1 14,88 1

2, 3, 4 e 5

Celulose 1637,12 0,950 10,10 0,679


An.Acético 0 0 0 0


Água 86,16 0,050 4,78 0,321

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 1723,29 1 14,88 1

6

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 2222,15 0,998 37,00 0,993

An.Acético 0 0 0 0


Água 4,45 0,002 0,25 0,007

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 2226,61 1 37,25 1

7, 8, 9 e 10

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 360,17 0,998 6,00 0,993

An.Acético 0 0 0 0


Água 0,72 0,002 0,04 0,007

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 360,89 1 6,04 1

57



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

11, 12, 13, 14, 15

e 16

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 51,48 1 2,86 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 51,48 1 2,86 1

17, 18, 19, 20 e

21

Celulose 1637,12 0,786 10,10 0,483

Ác. Acético 360,17 0,173 6,00 0,287

An.Acético 0 0 0 0


Água 86,89 0,042 4,82 0,231

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 2084,17 1 20,92 1

22

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 687,59 0,998 11,45 0,993

An.Acético 0 0 0 0


Água 1,38 0,002 0,08 0,007

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 688,97 1 11,53 1

23 e 24

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0

Ác. Sulfúrico 245,568 0,980 2,504 0,900

Água 5,012 0,020 0,278 0,100

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 250,580 1 2,782 1


Total 6498,063 1 77,018 1

58



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

25 e 26

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 6205,650 0,955 60,787 0,789


Água 292,413 0,045 16,231 0,211

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 6498,063 1 77,018 1

27 e 28

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 37810 1 2100,56 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 37810 1 2100,556 1

29 e 30

Celulose 49,114 0,01 0,303 0,00

Ác. Acético 5383,506 0,57 89,647 0,80

An.Acético 1020,472 0,11 9,996 0,09

Ác. Sulfúrico 245,568 0,03 2,504 0,02

Água 0 0 0 0,00

Triacetato 2823,130 0,30 9,794 0,09

Diacetato 0 0 0 0



Total 9521,790 1 112,244 1

31

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 9154,330 1 508,574 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 9154,330 1 0 1

59



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

32 e 33

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 225,100 1 12,495 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 225,100 1 12,495 1

34, 35, 36 e 37

Celulose 49,114 0,005 0,303 0,002

Ác. Acético 6584,060 0,676 109,639 0,879

An.Acético 0 0 0 0

Ác. Sulfúrico 245,568 0,025 2,504 0,020

Água 45,020 0,005 2,499 0,020

Triacetato 2823,130 0,290 9,794 0,079

Diacetato 0 0 0 0



Total 9746,891 1 124,739 1

38, 39, 40 e 41

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 50,259 1 2,790 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0


Sulf. De Sódio 0 0 0,000 0

Total 50,259 1 2,790 1

42, 43, 44 e 45

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 0 0 0 0

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 431,333 1 5,258 1


Total 431,333 1 5,258 1

60



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

46, 47, 48, 49, 50

e 51

Celulose 0,00 0 0 0

Ác. Acético 0,00 0 0 0

An.Acético 0,00 0 0 0

Ác. Sulfúrico 0,00 0 0 0

Água 431,33 1 23,96295025 1

Triacetato 0,00 0 0 0

Diacetato 0,00 0 0 0

Ac. De Sódio 0,00 0 0 0

Sulf. De Sódio 0,00 0 0 0

Total 431,33 1 23,96295025 1

52, 53, 54, 55 e

56

Celulose 49,114 0,005 0,303 0,002

Ác. Acético 7178,851 0,702 119,544 0,900

An.Acético 0 0 0 0


Água 7,058 0,001 0,392 0,003

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 2615,000 0,256 9,794 0,074

Ac. De Sódio 20,540 0,002 0,250 0,002

Sulf. De Sódio 355,646 0,035 2,504 0,019

Total 10226,208 1 132,787 1

57

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 7845 1 435,463 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 7845 1 435,463 1

58

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 1174,397 0,998 19,556 0,993

An.Acético 0 0 0 0


Água 2,354 0,002 0,131 0,007

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 1176,750 1 19,687 1

61



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

59

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 1174,397 0,130 19,556 0,043

An.Acético 0 0 0 0


Água 7847,354 0,870 435,594 0,957

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 9021,750 1 455,150 1

60 e 61

Celulose 49,114 0,003 0,303 0,001

Ác. Acético 8353,248 0,434 139,100 0,237

An.Acético 0 0 0 0


Água 7854,411 0,408 435,986 0,742

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 2615,000 0,136 9,794 0,017

Ac. De Sódio 20,540 0,001 0,250 0,000

Sulf. De Sódio 355,646 0,018 2,504 0,004

Total 19247,958 1 587,937 1

62

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 1033,972 1 57,394 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 1033,972 1 57,394 1

63 e 64

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 7517,923 0,474 125,190 0,219

An.Acético 0 0 0 0


Água 7999,545 0,505 444,042 0,777

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 18,486 0,001 0,225 0,000

Sulf. De Sódio 320,081 0,020 2,253 0,004

Total 15856,035 1 571,711 1

62



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

65

Celulose 49,114 0,011 0,303 0,004

Ác. Acético 835,325 0,189 13,910 0,189

An.Acético 0 0 0 0


Água 888,838 0,201 49,338 0,670

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 2615,000 0,591 9,794 0,133

Ac. De Sódio 2,054 0,000 0,025 0,000

Sulf. De Sódio 35,565 0,008 0,250 0,003

Total 4425,895 1 73,620 1

66 e 67

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 751,792 0,474 12,519 0,219

An.Acético 0 0 0 0


Água 799,954 0,505 44,404 0,777

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 1,849 0,001 0,023 0,000

Sulf. De Sódio 32,008 0,020 0,225 0,004

Total 1585,603 1 57,171 1

68

Celulose 49,114 0,017 0,303 0,018

Ác. Acético 83,532 0,029 1,391 0,085

An.Acético 0 0 0 0


Água 88,884 0,031 4,934 0,300

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 2615,000 0,921 9,794 0,595

Ac. De Sódio 0,205 0,000 0,003 0,000

Sulf. De Sódio 3,556 0,001 0,025 0,002

Total 2840,292 1 16,449 1

70

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 75,179 0,484 1,252 0,220

An.Acético 0 0 0 0


Água 79,995 0,516 4,440 0,780

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 155,175 1 5,692 1

63



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

71 e 72

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 279,520 1 15,529 1

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Total 279,52 1 15,529 1

73

Celulose 49,114 0,018 0,303 0,028

Ác. Acético 8,353 0,003 0,139 0,013

An.Acético 0 0 0 0,000

Ác. Sulfúrico 0 0 0 0,000

Água 8,888 0,003 0,493 0,046

Triacetato 0 0 0 0,000

Diacetato 2615,000 0,974 9,794 0,910

Ac. De Sódio 0,205 0,000 0,003 0,000

Sulf. De Sódio 3,556 0,001 0,025 0,002

Total 2685,117 1 10,757 1,000

74

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 8269,716 0,474 137,709 0,219

An.Acético 0 0 0 0


Água 8799,499 0,505 488,446 0,777

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 20,334 0,001 0,248 0,000

Sulf. De Sódio 352,089 0,020 2,479 0,004

Clorofórmio 0 0 0 0

Total 17441,638 1 628,882 1

75

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 8269,716 0,474 137,709 0,219

An.Acético 0 0 0 0


Água 8799,499 0,505 488,446 0,777

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 20,334 0,001 0,248 0,000

Sulf. De Sódio 352,089 0,020 2,479 0,004


Total 17441,638 1 628,882 1

64


Correntes Componente

Vazão mássica

(kg/h)

Fração mássica


Fração molar

76 e 77

Celulose 0 0 0 0


An.Acético 0 0 0 0


Água 80 0,01 4,4407 0,0627

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0



Clorofórmio 7920,0000 0,9900 66,3761 0,9373

Total 8000,0000 1 70,8168 1

78

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 8269,7155 0,3250 137,7092 0,1968

An.Acético 0 0 0 0


Água 8879,4991 0,3490 492,8865 0,7044

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 20,3343 0,0008 0,2479 0,0004

Sulf. De Sódio 352,0894 0,0138 2,4788 0,0035

Clorofórmio 7920,0000 0,3113 66,3761 0,0949

Total 25441,6382 1 699,6986 1

79

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 687,2282 0,0780 11,4439 0,0257

An.Acético 0 0 0 0


Água 7754,6494 0,8803 430,4480 0,9681

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 17,7583 0,0020 0,2165 0,0005

Sulf. De Sódio 307,4869 0,0349 2,1648 0,0049

Clorofórmio 42,4215 0,0048 0,3555 0,0008

Total 8809,5444 1 444,6286 1

80 e 81

Celulose 0 0 0 0

Ác. Acético 9105,9710 0,6065 151,6348 0,6397

An.Acético 0 0 0 0


Água 762,5690 0,0508 42,3290 0,1786

Triacetato 0 0 0 0

Diacetato 0 0 0 0

Ac. De Sódio 2,5759 0,0002 0,0314 0,0001

Sulf. De Sódio 44,6025 0,0030 0,3140 0,0013

Clorofórmio 5098,7460 0,3396 42,7317 0,1803

Total 15014,4644 1 237,0408 1

65



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

82 e 83

Água 11,854 0,001 0,658 0,005

Ácido acético 8444,663 0,999 140,623 0,995


Total 8456,517 1 141,281 1

84

Água 5,927 0,001 0,329 0,002

Ácido acético 4222,332 0,999 70,311 0,498


Total 4228,259 1 70,640 1

85 e 86

Água 25448 1 1412,577087 1

Ácido acético 0 0 0

Clorofórmio 0 0 0

Total 25448 1 1

87

Água 5,927 0,001 0,329 0,002

Ácido acético 4222,332 0,999 70,311 0,498


Total 4228,259 1 70,640 1

88

Água 5,927 0,001 0,329 0,002

Ácido acético 4222,332 0,999 70,311 0,498


Total 4228,259 1 70,640 1

89 e 90

Água 1602 88,92441425 1

Ácido acético 0 0 0 0


Total 1602 1 88,92441425 1

91

Água 5,927 0,001 0,329 0,002

Ácido acético 4222,332 0,999 70,311 0,498


Total 4228,259 1 70,640 1

92

Água 945,901 0,115 52,505 0,002

Ácido acético 833,248 0,102 13,875 0,498

Clorofórmio 6424,420 0,783 53,842 0

Total 8203,569 1 70,640 1

93 e 94

Água 39627 1 2199,630 1



Total 39627 1 2199,630314 1

95, 96 e 97

Água 945,901 0,115 52,505 0,743

Ácido acético 833,248 0,102 13,875 0,196

Clorofórmio 6424,420 0,783 53,842 0,762

Total 8203,569 1 70,640 1

98

Água 195,186 0,115 10,834 0,437

Ácido acético 171,940 0,102 2,863 0,115

Clorofórmio 1325,674 0,783 11,110 0,448

Total 1692,800 1 24,808 1

66



mássica (kg/h)

Fração mássica


Fração molar

99

Água 750,715 0,115 41,671 0,002

Ácido acético 661,308 0,102 11,012 0,498

Clorofórmio 5098,746 0,783 42,732 0

Total 6510,769 1 70,640 1

100 e 101

Água 664,742 0,510 36,899 0,779

Ácido acético 619,198 0,476 10,311 0,218

Clorofórmio 18,214 0,014 0,153 0,003

Total 1302,154 1 47,362 1

102 e 103

Água 332,371 0,255 18,449 0,390

Ácido acético 309,599 0,238 5,156 0,109

Clorofórmio 9,107 0,007 0,076 0,002

Total 651,077 1 23,681 1

104 e 105

Água 22584 1 1254,667 1



Total 22584 1 1254,667 1

106

Água 792,031 0,348 43,964 0,759

Ácido acético 179,205 0,079 2,984 0,052

Clorofórmio 1306,890 0,574 10,953 0,189

Total 2278,126 1 57,901 1

107 e 108

Água 22584 1 1254,667 1



Total 22584 1 1254,667 1

109 e 110

Água 792,031 0,348 43,964 0,759

Ácido acético 179,205 0,079 2,984 0,052

Clorofórmio 1306,890 0,574 10,953 0,189

Total 2278,126 1 57,901 1

111

Água 172,833 0,510 9,594 0,510

Ácido acético 160,991 0,476 8,936 0,476

Clorofórmio 4,736 0,014 0,263 0,014

Total 338,560 1 18,793 1

112

Água 664,742 0,510 36,899 0,779

Ácido acético 619,198 0,476 10,311 0,218

Clorofórmio 18,214 0,014 0,153 0,003

Total 1302,154 1 47,362 1

113 e 114

Água 1329 1 73,833 1



Total 1329 1 73,833 1

115

Água 664,742 0,510 36,899 0,779

Ácido acético 619,198 0,476 10,311 0,218

Clorofórmio 18,214 0,014 0,153 0,003

Total 1302,154 1 47,362 1

67

10 BALANÇO DE ENERGIA

10.1 MEMORIAL DE CALCULO

Para os cálculos de energia de reatores foi considerando um comportamento

isotérmico, isto é, a temperatura dentro do sistema será mantida estável através de

um aquecimento/resfriamento. Baseado na 1º Lei da Termodinâmica, na qual a

energia total de um sistema se conserva, tem-se:

∑

Equação 3

Sendo:

U= Energia Interna do volume de controle

Q= Taxa de calor que atravessa as fronteiras do volume de controle

Ws= Trabalho de eixo realizado pelo sistema

h= Entalpia por unidade de massa

v²/2g = Energia cinética por unidade de massa

m = Fluxo mássico(entrada e saída)

(g/gc)Δz= Energia potencial

10.1.1 Tanque de ativação

Nesse equipamento, a celulose será adicionada a uma solução de ácido

acético contendo uma pequena quantidade de ácido sulfúrico, já presente dentro do

reator. A temperatura para a ativação da celulose vai ser controlada em 45ºC. Os

reagentes estarão entrando em temperatura ambiente (25ºC) e, portanto, a energia

necessária para o sistema será calculada por:

68

Equação 4

Sendo:

Q= Taxa de calor que atravessa as fronteiras do volume de controle

Cp = Calor específico da mistura ponderada pela fração mássica msistema =

massa total do sistema

Tf = Temperatura final

Ti = Temperatura inicial

Pela a produção diária ser em toneladas, as unidades mássicas foram

corrigidas. Os calores específicos dos componentes da planta estão descritos na

TABELA 31.

TABELA 31 - CALORES ESPECÍFICOS DOS COMPONENTES A SEREM UTILIZADOS EM TODO

O PROCESSO DE PRODUÇÃO DO ACETATO DE CELULOSE.

Componentes Cp (kcal/ton.K)

Celulose 630,00

Anidrido acético 393,77

Ácido acético 491,25

Acetato de celulose 450,00

Água 1000,00

Ácido sulfúrico 210,02

Acetato de sódio 310,00

Sulfato de sódio 330,00

Fonte: NIST Webbook of Chesmitry (2015).

Obtendo do balanço de massa as frações mássicas da solução formada no

interior do tanque e multiplicando pelos seus respectivos calores específicos, tem-se

um Cp médio de 616,92 kcal/ton.K.

Assim, multiplicando o Cp médio com a massa total do sistema e sendo a

diferença de temperatura de 25ºC é conhecido a quantidade de calor para manter o

sistema na temperatura desejada que é 32807,93 kcal. Esta energia será fornecida

através de vapor de água a 4 bar com uma vazão de 51,56kg/h.

69

10.1.2 Reator de Acetilação

Para este reator considera-se a hipótese de que a variação de energia interna

e o trabalho de eixo realizado são nulos, portanto, o calor resultante será

proporcional à energia de reação. Desta forma, a equação se resumirá à:

∑

Equação 5

A reação de acetilação, na realidade, se desenvolve em três etapas, sendo

essas:

1) H2O (l) + (CH3CO)2O (l) → 2 CH3COOH (aq)

2) C6H10O5 (s) + 3 (CH3CO)2O (l) → C6H7O2(OOCCH3)3 (l) + 3 2CH3COOH (aq)

3) H2O (l) + (CH3CO)2O (l) → 2CH3COOH (aq)

Na equação 1), será utilizado um excesso de anidrido acético ((CH3CO)2O), a

fim de favorecer a reação de acetilação e, em contrapartida, na reação 3) o reagente

utilizado em excesso será a água, para finalizar a acetilação e dar início à reação de

hidrólise, que acontecerá após essa etapa, como já descrito no item anterior.

Assim, o calor de cada uma das reações (Q1, Q2 e Q3), somados, resultam no

calor total da reação (Qtotal).

Para o cálculo de energia de reação, considera-se que energia cinética é ínfima

e, como não há variação de nível ao longo da reação no tanque, a energia potencial

é igual a zero. Assim, a energia de reação se dará por:

∑ Equação 6

Os valores de entalpia de cada componente estão descritos na TABELA 32.

70

TABELA 32 - ENTALPIAS DE FORMAÇÃO DOS COMPONENTES A SEREM UTILIZADOS NO

PROCESSO DE ACETILAÇÃO.

Componentes Entalpia (kcal/ton)

Celulose -1417000

Anidrido acético -1463170

Ácido acético -1926000

Acetato de celulose -1183000

Água -3792000

FONTE: HEATS OF FORMATION AND CHEMICAL COMPOSITIONS (2011)

Assim, os valores calculados de Q para cada reação e Qtotal se encontram na

TABELA 33, calculados a partir dos dados da TABELA 32 e das massas dos

componentes anteriormente calculados no balanço de massa.

TABELA 33 - CALOR DE REAÇÃO PARA CADA REAÇÃO INDIVIDUALMENTE E PARA O

PROCESSO TOTAL.

Reação Calor de reação (kcal)

1 3225040,63

2 -5464255,85

3 594599,82

Total -1644615,40


É necessário que a temperatura do reator durante essa etapa não ultrapasse

50ºC, para que não ocorra a degradação da celulose. Portanto, por segurança, a

temperatura deve ser mantida em 40ºC.

Calculado assim a temperatura com a massa final da reação utilizando os Cps

apresentados anteriormente resultaria em 121,65ºC. O sistema de resfriamento a ser

utilizador é água proveniente de uma torre de resfriamento com vazão de 22,69m³/h

e temperatura inicial de 25ºC.

10.1.3 Reator de Hidrólise

71

Nessa etapa do processo, as seguintes reações estão envolvidas.

1) 2 C6H7O2(OOCCH3)3 (l) + H2O (l) →

2) 2 C6H7O2(OOCCH3)2 (l) + CH3COOH (aq)

3) H2SO4 (aq) + 2 CH3COONa (aq) → Na2SO4 + 2 CH3COOH (aq)

Os cálculos foram realizados de forma análoga aos descritos nas etapas

anteriores, sendo utilizados os valores de h descritos na TABELA 34 e resultando

nos valores de calor descritos na TABELA 35.

TABELA 34 - ENTALPIAS DE FORMAÇÃO DOS COMPONENTES A SEREM UTILIZADOS NO

PROCESSO DE HIDRÓLISE.

Componentes Entalpia (kcal/ton)

Ácido sulfúrico -1792850

Acetato de sódio -2065130

Sulfato de sódio -2334470

FONTE: HEATS OF FORMATION AND CHEMICAL COMPOSITIONS (2011)

TABELA 35 - CALOR DE REAÇÃO PARA CADA REAÇÃO INDIVIDUALMENTE E PARA O

PROCESSO TOTAL.

Reação Calor de reação (kcal)

1 8161301,81

2 -23995,84

Total 8137306,03


A reação de hidrólise é endotérmica, fato que corrobora que a essa e a reação

de acetilação são reações em equilíbrio. A temperatura ideal para o processo de

hidrólise é superior ao do processo de acetilação, justamente para deslocar o

equilíbrio da reação para a formação do diacetato de celulose. Assim, a temperatura

deverá se manter entre 50ºC e 80ºC (STEINMEIER, 2004), sendo adotado como

temperatura padrão 60ºC.

Para atingir essa temperatura utiliza-se uma corrente de vapor

superaquecido há 4bar com uma vazão de 15784 kg/h.

72

11 EQUIPAMENTOS

11.1 REATORES E VASOS AGITADOS

11.1.1 Listas

Tabela 36. Lista de Reatores

TAGS FUNÇÃO LOCALIZAÇÃO MATERIAL

RT-01 Acetilação da

Celulose Área de

Processo Aço Inox 316

RT-02a Hidrólise Área de


RT-02b Hidrólise Área de


RT-02c Hidrólise Área de


Tabela 37. Lista de Vasos Agitados


PP-01 Precipitação do

Acetato de Celulose

Área de Processo

Aço Inox 316

TA-01a Ativação da

Celulose Área de


TA-01b Ativação da

Celulose Área de


TA-01c Ativação da

Celulose Área de


11.1.2 Projeto e Detalhamento

11.1.2.1 Tanque de Ativação

73

Operação

A função do processo de ativação é aumentar a acessibilidade dos grupos

hidroxila aos reagentes da acetilação. Água é o melhor agente de ativação da

celulose, devido ao seu tamanho molecular pequeno e polaridade. Porém, quando

no reator de acetilação, água consome o anidrido acético antes mesmo da reação

ocorrer, prejudicando o processo. Por isso, na maioria dos processos, usa-se o

ácido acético como agente de ativação, que leva a maiores tempos neste processo,

porém com menos quantidade de água, pouco afetando o reator de acetilação

(ROSENTHAL, 1961). O processo é feito de maneira contínua, no entanto, a

operação de ativação é feita em batelada, com 3 tanques. Cada batelada atua por 9

horas, alternadamente, e a atuação está exemplificada na figura abaixo.

FIGURA 19. GRÁFICO DA OPERAÇÃO DOS TANQUES DE ATIVAÇÃO.

Cálculo do Coeficiente Global de Troca Térmica

O coeficiente de transferência de calor global (U) é calculado para cada

tanque agitado, sendo uma camisa de aquecimento no tanque de ativação e

serpentinas para o reator de acetilação (resfriamento) e reator de hidrólise

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Vo

lum

e (

m³)

Tempo (h)

74

(aquecimento). Para o primeiro, a superfície será considerada como placa plana e

para ou outro dois como uma superfície cilíndrica (tubo) assim como a existência de

incrustações (KAKAÇ, 2012). Dessa forma, as equações para os cálculos estão

descritas abaixo:

Para placas planas

Equação 7

Para cilindros (tubos)

Equação 8

Para o cálculo das vazões de fluidos de resfriamento e aquecimento nos

reatores, é necessário primeiramente calcular os coeficientes convectivos nos meios

reacionais, para cálculo das respectivas taxas de transferência de calor.

O tanque de ativação é aquecido com vapor saturado a 2 bar. Nestas,

condições, temos as propriedades na TABELA 38.

TABELA 38 - PROPRIEDADES DO VAPOR SATURADO A 2 BAR

k 0,02615 W/m.K

0,000124 Pa.s

0,013251 Pa.s 1914,988 J/kg.K

1,62 Kg/m³ FONTE: Os Autores (2015)

Para estas condições, podemos estimar o coeficiente convectivo pela

equação abaixo (GEANKOPOLIS, 1993):

Equação 9

Equação 10

75

Equação 11

Equação 12

Sendo:

Dh: Diâmetro hidráulico (m)

Nu : Número de Nusselt

Kw: Coeficiente de troca térmica da parede (W/m.K)

Re: Número de Reynolds

Pr: Número de Prandtl

µ: Viscosidade (Pa.s)

u: Velocidade (m/s)

ρ: Densidade (kg/m³)

Cp: Calor específico (J/kg.K)

Logo, tem-se:

Portanto, tem-se:

76

O coeficiente convectivo será então:

Cálculo do coeficiente convectivo no meio reacional da ativação de

celulose, utiliza-se a equação para convecção forçada em tanques agitados

encamisados (GEANKOPOLIS, 1993):

(

)

(

)

(

)

Equação 13

Sendo:

– diâmetro do tanque;

– diâmetro do agitador;

N – velocidade angular do agitador;

– viscosidade do meio reacional na temperatura da parede do tanque;

TABELA 39 - PROPRIEDADES DO MEIO REACIONAL DO TANQUE DE ATIVAÇÃO DA CELULOSE

k 0,10876 W/m.K

1,61984 cP

4,73434 cP 539,191 J/kg.K

2,2 m

0,73 m Pr 23

77

Re 100000

N 54 rps

Logo, temos:

(

)

(

)

(

)

Com todos os dados, o valor de U é 89,38 W/m².K

Dimensionamento

Para detalhamento das dimensões dos reatores e vasos agitados, seguem-

se as dimensões típicas, recomendadas na literatura.

78

FIGURA 20 - DIMENSÕES CARACTERÍSTICAS PARA TANQUES AGITADOS FONTE: WALAS (2010)

Para dimensionamento do tanque de ativação, utilizou-se a seguinte equação:

Equação 14

TABELA 40 - DADOS DE VAZÃO PARA DIMENSIONAMENTO DO TANQUE DE ATIVAÇÃO

Vazão de celulose 1640 kg/h

Vazão de acido acético 384 kg/h

Vazão de agua 90 kg/h

ρ celulose 1500 (kg/m³)

ρ ácido acético 1005 (kg/m³)

ρ anidrido acético 1000 (kg/m³)

Vazão volumétrica celulose 1,09 m³/h

Vazão volumétrica ácido acético 0,38 m³/h

Vazão volumétrica anidrido acético 0,09 m³/h

Vazão volumétrica total 1,57 m³/h

Logo, tem-se, incluindo 20% a mais de volume de folga (WALAS, 2010), o seguinte valor:

79

Segundo WALAS (2010), recomenda-se uma relação ⁄ . Portanto,

calculamos as dimensões do tanque do seguinte modo:

Equação 15

Como , tem-se:

Equação 16

Isolando , chegamos a:

√

Equação 17

Logo, o diâmetro , será:

√

E, consequentemente, a altura será:

Para o cálculo das espessuras, segue-se a equação para vasos de pressão,

recomendada por SILVA TELLES (1996):

(

)

Equação 18

80

Onde: - P – Pressão total, incluindo pressão de coluna de liquido (MPa);

- R – Raio do tanque (mm);

- S – tensão admissível para o material;

- E - fator de qualidade para a solda ou fundição;

- Y – coeficiente de redução

- C – soma de sobre corrosão (mm);

Para o tanque de ativação, têm-se os seguintes dados:

TABELA 41 - PROPRIEDADES PARA CALCULO DA ESPESSURA DO TANQUE DE ATIVAÇÃO

P coluna 0,026418 MPa

P 0,1013 MPa

P total 0,127718105 MPa

R 965 mm

S 80 MPa

E 0,7

Y 0,4

C 1,2 mm

t 4 mm

Logo, a espessura é:

(

)

11.1.3.2 Reator de Acetilação

Cinética e Catálise

O reator de acetilação consiste em um único reator CSTR, operando de

forma contínua.

A reação de acetilação é uma reação de esterificação dos grupos hidroxil

primário e secundários, que não difere muito das reações envolvendo outros álcoois

(ULLMANN, 2011). A reatividade desses grupos difere, sendo os grupos primários

81

mais reativos que os secundários, não tendo, porém, grande influência no processo

industrial (ULLMANN, 2011). Ácidos, ácidos clorados e anidridos são possíveis

reagentes sendo, porém, o anidrido acético o mais utilizado na indústria (ULLMANN,

2011).

FIGURA 21- REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO DA CELULOSE. FONTE: ULLMANN’S (2011).

Diversos catalisadores são sugeridos para acelerar a reação, porem apenas

o ácido sulfúrico e ácido perclórico de aplicação pratica (ULLMANN’S, 2011). Sabe-

se, porém, que o ácido sulfúrico não é exatamente um catalisador, na real definição

da palavra, pois ele reage com a celulose, formando um sulfo-éster, para então

reagir com o anidrido (KENT & RIEGELS, 2007). O papel do catalisador e definição

de quantidade utilizada são assuntos que serão abordados mais adiante.

Podemos distinguir dois mecanismos para a reação, estabelecidos por Sassi

and Chanzy, chamados de “fibrous process” e “homogeneus process”. No processo

fibroso, a celulose é convertida em acetato sem se dissolver no meio reacional, na

presença de solventes como tolueno, benzeno ou amil acetato. Já no processo

homogêneo, a celulose reage com o ácido sulfúrico e, logo após a reação, é

dissolvida no meio reacional, reagindo então com o anidrido formando o acetato e

expondo novas superfícies de celulose para a reação. Desta maneira, tem-se que a

cinética é influenciada tanto pela reação quanto pela difusão dos reagentes nas

fibras de celulose (LUO et al., 2013). A fim de estabelecer um modelo que descreve

a reação, LUO et al. (2013) investigaram a reação de acetilação, utilizando linter de

algodão como fonte de celulose, anidrido acético como reagente, ácido acético como

solvente e ácido sulfúrico como catalisador. A dissolução das camadas sulfatadas é

incorporada no modelo matemático. Para se minimizar os efeitos da difusão, utilizou-

82

se um grande excesso de ácido acético como solvente e uma elevada agitação no

meio reacional.

Desenvolvimento do modelo cinético

O modelo cinético utilizado foi o proposto por LUO et al. (2013). Quando um

número suficiente de grupos hidroxil são sulfatados, as cadeias de celulose atingem

um estado crítico, sendo então dissolvidas no meio reacional. O número de cadeias

de celulose no estado crítico possui uma relação proporcional com a área da fibra de

celulose, do seguinte modo:

Equação 19

Onde V é o volume da fibra de celulose, r é o raio, l o comprimento e t o

tempo. Quando a concentração de ácido sulfúrico no meio reacional é constante, a

equação acima pode ser reescrita como:

Equação 20

Onde é definido como a constante da taxa de dissolução das cadeias no

estado crítico, representando quão rápido as cadeias de celulose entram no meio

reacional liquido após serem sulfatadas.

Quando é constante, a equação acima pode ser integrada, resultando em:

Equação 21

Onde

, que representa uma constante da taxa de dissolução que é

independente do raio. Assumindo que têm-se N fibras cilíndricas de celulose,

podemos representar a concentração de grupos hidroxil não reagidos na celulose

solida por:

Equação 22

83

Onde é o volume da mistura reacional. Quando se tem no meio reacional

uma larga quantidade de anidrido acético, a reação pode ser representada por um

modelo de pseudo primeira ordem. Logo, tem-se:

Equação 23

Sendo a concentração de grupos hidroxil não reagidos no meio reacional

liquido e a constante da reação de pseudo primeira ordem, sendo que essa

equação é apenas valida antes de todas as fibras de celulose serem dissolvidas no

meio reacional. Combinando as equações e integrando, chega-se a:

Equação 24

Quando todas as fibras de celulose são dissolvidas ( ), o modelo se

resume a:

Equação 25

A constante cinética pode ser representada pela expressão de Arrhenius,

do seguinte modo:

⁄ Equação 26

Os valores de e foram obtidos pelos autores por regressão linear,

sendo iguais a e ⁄ , respectivamente.

Por fim, chegamos a equação de cinética utilizada, expressa por:

⁄ Equação 27

84

Comparado com a acetilação, a sulfatação é bem mais rápida (ROSENTHAL,

1961). Deste modo, utilizando apenas a equação anterior, podemos obter um perfil

bastante confiável para a reação.

Mesmo muitos catalisadores sendo considerados em estudos, apenas o

ácido sulfúrico e o ácido perclórico tem significância prática (ROSENTHAL, 1961).

Entretanto, as referências bibliográficas e dados divulgados por algumas empresas

mostram que o catalisador de uso comum é o ácido sulfúrico. Isso deve-se ao fato

de ser um material mais barato e de mais fácil acesso do que o ácido perclórico.

Além disso, experimentos mostraram que a utilização de ácido perclórico como

catalisador levam tempos de reação mais altos (ROSENTHAL, 1961). Por esses

motivos, define-se que no processo de acetilação descrito neste projeto, será usado

o ácido sulfúrico como catalisador.

Depois da adição de anidrido acético, o ácido sulfúrico se combina

rapidamente e quantitativamente com a celulose, e então possibilita a ação do

anidrido acético. A quantidade adequada de ácido sulfúrico que deve ser alimentada

é de 15% baseado na celulose (ROSENTHAL, 1961).

Curvas de Concentração

O reator de acetilação é um reator do tipo CSTR, sendo as equações abaixo

suas equações características:

Equação 28

Equação 29

A partir delas, é possível traçar os perfis de conversão em função das

variáveis pertinentes para o processo.

Perfil de conversão em função da temperatura

85

Manipulando as equações características para o reator CSTR, podemos

obter uma relação entre conversão e temperatura do seguinte modo:

Equação 30

Sendo dado por:

Equação 31

⁄ Equação 32

⁄ Equação 33

Tem-se então:

⁄

Equação 34

Ou ainda, isolando a conversão:

( (

))

(

( (

)))

Equação 35

Traçando o perfil, tem-se o seguinte gráfico:

86

FIGURA 22 – GRÁFICO DO PERFIL DE CONVERSÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DE

REAÇÃO.

Perfil de conversão em função do tempo espacial

Outra característica importante de reatores CSTR é o tempo espacial da

reação ( ). Obtemos uma relação entre a conversão e o tempo espacial do seguinte

modo:

Equação 36

Equação 37

Combinando as equações, tem-se:

Equação 38

Equação 39

Isolando a conversão, tem-se:

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

0 10 20 30 40 50

Xc

T (°C)

Xc x T

87

Equação 40

Equação 41

Plotando o perfil, tem-se:

FIGURA 23 - GRÁFICO DO PERFIL DE CONVERSÃO EM FUNÇÃO DO TEMPO ESPACIAL DA

REAÇÃO

Perfil de conversão em função da concentração inicial de celulose

Obtendo uma relação entre a conversão de celulose e sua concentração

inicial, temos:

Equação 42

Combinando as equações, tem-se:

Equação 43

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 100 200 300 400 500 600

Xc

Tempo (min)

Xc x 𝜏

88

Por fim, isolando a conversão, chegamos a:

Equação 44

Traçando o perfil, obtém-se o seguinte gráfico:

FIGURA 24 - GRÁFICO DO PERFIL DE CONVERSÃO EM FUNÇÃO DA CONCENTRAÇÃO INICIAL

DE CELULOSE

Em reações que ocorrem em fases líquidas, os efeitos da pressão são

desprezíveis (FOGLER, 1999), sendo desnecessário modelarmos a conversão em

função da pressão no reator.


Para o cálculo do coeficiente convectivo no meio reacional do reator de

acetilação da celulose, utiliza-se a equação característica para tanques agitados,

com serpentina e chicanas equação a seguir.

0,9

0,91

0,92

0,93

0,94

0,95

0,96

0,97

0,98

0,99

1

0 2 4 6 8 10

Xc

Cc0 (kmol/m³)

Xc x Cc0

89

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

Equação 45

TABELA 42 PROPRIEDADES DO MEIO REACIONAL DO REATOR DE ACETILAÇÃO

k 0,111 W/m.K

0,0020 Pa.s

0,0012 Pa.s

1272,53 J/kg.K

Pr 13,77 Re 10000

FONTE: Os Autores, 2015

Podemos determinar o diâmetro da serpentina pela seguinte relação (WALAS,

2010):

Equação 46

Onde T é o diâmetro do reator. Portanto, tem-se:

Logo, o coeficiente convectivo será:

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

Equação 47

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

90

E assim o U é 431,81 W/m².K

Dimensionamento

Para cálculo do volume reacional do reator de acetilação, seguem-se as

equações características para CSTR, do seguinte modo:

Equação 48

Logo, tem-se:

Equação 49

Adicionando 20% de volume de folga (WALAS, 2010), tem-se um volume total

de 90 m³. Definimos então suas dimensões do mesmo modo que para o reator de

ativação:

Equação 50

Como , tem-se:

91

Equação 51

Isolando , chegamos a:

√

Equação 52

Logo, o diâmetro , será:

√

E, consequentemente, a altura será:

O cálculo da espessura do reator é análogo ao cálculo da espessura do

tanque de ativação. Para o reator de acetilação, têm-se os seguintes dados:

TABELA 43 - PROPRIEDADES PARA CALCULO DA ESPESSURA DO REATOR DE ACETILAÇÃO

P coluna

0,054893 MPa

P 0,1013 MPa

P total 0,156193436 MPa

R 2431 mm

S 80 MPa

E 0,7

Y 0,4

C 1,2 mm

t 8 mm

Logo, a espessura será:

92

(

)

11.1.3.3 Reator de Hidrólise

Operação

O reator para a hidrólise é um reator de mistura, que opera em batelada.

Para manutenção do processo contínuo, três arranjos em paralelo foram estudados:

FIGURA 25 – OPERAÇÃO DE TRÊS REATORES DE HIDRÓLISE, PARALELOS E DESCARGA INDIVIDUAL.

Para uma análise mais aprofundada, pode-se comparar também o Gráfico de

GANTT que ilustra o avanço das diferentes etapas do processo e ajudam a

organizar e visualizar cada etapa que deve ser cumprida. Este, encontra-se na

página a seguir.


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60

Vo

lum

e (m

³)

Tempo (h)

93

O fluido de aquecimento utilizado no reator de hidrolise também é vapor

saturado, a exemplo do tanque de ativação. A diferença, porém, é que o contato é

feito através de uma serpentina e não uma camisa de aquecimento. Logo, os

cálculos são semelhantes, com a diferença de que, no cálculo do número de

Reynolds, utiliza-se o diâmetro da serpentina, e não o diâmetro hidráulico. Portanto,

tem-se:

.

94

FIGURA 26. CRONOGRAMA – OPERAÇÃO: TRÊS REATORES DE HIDRÓLISE.

0 10 20 30 40 50 60

Carregamento - A start-up

Carregamento - B start-up

Reação - A

Carregamento - C start-up

Reação - B

Descarregamento - A

Carregamento - A ciclo 2

Reação - C

Descarregamento - B

Reação - A ciclo 2

Descarregamento - C

Carregamento - B ciclo 2

Descarregamento -A ciclo 2

Carregamento - C ciclo 2

Reação B - ciclo 2

Carregamento - A ciclo 3

Reação - C ciclo 2

Descarregamento B - ciclo 2

95

A exemplo do reator de acetilação, o reator de hidrolise também é do

tipo tanque agitado, com presença de serpentina e chicanas. Logo, o cálculo do

coeficiente convectivo do meio reacional segue o mesmo desenvolvimento.

TABELA 44 PROPRIEDADES DO MEIO REACIONAL DO REATOR DE HIDRÓLISE


(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

E assim U = 138,74 W/m².K

Dimensionamento

Nos reatores de hidrólise, ocorre a adição de água e sulfato de sódio.

As quantidades, porém, são pequenas se comparas ao volume reacional total.

k 0,103 W/m.K

0,00053 Pa.s

0,002435 Pa.s

629,791 J/kg.K D 4,9 m Pr 14,89

Re 10000

96

Neste caso, optou-se por projetar os reatores de hidrolise com o mesmo

volume do reator de acetilação. Tem-se, portanto:

Seguindo o mesmo raciocínio dos cálculos dos agitadores para os

outros equipamentos, calculou-se o agitador para o reator de hidrólise.

Para o cáculo da espessura dos reatores de hidrólise, têm-se os seguintes

dados:

TABELA 45 - PROPRIEDADES PARA CÁLCULO DA ESPESSURA PARA O REATOR DE HIDRÓLISE

P coluna

0,046977 MPa

P 0,1013 MPa

P total 0,148276755 MPa

R 2431 mm

S 80 MPa

E 0,7

Y 0,4

C 1,2 mm

t 8 mm

Logo, a espessura será:

(

)

11.1.3.4 Projeto de Precipitador

97

O precipitador foi projetado baseado em sua vazão e tempo de

residência.

Sua vazão de entrada é de 19248 kg/h e seu tempo de residência igual a 30

minutos. Sendo a densidade do meio de 1026,27 kg/m³, tem-se:

Logo, o volume útil será:

Adicionando 20% de volume de folga, tem-se:

Calculando o diâmetro e altura, com L/D = 1, chegamos a:

Para calcular sua espessura, utilizamos os seguintes dados:

TABELA 46 - DADOS PARA CÁLCULO DA ESPESSURA DO PRECIPITADOR.

Precipitador

P coluna 24456,69 Pa = 0,024456693 MPa

P coluna 1 atm = 0,1013 MPa

P total 0,125757 MPa

R 1,214615 m 1214,615 mm

S 80 MPa

E 0,7

C 1,2 mm

Y 0,4

t 4 mm

Logo, a espessura será de 4 mm.

98

11.1.3.5 Projeto de Chicanas

Em meios altamente agitados, é importante a adição de chicanas, a fim

de evitarmos a formação de vórtex (WALAS, 2010). Optou-se por adicionar

chicanas somente nos reatores de acetilação e hidrolise, por apresentarem

maiores propensões à formação de vórtex. Seguindo as dimensões

recomendadas por WALAS (2010), tem-se que a largura da chicana é dada

por:

Equação 53

Logo, como os reatores possuem as mesmas dimensões, tem-se que a

larguras das chicanas será:

11.1.3.6 Projeto de Agitadores

O dimensionamento dos agitadores e suas respectivas potências inicia-

se pela escolha dos tipos de agitadores utilizados em cada reator, o que é

função principalmente da viscosidade do meio reacional.

99

FIGURA 27 - FAIXA DE APLICAÇÃO DOS DIVERSOS TIPOS DE AGITADORES EM

RELAÇÃO À VISCOSIDADE.

Pela figura, nota-se que os agitadores do tipo hélice atendem à faixa de

viscosidades na qual trabalha nosso processo, sendo esse modelo o escolhido

em nossos dimensionamentos. O diâmetro do agitador é baseado no diâmetro

do tanque, seguindo a relação indicada por WALAS (2010):

Os valores obtidos são mostrados na tabela abaixo:

TABELA 47 - DIÂMETROS DOS AGITADORES

Tanque Diâmetro Tanque (m) Diâmetro agitador (m)

Ativação 2,2 0,73

Acetilação 5 1,67

Hidrólise 5 1,67

Precipitador 2,43 0,81

Tip

o d

e a

git

ad

or

Viscosidade (Pa.s)

Hélice

Turbina

Âncora

Helicoidal

Pá em Z

Amassadeira

10410310210110010-110-210-3

100

Para o dimensionamento de agitadores, leva-se em conta o chamado

grau de agitação, que relaciona a energia fornecida ao meio agitado com o seu

volume:

TABELA 48 - FAIXAS DE GRAU DE AGITAÇÃO PARA AGITADORES.

Nível ou grau de agitação

Watts/m³ HP/m³

Até 80 Até 0.1 Débil

80 - 230 0.1 - 0.3 Suave

230 - 460 0.3 - 0.6 Média

460 - 750 0.6 - 1.0 Forte

750 - 1500 1 – 2 Intensa

1500 - 2250 2 – 3 Muito forte

2250 - 3000 3 - 4 Muito intensa

Sendo o nível forte (460 – 750 Watts/m³) o mais utilizado. Em posse do

tipo de agitador escolhido, seu diâmetro e grau de agitação, procede-se com o

dimensionamento da seguinte forma utilizando, a título de exemplo, os dados

para o reator de acetilação:

- Escolhe-se o grau de agitação desejada;

- Com base no volume a ser agitado, calcula-se a potência necessária;

- Supõe-se um regime e obtém-se um número de potência no gráfico;

- Com o diâmetro do agitador e propriedades do meio reacional, calcula-

se a velocidade rotacional do agitador;

- Com o valor obtido, verifica-se a correspondência do regime adotado e

número de potência;

Logo, para a acetilação temos:

Grau de agitação forte:

Logo, sendo o volume a ser agitador igual a 81 m³, a potência útil será:

101

Considerando regime turbulento ( , obtém-se do gráfico abaixo

o número de potência:

FIGURA 28 - RELAÇÃO ENTRE RE E NP PARA DIVERSOS TIPOS DE AGITADORES.

Utilizando a curva 2, tem-se um número de potência igual a 4. Logo, a

velocidade rotacional será:

102

Recalculando o número de Reynolds, tem-se:

O que corrobora com nossa suposição de regime turbulento.

Recalculando o número de potência, tem-se:

Confirmando o valor utilizado para o número de potência.

Para escolha do motor apropriado, considera-se uma eficiência de 70%.

Logo, para a acetilação, a potência necessária será:

Escolhe-se então o motor de potência padrão logo acima da calculada,

obtido da tabela abaixo:

103

TABELA 49 - PADRÕES COMERCIAIS DE POTÊNCIA PARA MOTORES

Motores Padrões Disponíveis

HP kW HP kW

1 ½ 1.12 75 56

2 1.49 100 74.6

3 2.24 125 93.3

5 3.73 150 112

7 ½ 5.6 200 149

10 7.46 250 187

15 11.2 300 224

20 14.9 350 261

25 18.7 400 298

30 22.4 450 336

40 29.8 500 373

50 37.3 600 448

60 64.8

Logo, o motor escolhido é o de 60 HP.

Os resultados obtidos são resumidos na tabela abaixo:

TABELA 50 - RESULTADOS OBTIDOS PARA O DIMENSIONAMENTO DOS AGITADORES.

Tanque Diâmetro agitador (m) Velocidade rotacional (RPM) Potência motor (HP)

Ativação 0,73 3235 5

Acetilação 1,67 1880 60

Hidrólise 1,67 1880 60

Precipitador 0,81 3394 15

104

11.2 COLUNAS

11.2.1. Lista de Colunas

TABELA 51. LISTA DE COLUNAS DE DESTILAÇÃO.

TAGS FUNÇÃO LOCALIZAÇÃO FICHA DE

ESPECIFICAÇÃO MATERIAL

DT-01 Recuperação de

Ácido Acético Área de

Processo 009/15 Aço Inox 316

DT-02 Recuperação de

Clorofórmio Área de

Processo 010/15 Aço Inox 316

11.2.2 Projeto de Colunas

A destilação consiste em uma operação unitária que visa efetuar a

separação de componentes de uma fase líquida a partir de sua vaporização,

tendo o equilíbrio químico ou físico como agentes limitantes. A corrente de

vapores produzidos normalmente é mais rica nos componentes mais voláteis

que a líquida, facilitando a separação de frações enriquecidas nos desejados

(GOMIDE, 1997).

Além disto, resume-se em uma operação de transporte de massa

através da contradifusão equimolar e o equipamento empregado é também

utilizado para operações de absorção, stripping, extração líquido-líquido,

umidificação e desumidificação (GOMIDE, 1997).

Os internos de torres são dispositivos que quando colocados no interior

do equipamento adequam o seu funcionamento, ou seja, permitem que haja

contato líquido-gás de forma satisfatória (CALDAS, 2007).

As torres de pratos realizam a transferência de massa através das

gotas ou mesmo bolhas formadas a partir da passagem de vapor dentro da

fase líquida. Este borbulhamento começa apenas quando o líquido chegar ao

prato através de um downcomer, chapa ou tubo junto ao costado da torre cuja

função é levar o líquido de um prato superior ao inferior. Ao chegar no prato, o

líquido entra em contato com o vapor ao qual passa através dos furos, válvulas

ou borbulhadores na bandeja, formando uma espuma. Esta, percorre o prato e

verte a um novo downcomer no final, o qual desfaz a espuma e apenas o

105

líquido desaerado passa para o prato inferior. Na parte superior da bandeja, a

espuma do líquido coalesce em gotas e o vapor se encaminha para o prato

superior (CALDAS, 2007).

Pratos sem downcomer geralmente são planos e possuem furos por

onde passam o líquido e o vapor de forma contínua e em contracorrente.

Nesses casos, a construção é simples e apresentam baixos custos, mas seu

emprego ainda é limitado (CALDAS, 2007).

Já as torres recheadas apresentam a fase líquida dispersada no topo

através da ação de um distribuidor de líquido, escoando na forma de um filme

líquido na superfície dos elementos de recheio. Forma-se um leito poroso já a

seção transversal é completamente ocupada por esses elementos e o líquido e

gás escoam em contracorrente. O recheio então sustenta o filme da fase

líquida e facilita o contato entre as fases (CALDAS, 2007).

No grupo tradicional dos recheios, encontram-se os primeiros

desenvolvidos. Dentre eles, estão os Anéis de Raschig maiores que 75 mm, e

as grades, que podem ser de metal, plástico, cerâmica ou madeira. Já os de

alta eficiência são caracterizados pela baixa perda de carga relacionada a

maiores taxas de transferência de massa. Além disto, podem ser utilizados

separados ou em conjunto (CALDAS, 2007).

Destiladora DT-01

O objetivo desta operação unitária para este processo consiste em

separar o ácido acético da água. Como as vazões de sulfato de sódio e de

acetato de sódio são muito inferiores à dos outros componentes presentes na

corrente, foram consideradas insignificativas para a realização das simulações.

O estudo do dimensionamento das colunas foi feito com o auxílio do

simulador Aspen Plus 8.4®, através do método rigoroso de Fenske –

Underwood – Gilliland.

Para iniciar o processo no software, os seguintes dados abaixo foram

inseridos:

• Temperatura de entrada da corrente do processo: 25 ºC

• Pressão de entrada da corrente do processo: 1,7 bar

106

• Vazão mássica da corrente de processo: 16601,50 kg/h, sendo 0,494 a

fração mássica de ácido acético, 0,063 de água e 0,444 a fração de

clorofórmio.

Primeiramente, especificou-se a coluna com 13 estágios teóricos,

condensador total, refervedor tipo Kettle, razão de refluxo de 2,3 em massa e

razão entre corrente de fundo e alimentação de 0,455 em massa. Com isto, a

separação foi realizada da melhor forma possível com o auxílio do método de

Equilíbrio.

A pressão no condensador é de 1,5 bar, com uma perda de carga da

coluna de 0,15 bar.

Estimou-se que a correntes de entrada estava no estágio 6 dos 13

apresentados. Com isto, pode-se observar o comportamento dos componentes

ao longo dos estágios da coluna conforme o gráfico abaixo.

FIGURA 29 PERFIS DAS COMPOSIÇÕES LÍQUIDAS NA DESTILADORA 01

Conclui-se então que pode-se trabalhar entre 10 e 13 pratos teóricos

no processo.

Além disto, observou-se também que a razão de refluxo de 3 é a melhor

para a questão em estudo e a razão de 0,365 entre o fundo para alimentação

no sexto prato, conforme as análises sensitivas realizadas e tabeladas abaixo.

107

TABELA 52 RESULTADOS DA ANÁLISE SENSITIVA: RAZÃO ENTRE CORRENTES DE FUNDO E ALIMENTAÇÃO – DESTILADORA 01

Razão entre Vazão de fundo e alimentação

Fração de ácido no fundo da destiladora

Vazão mássica do ácido acético no topo

(kg/h)

0,15 0,999999894 6860,87818 0,2 0,999999871 6112,51407 0,25 0,999999841 5364,15002 0,3 0,999999799 4615,78607 0,35 0,999999738 3867,42227 0,4 0,999999647 3119,05876 0,45 0,999999496 2370,69577 0,5 0,999999201 1622,3341 0,55 0,99999804 873,979998 0,565 0,999995025 649,496649

Tabela 53 RESULTADOS DA ANÁLISE SENSITIVA: RAZÃO DE REFLUXO – DESTILADORA 01

Razão de refluxo Fração de ácido no fundo da destiladora Vazão mássica do

ácido acético no topo (kg/h)

0,5 0,990442937 730,271581 0,6 0,994331153 697,394541 0,7 0,997169537 673,391352 0,8 0,999037927 657,590289 0,9 0,999720486 651,818567 1 0,999869409 650,559212

1,1 0,999919836 650,132376 1,2 0,999944546 649,923521 1,3 0,99995872 649,803663 1,4 0,999967759 649,727207 1,5 0,999973868 649,67556

1,6 0,999978349 649,637666 1,7 0,999981697 649,609358 1,8 0,999984273 649,587561 1,9 0,999986249 649,570873 2 0,999987889 649,557 3 0,999995024 649,496663

Após todas estas modificações, a simulação foi novamente realizada e

percebeu-se a otimização do processo conforme a tabela a seguir.

TABELA 54 RESULTADOS DA SIMULAÇÃO DA PRIMEIRA DESTILADORA (EQUILÍBRIO)

Correntes Alimentação Topo Fundo

Temperatura (º C) 25 60,7 134,6

Pressão (bar) 1,7 1,5 1,65

Fração de vapor 0 0 0

Vazão molar (kmol/h) 236,674 95,853 140,82

Vazão mássica (kg/h) 14967,285 6510,769 8456,516

Vazão volumétrica 12,794 4,885 9,188

108

(m³/h)

Entalpia (Gcal/h) -20,898 -5,327 -15,072

Vazão mássica (kg/h)

Água 762,569 762,527 0,042

Ácido acético 9105,971 649,497 8456,474

Clorofórmio 5098,746 5098,746 0

Fração mássica Água 0,051 0,117 0

Ácido acético 0,608 0,1 1

Clorofórmio 0,341 0,783 0

Vazão molar (kmol/h) Água 42,329 42,327 0,002

Ácido acético 151,633 10,815 140,818

Clorofórmio 42,711 42,711 0

Após isto, o método Rated Based foi aplicado, variando o modelo de

pratos. Primeiramente, os pratos da coluna de destilação foram feitos para o

tipo SIEVE, com um único passo, espessura de 10 GAUGE e espaçamento

entre os pratos de 0,6096 m. Para os pratos NUTTER FLOAT VALVE, foi

considerado de espessura 10 GAUGE e espaçamento entre os pratos de

0,6096 m. Para os pratos do tipo BUBBLE CAP, considerou-se um único passe

e espaçamento entre os pratos de 0,6096 m. Com isto, os seguintes resultados

para as correntes de saída foram gerados:

109

TABELA 55 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DA PRIMEIRA DESTILADORA

Tipo Nutter Sieve Bubble Cap

Topo Fundo Topo Fundo Topo Fundo

Temperatura (º C) 60,9 134,3 61,9 132,5 61,2 133,6 Pressão (bar) 1,5 1,65 1,5 1,65 1,5 1,65

Vazão molar (kmol/h) 95,394 141,279 92,85 143,823 94,493 142,181 Vazão mássica (kg/h) 6510,769 8456,516 6510,769 8456,516 6510,769 8456,516

Vazão volumétrica (m³/h)

4,887 9,189 4,901 9,194 4,892 9,19

Entalpia (Gcal/h) -5,305 -15,095 -5,179 -15,224 -5,26 -15,141 Vazão mássica (kg/h)

Água 750,715 11,854 685,235 77,334 727,505 35,064 Ácido acético 661,308 8444,663 726,789 8379,182 684,518 8421,452 Clorofórmio 5098,746 0 5098,746 0 5098,746 0

Fração mássica

Água 0,115 0,001 0,105 0,009 0,112 0,004 Ácido acético 0,102 0,999 0,112 0,991 0,105 0,996 Clorofórmio 0,783 0 0,783 0 0,783 0

Recuperação

Água 0,984456 0,015544 0,898588 0,101412 0,954019 0,045981 Ácido acético 0,072624 0,927376 0,079815 0,920185 0,075172 0,924828 Clorofórmio 1 0 1 0 1 0

Diâmetro da coluna (m) 2,3 2,8 3

Número de estágios

teóricos 13 13 13

Número de estágios

reais 14 17 16

Eficiência da coluna 0,9286 0,7647 0,8125

110

Através dos resultados gerados na tabela anterior, foi optado o uso da

coluna de pratos do tipo NUTTER devido as recuperações encontradas para o

ácido acético que é o foco da separação na primeira destiladora já que esta

corrente deve retornar para o início do processo e deve atender as condições

de saída. Além disto, o custo é inferior aos anteriores apresentados e a coluna

apresenta um dos menores diâmetros.

Logo, o diâmetro da coluna é de 2,3 m. A determinação da altura da

coluna está relacionada com o espaçamento entre os pratos (TS) e o número

de pratos da coluna. Como especificado anteriormente, TS equivale a 0,6096

m. e de acordo com os dados gerados o número de estágios reais (NP) é 14.

Logo, a altura da coluna é fornecida pela equação abaixo:

( )

O fator 1,15 corresponde a uma margem de segurança que engloba a

altura acima do topo para saída de vapor, a zona de recolhimento do líquido e

o refervedor na base da coluna, poços de visita à coluna e o espaçamento

mínimo na região de alimentação.

As faixas de valores habituais de altura de colunas são menores que

50 m e, desta forma, a altura calculada encontra-se dentro desta faixa.

A área da seção transversal da coluna é obtida a partir do diâmetro da

coluna da seguinte forma:

Sabe-se que a área do downcomer (Ad) corresponde a 12% da área da

seção transversal da coluna:

( ) Equação 54

Equação 55

111

A área ativa (Aa) agora pode ser facilmente calculada com o auxílio da

área da seção transversal da coluna e a área do downcomer (Ad).

Equação 57

Equação 58

E com isto, a área furada (Ah) é:

Equação 59

Detalhamento do prato da destiladora DT-01

Optou-se por um prato do tipo NUTTER de material de aço inoxidável

316, assim como é feito o casco e cabeçotes, já que temos compostos que

Equação 56

112

podem causar corrosão aos aços carbonos. A espessura do prato, ep, pode ser

estimada como de 3 mm e o diâmetro do orifício do prato, dh, por este ser de

aço inox, vale de 1,5 a 2,0 vezes da espessura do prato aproximadamente –

optou-se então pelo valor de 6 mm.

O processo de fabricação da chapa se dá por estampagem, tendo em

vista menores custos e maior praticidade.

Para encontrar o comprimento da barreira do prato (Iw) utiliza-se a

figura 5, considerando que a área de downcomer corresponde a 12% da total e

considera-se que o diâmetro da coluna equivale 2,3 m.

FIGURA 30. RELAÇÃO ENTRE A ÁREA DO DOWNCOMER E COMPRIMENTO DA BARREIRA DO PRATO.

A partir destes dados, encontra-se um valor de Iw/Dc igual a 0,75. Logo:

113

O cálculo da barreira (hw) baseia-se na restrição de que não deve ser

superior a 15% do espaçamento entre os pratos (TS). Portanto, adotou-se para

altura da barreira 12% do valor de TS, ou seja, hw vale 0,072 m ou 72 mm.

Sabe-se que a espessura do prato e o diâmetro do orifício (dh) são iguais

a 10 mm. O número de furos do prato (Nh) é obtido a partir de:

Destiladora DT-02

O mesmo método descrito anteriormente foi feito para o

desenvolvimento da segunda destiladora, a qual utiliza a corrente de topo da

primeira coluna. Neste caso, o foco é realizar a separação entre a água e o

clorofórmio que pode retornar então com um alto teor de pureza.

Primeiramente, estimou-se que seriam 10 estágios na coluna

apresentada. No entanto, foi verificado que não há necessidade para esta

quantia já que uma menor quantidade pode ser feita – 4 estágios teóricos - o

que economiza os custos de projeto, conforme visto os perfis de composição

dos líquidos da segunda destiladora:

FIGURA 31 PERFIS DAS COMPOSIÇÕES LÍQUIDAS NA DESTILADORA 02

Equação 60

114

Logo, 5 estágios reais foram escolhidos para a segunda destiladora (4

teóricos). Além disto, a coluna possui um condensador total com pressão de

1,30 bar, o refervedor tipo Kettle e 0,15 bar como a perda de pressão da

coluna.

O prato de alimentação, a razão de refluxo e a razão entre a vazão

mássica de fundo e da alimentação também foram escolhidos através da

análise sensitiva. Então, observou-se que a razão de refluxo ideal é de 0,26 em

massa e a razão de fundo com a alimentação é de 0,2 em massa. Além disto, a

alimentação desta coluna ocorre no segundo estágio.

Após isto, o método Rated Based foi aplicado, variando a coluna com

pratos do tipo SIEVE e NUTTER e recheio estruturado. Os pratos da coluna de

destilação foram feitos para o tipo SIEVE, com um único passe, espessura de

10 GAUGE e espaçamento entre os pratos de 0,6096 m. Para os pratos

NUTTER FLOAT VALVE, foi considerado de espessura 10 GAUGE e

espaçamento entre os pratos de 0,6096 m. Já para o recheio estruturado,

optou-se pelo tipo MELLAPAK, da SULZER de material padrão, dimensão de

250 X e HETP de 0,404 m.

Com isto, os resultados para as correntes de saída foram gerados,

mostrados na TABELA 56.

Através dos resultados gerados na tabela anterior, foi optado pelo uso

da coluna de pratos SIEVE devido as recuperações encontradas para o

clorofórmio que é o foco da separação na segunda destiladora. Além disto, o

custo é inferior aos anteriores apresentados e a coluna apresenta um dos

menores diâmetros.

Logo, o diâmetro da coluna é de 0,7 m. A determinação da altura da

coluna está relacionada com o espaçamento entre os pratos (TS) e o número

de pratos da coluna. Como especificado anteriormente, TS equivale a 0,6096

m. e de acordo com os dados gerados o número de estágios reais (NP) é de 5.

Logo, a altura da coluna é fornecida pela equação abaixo:

( )

As faixas de valores habituais de altura de colunas são menores que

50 m e, desta forma, a altura calculada encontra-se dentro desta faixa.

115

A área da seção transversal da coluna é obtida a partir do diâmetro da

coluna:

Sabe-se que a área do downcomer (Ad) corresponde a 12% da área da

seção transversal da coluna:

116

TABELA 56 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DA SEGUNDA DESTILADORA

Tipo Nutter Sieve Mellapak

Topo Fundo Topo Fundo Topo Fundo

Temperatura (º C) 55,9 45,3 56,1 98,4 55,8 45,6

Pressão (bar) 1,3 1,45 1,3 1,45 1,3 1,45

Vazão molar (kmol/h) 61,806 67,911 48,032 47,362 65,08 64,637

Vazão mássica (kg/h) 6785,864 2261,954 5208,615 1302,154 6966,82 2080,998

Vazão volumétrica (m³/h) 4,759 2,063 3,658 1,44 4,889 1,925

Entalpia (Gcal/h) -2,141 -4,822 -1,705 -3,581 -2,34 -4,616

Vazão mássica (kg/h)

Água 100,089 929,045 85,973 664,742 132,493 896,641

Ácido acético 29,557 625,425 42,11 619,198 57,444 597,538

Clorofórmio 6656,217 707,485 5080,532 18,214 6776,883 586,819

Fração mássica

Água 0,015 0,411 0,017 0,51 0,019 0,431

Ácido acético 0,004 0,276 0,008 0,476 0,008 0,287

Clorofórmio 0,989 0,313 0,975 0,014 0,973 0,282

Recuperação

Água 0,097255 0,902745 0,114522 0,885478 0,128742 0,871258

Ácido acético 0,045127 0,954873 0,063677 0,936323 0,087703 0,912297

Clorofórmio 0,903923 0,096077 0,996428 0,003572 0,920309 0,079691

Diâmetro da coluna (m) 0,7 0,72 0,8

Número de estágios teóricos 4 4 4

Número de estágios reais 5 5 5

Eficiência da coluna 0,8000 0,8000 0,8000

117

A área ativa (Aa) agora pode ser facilmente calculada com o auxílio da

área da seção transversal da coluna e a área do downcomer (Ad).

E com isto, a área furada (Ah) é:

Detalhamento do prato da destiladora DT-02

Optou-se por um prato perfurado de material de aço inoxidável 316,

assim como é feito o casco e cabeçotes, já que temos compostos que podem

causar corrosão aos aços carbonos. A espessura do prato, ep, pode ser

estimada como de 3 mm e o diâmetro do orifício do prato, dh, por este ser de

aço inox, vale de 1,5 a 2,0 vezes da espessura do prato aproximadamente –

optou-se então pelo valor de 6 mm.

Para encontrar o comprimento da barreira do prato (Iw) utilizou-se o

mesmo método descrito na destiladora anterior.

A partir destes dados, estimou-se um valor de Iw/Dc igual a 0,60. Logo:

O cálculo da barreira (hw) baseia-se na restrição de que não deve ser

superior a 15% do espaçamento entre os pratos (TS). Portanto, adotou-se para

altura da barreira 12% do valor de TS, ou seja, hw vale 0,072 m ou 72 mm.

Sabe-se que a espessura do prato e o diâmetro do orifício (dh) são iguais

a 10 mm. O número de furos do prato (Nh) é obtido a partir de:

118

11.3 TROCADORES DE CALOR

11.3.1 Lista de Trocadores de calor

TABELA 57 - LISTA DE TROCADORES DE CALOR.

TAGS FUNÇÃO MATERIAL CORRENTES

ENTRADA SAÍDA

TC-01 Resfriamento

de Ácido Acético

Aço Inox 316 84

85

86

87

TC-02 Resfriamento

de Clorofórmio

Aço Inox 316 113

112

114

115

CN-01

Condensação da corrente de topo da

DT-01

Aço Inox 316 92

93

94

95

CN-02

Condensação da corrente de topo da

DT-02

Aço Inox 316 106

107

108

109

KT-01

Vaporização da corrente de fundo da

DT-01

Aço Inox 316 88

89

90

91

KT-02

Vaporização da corrente de fundo da

DT-02

Aço Inox 316 103

104

105

116

11.3.2 Projetos dos Trocadores

Os trocadores de calor apresentados no processo estão localizados na

área de recuperação do ácido acético e de purificação do clorofórmio que é

utilizado como solvente. Logo, estão situados junto às destiladoras.

Os condensadores estão localizados nos topos das destiladoras DT-01

e DT-02 e seus objetivos consistem em promover o refluxo através da coluna.

Além disto, podem ser dimensionados de forma a obter um líquido saturado ou

subresfriados quando escolhidos como condensação total.

119

Já os refervedores resumem-se na fonte de energia necessária para

promover a transferência de massa no fundo da coluna. Os tipos mais comuns

são de termosifão que podem ser projetados de forma vertical ou horizontal, os

de circulação forçada e do tipo Kettle (“chaleiras”) (IFBA, 2015).

Os trocadores de calor casco e tubos foram utilizados para as linhas de

retorno de ácido acético e de clorofórmio devido as suas altas temperaturas.

Para dimensionar os refervedores da planta, utilizou-se o software

Aspen Exchanger Design and Rating versão 8.4. Neste, foi definido o modelo

tipo “Kettle”, ou seja, seu cabeçote de entrada consiste em um carretel com

tampo removível (tipo A), com tipo de casco de refervedor Kettle (tipo K) e o

feixe e cabeçote de retorno consiste em um feixe de tubos em “U” (tipo U).

Além disto, operam na posição horizontal.

Além disto, o método de design foi escolhido e refere-se ao tamanho.

O primeiro refervedor está localizado junto a primeira destiladora e

destina-se a corrente de fundo da destiladora. Além disto, a corrente está rica

em ácido acético, por isto, o material de aço inoxidável foi utilizado.

Já o segundo refervedor está localizado na segunda coluna de

destilação destinada para a purificação do clorofórmio. O método para o

dimensionamento resumiu-se na simulação no software Aspen.

O mesmo software foi utilizado para dimensionar os condensadores da

planta e os trocadores das linhas de retorno de ácido acético e de clorofórmio.

O TEMA selecionado para todos foi do tipo AEM o qual representa um trocador

de calor casco e tubos com carretel e tampa removíveis; casco de um passe e

com cabeçote de espelho fixo semelhante ao tipo B e o material selecionado é

de aço inoxidável.

11.4 BOMBAS

11.4.1 Lista de Bombas

120

TABELA 58. LISTA DE BOMBAS

TAGS FUNÇÃO CORRENTES

ENTRADA SAÍDA

BB-01 Bombeamento de

Ácido Acético Tancagem - Processo

06 58 22 07

BB-02 Bombeamento de celulose ativada

20 21


Ácido Sulfúrico Tancagem - Processo

23 24

BB-04 Bombeamento de Anidrido Acético

Tancagem - Processo 25 26


solução da acetilação 29 30

BB-06 Bombeamento de água Tancagem -Processo

31

32 38 57 62


solução da hidrólise 55 56

BB-08 Bombeamento da

solução da precipitação 60 61

BB-09 Bombeamento do líquido de saída do

filtro 63 64

BB-10 Bombeamento do líquido de saída da

prensa 66 67

BB-11 Bombeamento de ácido

acético diluído para extração líquido líquido

75 78


clorofórmio Tancagem – Processo

76 77


solução do decantador para destiladora

80 81

BB-14 Bombeamento do fundo da DT-01

82 83

BB-15 Bombeamento do

condensado da DT-01 96 97

BB-16 Bombeamento do fundo da DT-02

100 101

BB-17 Bombeamento do condensado para retorno à DT-02

110 111

BB-18

Bombeamento do condensado da DT-02

para retorno ao processo

110 112

11.4.2 Projeto de Bombas

121

As três bombas escolhidas para serem projetadas foram as dos

seguintes serviços:

- Bombeamento de anidrido acético – BB-01;

- Bombeamento de clorofórmio - ;BB-18

- Bombeamento de uma corrente que contém água e ácido acético –

BB-11;

Bomba para corrente de anidrido acético

Para a corrente de anidrido acético, têm-se os seguintes dados para

dimensionamento:

O head da bomba será dado por:

(

)

122

Convertendo a perda de carga para metros, temos:

Logo, sendo 1,04 kgf/cm² equivalentes a 101989 , temos:

O balanço de energia fica então:

(

)

Com head de 36 m e vazão igual a 6,5 m³/h, utilizando a carta de

bombas da fabricante KSB®, escolhemos a bomba adequada:

123

FIGURA 32 - CARTA DE BOMBAS KSB® - 3500 RPM.

O modelo selecionado é o 25-150(A). O diâmetro de rotor selecionado

será de 141 mm, fornecendo uma eficiência em torno de 50%.

FIGURA 33 - EFICIÊNCIAS PARA O MODELO 25-150(A).

124

Deste modo, a potência será de 1,8 HP. Adicionando 50% a mais de

potência no motor, tem-se que um motor de 2,7 HP é necessário.

FIGURA 34 - POTÊNCIAS PARA O MODELO 25-150(A).

Logo, conclui-se que o modelo adequado é o 25-150(A). Este modelo

requer um NPSH de 2 m, como mostra a figura abaixo.

FIGURA 35 - NPSH REQUERIDO PARA O MODELO 25-150(A).

Analisando a possibilidade de cavitação, tem-se:

125

Logo, não haverá cavitação e a bomba selecionada atende o requerido.

A tabela abaixo contém as informações resumidas da bomba escolhida:

TABELA 59- RESUMO DOS DADOS OBTIDO NO DIMENSIONAMENTO DA BOMBA DE ANIDRIDO ACÉTICO.

Anidrido Acético

Modelo 25-150(A)

Rotação 3500 RPM

φ 141 Mm

P 2,7 HP

NPSH req. 2 m

Bomba para corrente de clorofórmio

Para a corrente de clorofórmio, temos os seguintes dados:

126

Aplicando os dados no balanço, tem-se:

(

)

Consultando a carta KSB, chegamos ao modelo 25-200. O rotor

selecionado é o de 176 mm, que fornece uma eficiência em torno de 20%.

FIGURA 36 - EFICIÊNCIAS PARA O MODELO 25-200.

127

A potência do motor necessária é igual a 5 HP, recomenda-se então

uma folga de 25%, sendo a potência real igual a 6,25 HP.

FIGURA 37 - POTÊNCIAS PARA O MODELO 25-200.

FIGURA 38 - NPSH REQUERIDO PARA O MODELO 25-200.

Como o NPSH requerido é em torno de 1 m, verificamos a

possibilidade de cavitação:

128

Logo, a bomba não cavitará. A tabela abaixo contém as informações

resumidas da bomba escolhida:

TABELA 60 - RESUMO DOS DADOS OBTIDOS NO DIMENSIONAMENTO DA BOMBA DE CLOROFÓRMIO.

Clorofórmio

Modelo 25-200

Rotação 3500 RPM

φ 176 Mm

P 6,25 HP

NPSH req. 1 m

Bomba para corrente de mistura de água e ácido acético

Os dados para essa corrente são:

Calculando o head, tem-se:

129

(

)

Logo, a bomba escolhida será o modelo 32-200.1, de 3500 RPM. O

diâmetro selecionado é o de 188 mm, fornecendo uma potência em torno de

26%.

FIGURA 39 - EFICIÊNCIAS PARA O MODELO 32-200.1.

A potência requerida pelo motor é igual a 8 HP, logo, utiliza-se uma

folga de 25%, sendo a potência real igual a 10 HP.

130

FIGURA 40 - POTÊNCIAS PARA O MODELO 32-200.1.

O NPSH requerido é em torno de 2 m:

FIGURA 41 - NPSH REQUERIDO PARA O MODELO 32-200.1.

Verificando a possibilidade de cavitação, tem-se:

131

TABELA 61 - RESUMO DOS DADOS OBTIDOS NO DIMENSIONAMENTO DA BOMBA DE ÁGUA E ÁCIDO ACÉTICO.

Agua + Ácido acético

Modelo 32-200.1

Rotação 3500 RPM

φ 188 Mm

P 10 HP

NPSH req. 2,0 m

11.5 VASOS HORIZONTAIS

11.5.1 Lista dos Vasos Horizontais

TABELA 62. LISTA DE VASOS HORIZONTAIS


VS-01 Acumulação de Ácido Acético

diluído

Área de Processo

Aço Inox 316

VS-02 Acumulação de condensado da

DT-01

Área de Processo

Aço Inox 316

VS-03 Acumulação de condensado da

DT-02

Área de Processo

Aço Inox 316

11.5.2 Projeto de Vasos Horizontais

O projeto dos vasos horizontais se baseia em suas vazões e tempos de

residência. Para o vaso de acumulo ácido acético, por exemplo, tem-se:

- ;

- ;

- ;

Logo, seu volume será:

132

Ou, com 20% de folga:

Utilizando uma relação ⁄ , tem-se que suas dimensões ficam:

Podemos calcular sua espessura com a mesma equação utilizada para

os reatores e os seguintes dados:

TABELA 63 - DADOS PARA O CÁLCULO DA ESPESSURA DO VASO VS-01.

VS-01

P coluna 43778,56 Pa = 0,04377856 MPa

P amb. 1 atm = 0,1013 MPa


R 1,12 m = 1116 mm

S 80 MPa

E 0,7

C 1,2 mm

Y 0,4

t 4 mm

Logo, sua espessura será de 4 mm. O dimensionamento dos demais

vasos segue o mesmo desenvolvimento. Os resultados obtidos são resumidos

na tabela abaixo:

TABELA 64 - DADOS OBTIDOS NO DIMENSIONAMENTO DOS VASOS DO PROCESSO.

Vaso V útil (m³) V total (m³) L (m) D (m) e (mm)

VS-01 17 21 4,74 2,37 4

VS-02 0,58 0,7 1,43 0,76 2

VS-03 0,46 0,6 1,33 0,71 2

133

11.6 FILTRO TAMBOR ROTATIVO

11.6.1 Lista de Filtros

TABELA 65. LISTA DE FILTROS

TAGS FUNÇÃO LOCALIZAÇÃO

FT-01 Filtração do Acetato de Celulose

Área de Processo

11.6.2 Especificação de Filtro

Filtros de tambor são os filtros rotativos contínuos mais frequentemente

usados e são encontrados em diferentes aplicações, devido à sua simplicidade

e facilidade de operação. O filtro de tambor rotativo à vácuo escolhido –

Krauss-Maffei TSF 9.2 - pode filtrar partículas de 1 a 300 μm. O modelo foi

escolhido com base na saída de sólidos de 1500 kg/m² h. Para essa saída,

considerando a vazão de sólidos na saída de 4425,89 kg/h, a área de filtragem

deve ser de aproximadamente 3 m², área na qual o modelo TSF 9.2 se

encaixa.

11.7 PRENSA

11.7.1 Lista de Prensas

TABELA 66. LISTA DE PRENSAS


FT-01 Filtração do Acetato de Celulose

Área de Processo

134

11.7.2 Especificação de Prensa

Foi escolhida uma Prensa de Banda, como a da marca Flottweg, que

são utilizadas para separação contínua de líquidos a partir de diferentes

misturas sólido-líquidas. São feitas inteiramente de aço inoxidável, o que dá ao

equipamento maior durabilidade. Para manter uma elevada capacidade de

prensagem, as bandas são continuamente limpas.

O modelo foi escolhido com base na capacidade da prensa. A vazão de

operação deve ser de 4425,9 kg/h. O modelo possui vazão nominal de

7000 kg/h.

11.8 SECADOR

11.8.1 Lista de Secadores

TABELA 67. LISTA DE SECADORES


SC-01 Secagem do Acetato de Celulose

Área de Processo

11.8.2 Projeto e Especificação de Secador

O secador utilizado para a purificação do produto final foi caracterizado

como um secador de tubo por vapor ( Steam Tube Dryer). Devido ao seu

método de secagem indireta, consegue chegar a temperatura altas sem haver

degradação do produto secado. Para o cálculo da quantidade de vapor

necessária considerou-se a utilização de vapor satura a bar com temperatura

de 132,9ºC que possui uma entalpia de transição de fase de 507,8kcal/kg

demostrado abaixo.

135

Sendo:

Q= Calor (kcal/h)

m= massa (kg/h)

ΔT= variação de temperatura (ºC)

A temperatura de secagem foi baseada na curva de secagem

apresentado por Motta Lima (2007) no qual estuda a curva de secagem para

acetato de celulose. Nesse artigo faz-se o estudo em várias temperaturas e

encontra valores como a taxa de secagem, valor aqui necessário.

Figura 42 CURVA DE SECAGEM - ACETATO DE CELULOSE

FONTE: Oswaldo Curty da Motta Lima, 2009

A umidade final foi estabelecida como sendo 0,3% em base seca do

produto final, assim para encontrar a área de troca térmica calculou-se:

( )

136

Sendo:

t = tempo de secagem (min) A= área de troca térmica (m²)

m= massa de produto(kg)

X= umidade(f = final/ i = inicial)

N = taxa de secagem (min-1)

Como no catálogo de vendas da empresa escolhida o valor de área

mais próxima é de 57m², foi recalculado o tempo de secagem resultando em

27min. E a quantidade de vapor fornecida por hora será de 279,52kg.

11.9 TRITURADOR

11.9.1 Lista de Trituradores

TABELA 68 - LISTA DE TRITURADORES


TT-01 Trituração da

Celulose Área de

Processo

11.9.2 Especificação de Trituradores

Foi escolhido um triturador industrial que pode triturar uma grande

variedade de materiais. Foi especificado de acordo com a capacidade, onde,

em operação, será alimentado com 1723,29 kg/h e sua vazão nominal é de

2300 kg/h.

11.10 MISTURADOR DE LINHA

137

11.10.1 Lista de Misturadores de Linha

TABELA 69 - LISTA DE MISTURADORES DE LINHA


MT-01 Trituração da

Celulose Área de

Processo

MT-02 Mistura de água na

corrente de acetilação

Área de Processo

MT-03 Mistura de ácido acético diluído e

clorofórmio

Área de Processo

11.10.2 Especificação de Misturadores de Linha

Os misturadores de linha foram escolhidos conforme os diâmetros das

tubulações em que estão localizados. Em seu interior, há um formato

diferenciado que permite maior interação entre as partículas.

11.11 DECANTADOR

11.11.1 LISTA DE DECANTADORES

TABELA 70. LISTA DE DECANTADORES.


DC-01 Decantação de Solução de Extração Líquido Líquido

Área de Processo

11.11.2 PROJETO DO DECANTADOR

O decantador tem como função a separação entre dois líquidos

imiscíveis, fazendo parte de uma extração líquido líquido.

Extração

A extração é uma operação unitária utilizada para separar fases

imiscíveis a partir da adição de um solvente. Este deve ser: capaz de formar

duas fases; ser imiscível em uma das fases; não reagir quimicamente com o

soluto; não ser inflamável ou tóxico. A extração pode ser: simples, que é

138

realizada por uma única etapa, ou seja, determina-se o volume do solvente

extrator e realiza-se a extração com este volume apenas uma única vez;

múltipla, onde envolve duas ou mais extrações simples ou quimicamente ativa,

cujo objetivo consiste em alterar quimicamente um composto a fim de mudar

sua constante de distribuição (TREVISAN & AL, 2013).

A corrente de processo envolve uma mistura imiscível de ácido acético

e água e com vazão total de 17441,64 kg/h, tendo 50,45% de água; 47,41 % de

ácido acético e quantidades insignificantes de acetato de sódio e de sulfato de

clorofórmio. Para separar a linha, recomenda-se o uso de solventes como

clorofórmio, butanol ou hexanol. Preferiu-se o primeiro destes pelo fato de ser

facilmente separado na operação unitária posterior, além de ter diversas

informações a respeito de sua utilização.

Estimou-se uma vazão de solvente que fosse capaz de separar a

mistura na extração de forma otimizada e assim obteve-se o valor de 8000 kg/h

de clorofórmio com 99,8 % de pureza.

Assim, a vazão mássica da mistura (M) foi calculada a partir da

seguinte equação:

Onde F é a vazão mássica da corrente de processo e S a vazão mássica

de solvente. Logo:

A partir das vazões fornecidas na alimentação do equipamento,

determinou-se a fração mássica de cada um dos compostos da corrente:

139

A partir destes valores, foi pesquisado o diagrama ternário do sistema

para 25 ºC e 1,7 bar no software Aspen e plotou-se a reta de solvente que

interliga as frações iniciais do solvente com o ponto de mistura e as frações

iniciais da corrente de processo:

FIGURA 43 - DIAGRAMA TERNÁRIO DA MISTURA DE CLOROFÓRMIO, ÁGUA E ÁCIDO ACÉTICO A 25ºC E 1,7 BAR FONTE: Aspen Plus 8.4

A partir do ponto de mistura, pode-se observar as frações mássicas da

fase do rafinado a qual é rica em água e a fase extrativa, a qual é rica em

solvente e em ácido acético. E com estes resultados, foi possível obter as

vazões das correntes extrativa e rafinada com o auxílio do sistema de

equações:

Estes resultados podem ser visualizados na tabela a seguir.

140

TABELA 71 RESULTADOS DAS CORRENTES PROVENIENTES DO DECANTADOR

Composto Frações mássicas Vazões mássicas (kg/h)

Extrato Rafinado Extrato Rafinado

Água 0,063 0,880 1044,85 7754,65

Acetato de sódio 0,000 0,002 2,58 17,76

Sulfato de sódio 0,003 0,035 44,60 307,49

Ácido acético 0,492 0,078 8192,95 687,23

Clorofórmio 0,442 0,005 7363,70 42,42

Total 16648,68 8809,55

Com a vazão total de 25458 kg/h e tempo de residência de 7,5

minutos, podemos calcular o volume do decantador:

Com 20% de folga, tem-se:

Utilizando ⁄ , as dimensões ficam:

Para cálculo da sua espessura, tem-se:

141

TABELA 72 - DADOS PARA CÁLCULO DA ESPESSURA DO DECANTADOR.

P coluna 10122 Pa = 0,0101 MPa

P amb. 0,17221 MPa


R 2,20 m = 2199 mm

S 80 MPa

E 0,7

C 1,2

Y 0,4

t 8 mm

Logo, sua espessura será de 8 mm.

142

12 INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE

12.1 ESTRATÉGIAS DE CONTROLE

12.1.1 Controle de Temperatura

O controle de temperatura foi adotado nos reatores e tanques em que

ocorre aquecimento ou resfriamento. Nesses casos, o controle foi feito com o

sensor internamente ao equipamento e a atuação do controle nas correntes de

entrada de vapor ou água de resfriamento. Deste modo, uma variação na

temperatura interna do equipamento faz com que ocorra a entrada de mais

fluidos de aquecimento ou resfriamento, adequando o equipamento à sua

temperatura ideal.

O controle de temperatura também foi adotado nos trocadores de calor

TC-01 e TC-02. Nesses, a medida da temperatura é feita na saída da corrente

quente e então o controle atua na corrente de entrada da água de resfriamento,

mantendo o sistema sempre na temperatura ideal.

A temperatura da destiladora é controlada por meio do controle da

pressão, já que as variáveis são interligadas.

12.1.2 Controle de Pressão

Todos os vasos fechados devem receber controle de pressão, isso

porque existem ácidos voláteis no processo, que com o passar do tempo

podem vaporizar e fazer com que a pressão interna dos equipamentos

aumente. Neste caso, há um sistema em que a pressão medida no interior do

vaso faz com que o controle atue em uma tubulação de liberação desses

vapores ácidos. Esses vapores são então destinados à uma torre de lavagem

de gases ácidos seguidos de um neutralizador.

Nos reatores em batelada, deve haver também uma válvula que

permite a entrada de ar no reator nos momentos de descarregamento, para

que a pressão em seu interior não diminua. Além disso todos os reatores

devem possuir uma válvula quebra vácuo, para medidas de segurança.

143

Nas destiladoras há um controle de pressão que verifica a pressão no

interior das colunas e atua na entrada de água do condensador respectivo à

coluna. Com isso, é possível condensar menos ou mais vapor, mantendo a

pressão da coluna e consequentemente sua temperatura.

12.1.3 Controle de Nível

Os vasos acumuladores possuem controle de nível para que não

sequem, atuando em suas correntes de saída.

O nível das destiladoras é controlado pelo nível de seus kettles, que

são como vasos comunicantes.

O nível do decantador da extração líquido líquido é controlado

utilizando um sensor de nível de interface.

12.1.4 Controle de Vazão

Em todas as correntes com grandes vazões que saem da seção de

tancagem há um controle de vazão, para que se garanta a vazão desejada no

processo. O controle de vazão de ácido sulfúrico, por ser pequena vazão, é

realizado através de uma bomba dosadora.

Há um controle de razão para controlar as vazões que entram no

misturador MT-02, de modo que sejam sempre proporcionais.

As vazões das correntes de retorno de condensado para a destiladoras

é controlada setando uma vazão de acordo com a razão de refluxo.

12.2 VÁLVULAS

Válvula de controle para linha de líquido – VV-01

Para o dimensionamento das válvulas de controle, utilizaram-se dois

métodos: A metodologia fornecida pela empresa Hiter® e, para comparação, o

software disponibilizado pela empresa Masoneilan®. O método Hiter® segue o

seguinte desenvolvimento:

Para o cálculo do Cv, temos a seguinte equação:

144

√

Com ela, obtém-se um valor inicial para o Cv. Para esse cálculo,

considera-se inicialmente e iguais a 1, sendo uma das constantes

fornecidas pela fabricante. Logo, tem-se:

√

Calcula-se então o chamado Cvi, por:

Pode-se calcular agora o regime de escoamento do fluxo, o que

determina as equações a serem usadas no dimensionamento, dado pela

seguinte expressão:

√

[

]

⁄

Sendo e iguais a 1 e 0,91 respectivamente, para válvula globo pré-

selecionada. Logo:

145

√ [

]

⁄

O que caracteriza um regime turbulento. Analise-se agora se o fluxo na

válvula será crítico, através da seguinte equação:

(

)

Sendo que é igual a 1 quando a válvula e a tubulação possuem o

mesmo diâmetro e é dado por:

√(

) (

)

Onde e são iguais a 0 quando a válvula possui o mesmo

diâmetro da tubulação. Logo:

√(

) (

)

Tem-se então:

(

)

146

Se for menor que a perda de carga da válvula, o fluxo não será

crítico, o que de fato ocorre. Logo, não é necessário considerar nos

cálculos. Por fim, verificamos se há a cavitação na válvula, pela seguinte

equação:

Onde para válvulas globo. Portanto:

Se for menor que a perda de carga na válvula, não haverá cavitação,

o que de fato se verifica. Como todas as condições são atendidas, o pré-

selecionado de 8,66 está correto e a válvula selecionada deve atender esta

condição, sendo seu Cv no mínimo 20% maior que o calculado.

Utilizando o software fornecido pela Masoneilan, chega-se num valor de

9,061 para o Cv, validando sua utilidade, como mostra a figura abaixo:

147

FIGURA 44 - DADOS OBTIDOS PARA O CÁLCULO DO CV PARA A VÁLVULA DE LÍQUIDO UTILIZANDO O SOFTWARE MASONEILAN®.

148

FIGURA 45 - CATALOGO DE VÁLVULAS GLOBO MASONEILAN SÉRIE 21900.

Logo, analisando o catalogo, decide-se por utilizar uma válvula globo

de diâmetro , série 21900, classe 600, característica Linear, porcentagem

de abertura de 80% e Cv 10,4, da Masoneilan®.

Válvula de controle para vapor – VV-06

O dimensionamento de uma válvula de controle para controle de vapor

segue o mesmo raciocínio da anterior, com algumas alterações nas equações,

do seguinte modo:

Pré-seleciona-se uma válvula borboleta, que fornece as seguintes

constantes:

e .

149

Verifica-se então a condição de fluxo, em função da razão de queda de

pressão .

Tem-se então que:

Como , a condição de fluxo é subcrítica. Calculando o

fator de expansão, considerando d = D, tem-se:

Calculando o Cv preliminar, tem-se:

√

√

Analisa-se agora o chamado fator da razão da queda de pressão:

[

]

[

]

150

Tem-se então:

Que é maior que , caracterizando fluxo subcrítico. Logo, o Cv

pré-calculado esta correto, sendo seu valor igual a 1446.

Utilizando o software da Masoneilan®, chegamos a , valor

bastante próximo ao calculado.

FIGURA 46 - DADOS OBTIDOS PARA O CÁLCULO DO CV PARA A VÁLVULA DE VAPOR UTILIZANDO O SOFTWARE MASONEILAN®.

151

FIGURA 47 - CATALOGO PARA VÁLVULAS BORBOLETAS.

Escolhe-se então uma válvula borboleta de , série 121, abertura de

disco de 40° e Cv nominal de 2130.

Válvula para clorofórmio – VV-69

Para este caso, o cálculo se assemelha ao realizado para a corrente de

anidrido acético, com maior atenção à possibilidade de cavitação. Pré-

selecionamos uma válvula globo de Cv igual 9,1. Para este caso, o Reynolds

calculado é 202377 e o . Calcula-se agora o chamado fator do número

de Reynolds, dado por:

(

) (

)

Onde é dado por:

(

)

(

)

Logo:

152

(

) (

)

Tem-se também que . Logo:

Que é menor que 5,9. Portanto, a válvula escolhida atende ao desejado.

A válvula escolhida é do tipo globo Masoneilan®, série 21900, classe 600, com

1,5” de diâmetro e Cv nominal 9,1.

153

FIGURA 48 - DADOS OBTIDOS PARA O CÁLCULO DO CV PARA A VÁLVULA DE LÍQUIDO SATURADO UTILIZANDO O SOFTWARE MASONEILAN®.

154

13 TUBULAÇÕES

13.1 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE LÍQUIDA

Para a tubulação de líquidos, foi escolhida a corrente entre o tanque de

armazenamento de anidrido acético contendo 95,5% de pureza e o tanque de

acetilação.

Primeiramente foi pesquisado o tipo de material a ser utilizado,

conforme as resistências à corrosão e o fluido e a tabela abaixo:

TABELA 73 RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS FLUIDOS DA TUBULAÇÃO LÍQUIDA

RESISTÊNCIA À CORROSÃO

Fluido Material

Aço

Carbono

AISI AISI AISI Bronze Ferro Buna

"N"

Neoprene Teflon

®

304 316 410 (PTFE)

Água

Doce

R C C C C C C C C

Anidrido

Acético

N R C N N N N N C

C = Compatível; N = Não Compatível

R = Compatível com Restrições; S = Sem Informação.

FONTE: VAL AÇO.

Logo, o aço inoxidável AISI 316 foi escolhido pelo fato de ser

compatível com os fluidos a serem trabalhados nesta tubulação.

A fabricação desta tubulação é feita através da soldagem e assim, seus

tubos contém costuras realizadas a partir de uma bobina contínua e no formato

longitudinal uma vez que é empregado na maioria dos tubos industriais. Além

disto, a solda é feita com proteção de gás inerte (Inert Gas Welding – IGW)

evitando problemas de oxidação (TELLES, 1976).

o Dimensionamento da tubulação para líquidos

O dimensionamento da tubulação foi feito a partir dos seguintes

passos:

155

Pesquisa pelas propriedades do fluido: densidade, viscosidade e vazão

A densidade da mistura é de 1080 kg/m³ e contém cerca de 95,5% de

anidrido acético e 4,5% de água.

A viscosidade da mistura é de 0,9 cP.

A vazão da corrente é de 6498,06 kg/h.

Determinação do diâmetro da descarga

Sabe-se que a velocidade econômica de líquidos deve estar entre 1,5 e

3,5 m/s para viscosidades inferiores a 40 cP.

Logo, admitiu-se inicialmente a velocidade de 2 m/s e vazão de

6,02 m³/h. Com isto, a área da seção transversal é obtida:

Equação 61

Através deste resultado, a tabela que relaciona o diâmetro nominal das

tubulações industriais com a área é usada. Escolhe-se então o diâmetro

baseando-se na área de secção livre que mais se aproxima da calculada

anteriormente, ou seja, 8,35656 cm². Na sequência, encontra-se a tabela que

relaciona os parâmetros das tubulações:

156

FIGURA 49 DADOS PARA DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÕES

Observa-se que a tubulação contendo 9,65 cm² é a que mais se

aproxima da área de secção livre calculada – 8,36 cm², ou seja, escolhe-se

primeiramente a tubulação de 1 ¼ ” de diâmetro nominal e 35 mm de diâmetro

interno para schedule 40. Logo, a nova velocidade obtida foi de 1,73 m/s,

permanecendo ainda na faixa econômica.

Determinação da perda de carga da descarga

Sabe-se que a perda de carga econômica para líquidos deve estar

entre 0,25 kgf/cm² e 1,00 kgf/cm² para cada 100 metros de tubulação. Para

chegar neste resultado, deve-se primeiramente calcular o número de Reynolds:

157

Como a rugosidade para o aço inoxidável equivale a 0,01 mm, a

relação entre rugosidade e diâmetro interno equivale a 0,000286. Com estes

resultados, busca-se o fator de fricção (4f) no gráfico abaixo:

FIGURA 50 GRÁFICO DE MOODY FONTE: OCEANICA UFRJ (2011)

Logo, o valor encontrado no gráfico foi de 0,0205 e assim 2f equivale a

0,01025. Finalmente a perda de carga da descarga é obtida:

Equação 62

158

Logo, este valor atende a perda de carga econômica.

Determinação do diâmetro da sucção

O procedimento descrito anteriormente é repetido, diferenciando

apenas no fato de que a tubulação na sucção da bomba deve ser superior a da

descarga para evitar a cavitação da mesma. Assim, optou-se pelo diâmetro de

1 ½” os resultados encontrados foram:

TABELA 74 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO DE LÍQUIDOS

Informações

Diâmetro nominal (in) 1 1/2''

Diâmetro interno (mm) 40,8

Schedule 40

Área da secção livre (cm²) 13,1

Perda de carga (m) 4,17

Perda de carga (kgf/cm²) 0,4506

o Condições de operação da tubulação para líquidos

Para operar no processo, a tubulação de sucção deve estar a 1,02 bar

e 25ºC e a tubulação da descarga deve estar a 3 bar e 25ºC. Já para o projeto,

a de sucção está a 1,122 bar e 45ºC e a de descarga a 3,3 bar e 45ºC.

o Espessura da parede das tubulações

A espessura da parede é calculada a partir da seguinte equação:

Equação 63

Onde é a espessura da parede; P é a pressão de projeto (bar); D é o

diâmetro externo (mm); S é a tensão admissível do material na temperatura

considerada; E é a eficiência da solda e equivale a 0,55 ; Y é o coeficiente de

159

redução conforme o material e a temperatura do tubo e equivale a 0,4 para

tubos de aço carbono em temperaturas inferiores a 480 ºC e c é o somatório

das sobre espessuras para corrosão, erosão, abertura de roscas e chanfros

(TELLES, 1976).

Após os cálculos realizados para a Equação 64, observou-se que a

espessura na tubulação de sucção equivale a 1,457 mm e a de descarga

equivale a 2,072 mm. No entanto, para as tubulações escolhidas FIGURA 51,

concluiu-se que as espessuras no schedule 40 são superiores às calculadas e

preferiu-se optar por estas já que são medidas padronizadas: para a sucção a

espessura equivale a 3,56 mm e para a descarga equivale a 3,68.

o Flexibilização térmica da tubulação para líquidos

O cálculo da flexibilidade de uma tubulação é necessário para verificar

dilatações ou movimentos dos pontos extremos da tubulação e é necessário

mesmo quando a tubulação está em condições ambientes. Este cálculo só

pode ser dispensado quando a tubulação for uma duplicata exata de outra já

calculada; quando a tubulação for semelhante (paralela e com os mesmos

pontos extremos e de fixação) a outra de maior diâmetro e de mesma

temperatura; tubulações trabalhando em temperaturas ambientes e não

expostas ao sol e não sujeitas à lavagem com vapor e também para tubulações

enterradas (TELLES, 1976).

Primeiramente, determina-se a linha diagonal entre os dois

comprimentos que a tubulação deve estar contida através da seguinte

equação:

Equação 65

Por exemplo, para a sucção os pontos apresentam 0,1 m e 29,80 m de

comprimento e assim equivale a 29,80 m.

Após isto, calcula-se o comprimento inicial da tubulação:

Equação 66

160

Por exemplo, para a tubulação de sucção o valor encontrado foi de 29,90 m ou

98,11 in.

A dilatação linear da tubulação é obtida por:

Equação 67

Onde corresponde a dilatação linear e depende do material da tubulação,

corresponde a variação de temperatura na tubulação.

Por exemplo, para a tubulação de sucção, o valor encontrado foi de

98,112 in.

Finalmente, é verificado se a tubulação necessita de flexibilização a

partir da seguinte equação que atende a norma ANSI.B.31:

Equação 68

Onde D é o diâmetro nominal do tubo, Y a resultante das dilatações ou

movimento, L o comprimento da tubulação e U a distância entre os pontos

extremos (TELLES, 1976).

Por exemplo, para a tubulação de sucção obteve-se um comprimento

de 29,80 m revelando que é desnecessário realizar a flexibilização uma vez

que seu valor é inferior a 208,3 m.

O mesmo método é realizado para a tubulação de descarga e o

resultado obtido para a Equação 69 foi de 55,79 m mostrando assim que não é

necessário realizar a flexibilização da linha.

o Definição da perda de carga para a tubulação de líquidos

Para determinar a perda de carga dos acessórios, utilizou-se a

equação de Darcy-Weissbach que consiste em:

Equação 70

161

Onde f é o coeficiente de atrito e é um valor tabelado, baseado no diâmetro

nominal em polegadas e na velocidade média em metros por segundo.

Por exemplo, para a tubulação de sucção procurou-se inicialmente o

comprimento equivalente dos acessórios para 1 ½ ” a partir da tabela abaixo:

FIGURA 52 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES A PERDAS LOCALIZADAS FONTE: TELLES, 1976

Logo, o comprimento equivalente total para a linha da sucção foi

determinado:

TABELA 75 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES DA LINHA DE SUCÇÃO PARA FLUIDOS LÍQUIDOS

Acessório Quantidade Comprimento equivalente

Por acessório (m) Total por acessório (m)

Cotovelo 90º raio longo 2 0,9 0,7

Válvula de bloqueio (gaveta) 3 0,3 0,9

Dreno 0 0 0

Válvula de retenção 0 0 0

COMPRIMENTO EQUIVALENTE TOTAL DA SUCÇÃO (m) 1,6

162

Além dos acessórios descritos anteriormente, a perda de carga em

filtros FY com crivo limpo, pode ser estimada a partir da seguinte equação:

Equação 71

Onde é o fator de forma (coeficiente de resistência ao fluxo) e equivale a 2,5,

é a densidade (kg/m³), é a velocidade do fluido (m/s), g é a aceleração da

gravidade (m/s²) e é a perda de carga (kgf/cm²).

Para a tubulação de sucção, o valor da perda de carga encontrada foi

de 0,022 kgf/cm².

Com isto, a partir do comprimento total da tubulação de sucção para

líquidos equivalentes a 33,25 m, pode-se determinar a perda de carga total da

linha de sucção:

Equação 72

Para a tubulação de sucção da bomba, observou-se uma perda de

carga de 0,184 kgf/cm².

O mesmo procedimento foi repetido para a determinação da perda de

carga da tubulação da descarga da bomba cujo diâmetro equivale a 1 ¼” e

estes resultados encontram-se abaixo.

TABELA 76 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES DA LINHA DE DESCARGA PARA FLUIDOS LÍQUIDOS

Acessório Quantidade Comprimento equivalente

Por acessório (m) Total por acessório (m)

Cotovelo 90º raio longo 6 0,7 4,2

Válvula de bloqueio (gaveta) 3 0,2 0,6

Dreno 1 0,7 0

Válvula de retenção 1 2,7 2,7

COMPRIMENTO EQUIVALENTE TOTAL DA DESCARGA (m) 8,2

A perda de carga calculada para o filtro na corrente de descarga

equivale a 0,041 kgf/cm². Logo, encontrou-se a perda de carga total da linha de

163

descarga de líquidos: 0,852 kgf/cm² para cada 100 metros de tubulação

(ressaltando que esta tubulação apresenta 69,4 metros de comprimento).

O layout desta tubulação foi desenvolvido e pode ser observado em

anexo.

13.2 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE SATURADA

o Definição da tubulação para corrente saturada

Para a tubulação de corrente saturada, foi escolhida a linha entre o

condensador da segunda destiladora e esta mesma destiladora.





Fluido Material

Aço

Carbono


"N"

Neoprene Teflon

®

304 316 410 (PTFE)

Ácido

Acético

Puro

N R C N N N N N C

Água

Doce R C C C C C C C C

Clorofórmio R C C C R R N N C



FONTE: VAL AÇO.


compatível com os fluidos a serem trabalhados nesta tubulação. A fabricação

desta tubulação é feita através da soldagem com proteção de gás inerte.

o Dimensionamento e perda de carga da tubulação para corrente saturada

164

A densidade da mistura é de 1436,96 kg/m³ e contém cerca de 99 % de

clorofórmio.


A vazão da corrente é de 5209 kg/h.

Os mesmos procedimentos para os cálculos das tubulações anteriores

foram seguidos e seus resultados encontram-se na tabela abaixo.

TABELA 78 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE LÍQUIDO SATURADO

Parâmetros Linhas

Sucção Descarga Retorno do clorofórmio

Diâmetro nominal (in) 1 1/2 " 1 " 1"

Diâmetro interno (mm) 40,8 26,2 26,2

Espessura da parede (mm) 3,68 2,87 2,87

Área da seção livre (cm²) 13,5 1,96 1,96

Velocidade (m/s) 0,75 1,33 1,33

Comprimento da tubulação (m) 1,0 4,7 5,5

Perda de carga dos acessórios (m) 1,30 5,80 10,58

Perda de carga total (kgf/cm²)/ 100 metros

0,05 3,504 3,54

O layout desta tubulação foi desenvolvido e pode ser em anexo.

13.3 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE VAPOR

o Definição da tubulação de vapor

Para a tubulação de vapor, foi escolhida a linha entre a caldeira e um

dos tanques de ativação. Primeiramente foi pesquisado o tipo de material a ser

utilizado, conforme as resistências à corrosão e o fluido e a tabela abaixo:

165



Fluido Material

Aço

Carbono


"N"

Neoprene Teflon

®

304 316 410 (PTFE)

Água




FONTE: VAL AÇO.


compatível com o vapor a serem trabalhados nesta tubulação que se encontra

a aproximadamente 155 ºC e 4 bar. A fabricação desta tubulação é feita

através da soldagem com proteção de gás inerte.

o Dimensionamento e perda de carga da tubulação para corrente saturada

A densidade da corrente é de 2,125 kg/m³.


A vazão da corrente é de 46312 kg/h.


foram seguidos, com exceção de que a velocidade econômica para o vapor

superaquecido deve estar entre 20 e 60 m/s e que a perda de carga deve estar

entre 20 kPa à 75 kPa a cada 100 metros. Além disto, a corrente de vapor

proveniente da caldeira ramifica-se ao longo da tubulação, revelando assim

diferentes tipos de diâmetros.

Seus resultados encontram-se na tabela abaixo.

166

TABELA 80 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE LÍQUIDO SATURADO

Parâmetros

Diâmetro nominal (in) 14 " 2 " 1 ¼ " ¾”

Diâmetro interno (mm) 381 52,5 35 20,9

Espessura da parede (mm) 11 3,91 3,56 2,87

Área da seção livre (cm²) 1140 21,7 9,65 3,44

Velocidade (m/s) 53 - - -

Comprimento da tubulação (m) 30,32 9,5 5 5,5

Perda de carga dos acessórios (m)

82,8 3,5 6,9 0,8


anexo.

13.3 TUBULAÇÃO PARA CORRENTE DE GASES

Para esta tubulação, foi escolhida a linha entre o refervedor e a segunda

destiladora.



TABELA 81 RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS FLUIDOS


Fluido Material

Aço

Carbono


"N"

Neoprene Teflon

®

304 316 410 (PTFE)

Ácido

Acético

Puro

N R C N N N N N C

Água


Clorofórmio R C C C R R N N C



167

FONTE: VAL AÇO.


compatível com os fluidos a serem trabalhados nesta tubulação. A fabricação

desta tubulação é feita através da soldagem com proteção de gás inerte.

o Dimensionamento e perda de carga da tubulação para a corrente de

gases

A densidade da mistura é de 1465,2 kg/m³.


A vazão da corrente é de 1302,154 kg/h.


foram seguidos, com exceção de que a velocidade econômica para o vapor

superaquecido deve estar entre 15 e 30 m/s e que a perda de carga deve estar

entre 20 kPa à 75 kPa a cada 100 metros. Além disto, a corrente de vapor

proveniente da caldeira ramifica-se ao longo da tubulação, revelando assim

diferentes tipos de diâmetros.

Seus resultados encontram-se na tabela abaixo.

TABELA 82 RESULTADOS DA TUBULAÇÃO

Parâmetros

Diâmetro nominal (in) ¼

Diâmetro interno (mm) 13

Espessura da parede (mm) 2,87

Área da seção livre (cm²) 0,85

Velocidade (m/s) 15

Comprimento da tubulação (m) 6,2

Perda de carga dos acessórios (m)

0,8

Perda de carga total (kgf/cm²) 0,592


anexo.

13.4 DIMENSIONAMENTO DO ISOLAMENTO TÉRMICO

168

Em tubulações com grandes diferenças de temperatura em relação ao

ambiente nos quais estão presentes, é interessante analisarmos a

possibilidade do uso de isolamento térmico. Em nosso processo, temos a

presença da tubulação de alimentação de vapor à planta como destaque nesse

caso. O vapor se encontra na pressão de 4 bar absoluto, ou seja, em torno de

142,9 °C. Deste modo, recomenda-se a instalação do isolamento térmico,

dimensionado do seguinte modo:

Considerando a temperatura do ambiente igual a 25°C e considerando

também apenas o trecho no qual a tubulação possui diâmetro de (

, tem-se que a temperatura média do isolante será:

Pré-selecionando o isolamento de lã de vidro da Isover Saint-Gobain®,

tem-se que nessa temperatura a condutividade térmica do material é em torno

de ⁄ . Além do isolamento, é necessária também a instalação

de chapas corrugadas de alumínio, a fim de se proteger o isolante. Utilizando

os preços encontrados na apostila de Noções de isolamento térmicos de

tubulações, da disciplina de Integração III do curso de Engenharia Química da

UFPR, têm-se os seguintes valores:

A espessura ótima de isolamento será obtida através de cálculos

repetitivos. Para espessura de 1 polegada, tem-se:

169

O calor se transfere em série entre a tubulação e o ambiente, do

seguinte modo:

Ou, substituindo e rearranjando:

(

)

Estimando inicialmente ⁄ , tem-se:

( )

Com esta temperatura, podemos confirmar o chute inicial para ,

utilizando para isso a seguinte equação:

(

)

(

)

⁄

Logo, como o calculado diferiu bastante do estimado inicialmente,

devemos iterar até que os valores se aproximem. Realizando a iteração,

170

chegamos a e ⁄ . Logo, o coeficiente global

de troca térmica será:

⁄

A quantidade de calor perdida será então:

Ou, em 1 hora:

Em 1 ano, nosso processo irá operar algo em torno de 8473 horas,

logo:

Como utilizamos gás natural para geração de vapor, temos a seguinte

analise:

171

;

Convertendo para kWh, tem-se:

Como o preço do gás natural é em torno de R$ 1,93/m³:

Logo, o desperdício financeiro que ainda teremos utilizando isolamento

de apenas 1 polegada será:

Deve-se agora analisar os custos relacionados com a instalação do

isolamento, do seguinte modo:

Para espessura de 1 polegada, tem-se:

⁄

O preço da chapa de alumínio corrugada pode ser estimado em R$

34,00/m². A quantidade necessária de acabamento será então:

Onde o fator 0,013 compensa a sobreposição de chapas. Assim, para

diâmetro de 0,4064 m, tem-se:

172

Logo, o preço das chapas será:

Por fim, o preço total será:

Multiplicando pelo comprimento considerado, tem-se:

Portanto, o custo final no período de 1 ano, será:

Utilizando espessuras maiores para o isolamento, o gasto com

desperdício de energia irá diminuir, porém, os gastos com instalação irão

aumentar. Deste modo, a espessura ótima será a que apresentar o menor valor

para o custo total. A tabela abaixo resume os valores obtidos para o cálculo

com outras espessuras:

TABELA 83 - RESULTADOS PARA O DIMENSIONAMENTO COM OUTRAS ESPESSURAS.

Espessura (in) Custos (R$)

1 12304

1,5 10052

2 8952

173

2,5 8370

3 8062

4 7913

5 8073

Ou, na forma gráfica:

FIGURA 53 - GRÁFICO CUSTO TOTAL X ESPESSURA DE ISOLAMENTO TÉRMICO.

Logo, conclui-se que a espessura ótima de isolamento será 4

polegadas. O dimensionamento para os demais trechos da tubulação de vapor

se faz da mesma forma.

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

0 1 2 3 4 5 6

Gas

to a

nu

al (

R$

)

espessura (in)

Custo x espessura

174

14 UTILIDADES

14.1 GERAÇÃO DE VAPOR

A caldeira a ser implantada na fábrica deverá atender a todas as

vazões de vapor necessárias. Assim, para encontrar a carga de vapor somam-

se as correntes para o tanque de ativação, os tanques de hidrólise, o secador e

dos trocadores de calor.

TABELA 84 - VAZÃO DE VAPOR REQUERIDO.

Fonte Vazão total (kg/h)

Ativação 154,45

Hidrólise 45877,75

Secador 279,52

Refervedores 88987,98

Total 135299,72

Fonte: Os Autores, 2015

Para essa quantidade será empregada duas caldeiras fogotubulares

movidas a gás natural e serão utilizadas da seguinte forma: uma será exclusiva

para atender as destiladoras, visto que a vazão de vapor é alta e terá uma

potência de 12 MW. A outra caldeira servirá para o restante do processo e

possuirá uma potência de 6 MW.

Para atender estas vazões, selecionou-se 2 caldeiras do fabricante

Viessmann - Vitomax 200-HW, modelo M74A, uma que fornece 13,15 MW e

outra com 8,82 MW, alimentadas com gás natural.

175

FIGURA 54- ALGUNS DADOS DAS CALDEIRAS FOGOTUBULARES SELECIONADAS.

14.2 RESFRIAMENTO

Para dimensionamento da torre de resfriamento, seguiu-se o método

proposto pela empresa Caravela Ambiental (2015). Os dados extraídos do

processo são:

- Vazão de água quente: ⁄ ;

- Temperatura de entrada da água: ;

- Temperatura de bulbo úmido local (Cotia/SP): ;

- Approach considerado: ;

Tem-se então que a temperatura de saída da água será:

Com estes dados, pode-se calcular o chamado , dado

pela diferença entre as temperaturas de entrada e saída de água da torre:

176

Com as informações de temperatura de bulbo úmido local, approach

considerado e salto térmico, utiliza-se a tabela abaixo para obter o chamado

:

TABELA 85 - FATORES DE CAPACIDADE PARA TEMPERATURA DE BULBO ÚMIDO DE

24°C.

Temperatura de bulbo úmido 24°C

Salto térmico (°C)

a (°C) 3 4 5 5,5 6 8 10 12 14 16 18 20 25

3 13,5 11,5 9,8 9 8,3 7 6,2 5 4,5 4,2 3,8 3,6 3,2

4 17,3 14 11,7 10,8 9,8 8,2 6,7 6,1 5,5 5,1 4,7 4,4 3,9

5 22 18,2 15 13,8 12,6 10,6 8,6 7,7 7 6,5 6,1 5,6 4,9

5,5 24,5 20,1 16,3 15 13,7 11,2 9,3 8,3 7,5 6,95 6,5 6,1 5,3

6 27 21,9 17,6 16,2 14,7 11,8 10 8,9 8 7,4 6,9 6,6 5,7

7 - 26 20,5 18,8 17 13,4 11,3 10,1 9,2 8,5 8 7,5 6,5

8 - 30 22,3 20,5 18,7 14,8 12,5 11,2 10,1 9,3 8,7 8,2 7,1

9 - - 25,4 23,5 21,5 16,7 14,3 12,7 11,5 10,5 10 9,3 8,1

10 - - 28,1 26,2 24,2 19,1 16,4 14,3 12,8 11,8 11,1 10,5 9,2

Logo, o fator de capacidade é igual a 6,5. Com este fator, juntamente

com o valor de vazão de igual, busca-se na tabela seguinte o modelo de torre

que atenda à nossa demanda:

TABELA 86 - TABELA PARA ESCOLHA DO MODELO WTD.

Modelo

WTD

Fator de capacidade

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 20

81/9 88 112,8 118,6 124 136 142,4 152 160,8 172 190,4 192 204 213,6 216

81/12 112 132 138 144 152 160,8 170,6 184 192 203 209,6 220,8 230,4 232,8

177

100/9 110 141 148 155 170 178 190 201 215 238 240 255 267 270

100/12 140 165 172,5 180 190 201 213,2 230 240 253 262 276 288 291

121/9 137,5 176,3 185 193 212,5 222,5 237,5 251,3 268,8 297,5 300 318,7 333,8 337,5

121/12 175 207,3 215,7 225 237,5 251,3 266,5 287,5 300 317,3 327,5 345 360 363,8

151/9 176 225,6 236,8 248 255 267 312,8 321,6 344 380,8 384 408 427,2 432

151/12 210 247,5 258,8 270 285 301,5 328,8 345 360 381 423 414 432 436,5

Como não há o valor de 6,5 na tabela, utiliza-se o maior seguinte, no

caso, igual a 7. Com a vazão de , escolhe-se o modelo WTD-81/12,

que atende uma vazão de até , proporcionando uma folga ao

processo.

178

15 TANCAGEM

A determinação do volume de tancagem aproximadamente atmosférica

segue as normas da American Petroleum Institute (API) para tanques padrões.

Nela é tabelado a altura e diâmetro para capacidades de 280 USgal até

600000 USgal (WALAS, 2010).

Para o calcula da capacidade foi levado em consideração um espaço de

segurança de 10% e o tanque deve suprir a necessidade de dois dias de

processo. Os bocais de entrada foram padronizados para atender o tamanho

dos mangotes dos caminhões que abasteceram a empresa. As capacidades

foram calculadas baseada nas vazões horárias requeridas do processo. Abaixo

encontra-se a lista de tanques.

TABELA 87 LISTA DE TANCAGEM

TAGS FUNÇÃO LOCALIZAÇÃO FICHA DE

ESPECIFICAÇÃO

MATERIAL

TQ-01 Ácido Acético Tancagem 01-001/15 Aço Inox 316

TQ-02 Ácido Sulfúrico Tancagem 01-002/15 Aço Carbono A-53

TQ-03 Anidrido Acético Tancagem 01-003/15 Aço Inox 316

TQ-04 Clorofórmio Tancagem 01-004/15 Aço Inox 316

TQ-05 Água Tancagem 01-005/15 Aço Carbono A-53

FONTE: Os Autores,2015

15.1 CÁLCULO DOS VOLUMES

Para cada tanque usou-se a vazão mássica total utilizado do processo para

cada tanque. Dividindo pela densidade, e multiplicando por 24, tem-se o volume

diário e, como é de ter capacidade para dois dias, multiplica-se por 3 para o

ácido acético e 2 para os demais. Assim os volumes estão dispostos na tabela

abaixo.

179

TABELA 88 CAPACIDADE DOS TANQUES

Tanque Capacidade (m³)

TQ-01 491

TQ-02 7,5

TQ-03 275

TQ-04 285

TQ-05 430


15.2 ESTRATÉGIA LOGÍSTICA

Como a necessidade de ácido sulfúrico pode ser suprida com um

volume pequeno, será feito um estoque em armazém fechado para garantir a

continuidade do processo. O ácido acético será transportado para as

instalações da unidade por via rodoviária. Por haver risco de atrasos e

possíveis greves de motoristas o tanque irá ter sua capacidade aumentada

para suprir três dias de processo. Fara-se um acordo prévio com a empresas

distribuidoras de ácido acético, celulose, ácido sulfúrico, acetato de sódio e

clorofórmio na qual garantirá a entrega dos produtos mesmo quando elas

estejam em sua parada anual de manutenção.

Isso também será implantado na planta, portanto a área de depósito de

produto final e expedição deverá ter uma capacidade de estocagem grande o

suficiente para as paradas mensais de 4 dias e para a parada anual, não

prejudicando o balanço econômico das empresas envolvidas.

A facilidade de estar na mesma cidade que a produção de anidrido

acético também é útil quando se diz respeito a venda do subproduto ácido

acético. Desta forma o trânsito de caminhões entre as empresas será facilitado.

Para o sistema de contenção haverá nos entornos da área de tancagem

um dique com 52,7m de comprimento, 72,4m de largura e 0,76m de altura.

180

16 SELEÇÃO DOS MATERIAIS

A seleção de materiais para os fluidos ácidos e álcalis são função,

principalmente, da temperatura ou da concentração. Para ácidos, é

recomendado em concentrações elevadas, cuidado com diluição acidental, que

pode ocorrer em consequência da absorção da umidade do ar. (SILVA

TELLES)

- Ácido Acético: Temperatura até 100ºC e concentração até 100% aço

inox 316.

- Ácido Sulfúrico: Em temperatura baixas e concentrações acima de 85%

e com velocidade de até 1 m/s recomenda-se aço carbono com sobre

espessura nominal.

- Anidrido acético: Temperaturas baixas e concentração acima de 80%

recomenda-se aço 316 ou 304 com restrições.

- Solução Álcalis: Para matérias álcalis o material depende

essencialmente da temperatura (SILVA TELLES). Para temperaturas até 40ºC

permite-se o uso de aço carbono sem limitações. Caso a temperatura fique

entre 40 e 70ºC ainda permite-se o uso de aço carbono, devendo ser feito um

tratamento térmico de alivio de tensões.

- Clorofórmio: Pelo seu aspecto levemente ácido, tem-se algumas

restrições ao uso do aço carbono sendo recomendado o aço inox. Como os a

maioria dos materiais são de aço inox 316, para evitar corrosão entre metais

será empregado o Aço Inox 316.

- Água: Para baixas pressões e temperaturas moderadas (até 10kg/cm²

e até 60ºC) usa-se aço carbono com sobre espessura de 1,2mm.

181

17 CRITÉRIOS DE SEGURANÇA DA PLANTA

17.1 BREVE DESCRIÇÃO DOS COMPOSTOS

Na unidade de produção de acetato de celulose teremos a presença

dos seguintes compostos químicos:

- Polpa de celulose;

- Ácido sulfúrico 98,0%;

- Ácido acético com pureza 99,8%;

- Anidrido acético 95,5%;

- Acetato de sódio 98,0%;

- Clorofórmio;

- Água no estado líquido e vapor;

Os ácidos apresentam alta toxicidade e poder de corrosão, sendo

extremamente importantes estabelecermos as corretas medidas de segurança

para a operação da planta.

POLPA DE CELULOSE

A polpa de celulose é um composto de coloração acinzentada e leve

odor. Na forma de pó, quando inalado, apresenta nenhum ou pouquíssimo

efeito sobre o organismo, dentro do limite de 15 mg/m³. Em relação ao contato

com os olhos e a pele, pode causar irritação, sendo indicada a lavagem com

agua corrente para alivio dos sintomas. Sua armazenagem não requer

condições especiais, sendo recomendado apenas um ambiente fresco e seco,

livre de fontes de ignição.

O uso de luvas e como equipamento de proteção individual é suficiente

para evitar irritação por contato com o produto. Recomenda-se também o uso

de exaustores para manter os níveis de poeira abaixo do aceitável.

(AMERICAN WOOD FIBERS, 2015).

ÁCIDO SULFÚRICO

182

O ácido sulfúrico é um potente irritante do trato respiratório, pele e

olhos, podendo causar lesões graves e permanentes. Também reage

violentamente com o ácido acético, trazendo perigos à operação do reator. O

ácido sulfúrico não é um composto inflamável, mas pode reagir com metais

gerando gás hidrogênio, que é altamente inflamável.

Quando necessários procedimentos manuais com este produto, os operadores

deverão usar equipamentos de proteção individual, como roupas e luvas de

PVC, máscaras de proteção e a realização do procedimento em ambientes

altamente arejados. Sua estocagem pode ser feita em recipientes de

polietileno, aço carbono ou aço inox. Toda a área será dotada de chuveiros de

emergência e lava-olhos (SUPER QUÍMICA, 2015).

ÁCIDO ACÉTICO

O ácido acético, utilizado largamente como solvente, é um líquido

inflamável, de categoria 3. Seus vapores também são inflamáveis e, quando

em contato com a pele e olhos, pode causar sérias lesões, sendo

recomendada a lavagem com água corrente. Sua armazenagem deve ser feita

em ambientes bem arejados e frescos, evitando assim altos níveis de vapor do

composto no ambiente. Para se combater eventuais incêndios causados por

este produto, indica-se o uso de espuma, nevoa de agua, pó químico ou

dióxido de carbono, não sendo recomendado o uso de jatos de água. Durante o

manuseio, os operadores deverão utilizar equipamentos de proteção individual,

a fim de se evitar o contato do produto com a pele e olhos (RHODIA, 2015).

ANIDRIDO ACÉTICO

A exemplo do ácido acético, o anidrido também é um líquido inflamável

de categoria 3, que oferece riscos de lesão à pele e olhos, quando em contato

com os mesmos. Suas medidas de segurança serão as mesmas aplicadas ao

manuseio do ácido acético (RHODIA, 2015).

ACETATO DE SÓDIO

O acetato de sódio, que possui a aparência de pequenos cristais e leve

odor de ácido acético, não apresenta grandes riscos aos operadores durante

183

seu manuseio. Este composto não possui caráter tóxico nem inflamável, sendo

recomendada, apenas por precaução, a lavagem da pele e dos olhos casos

esses entrem em contato com o produto. Logo, a exemplo dos demais

compostos, a instalação de chuveiros e lava-olhos é necessária, por

precaução. Seu armazenamento deve ser feito em lugares frescos e arejados

(SUPER QUÍMICA, 2015).

Em resumo, as medidas de segurança da operação da planta preveem

o largo uso de exaustores, para se evitar o acumulo de vapores (principalmente

de ácidos) no ambiente. Além disso, em toda a área da planta será feita a

instalação de chuveiros de emergência, lavadores de olhos, extintores e

disponibilizado aos funcionários todos os equipamentos de proteção individuais

pertinentes. A adequação do processo às demais normas de segurança, bem

como descrição de procedimentos de segurança coletiva, serão discutidas nas

próximas etapas do projeto.

CLOROFÓRMIO

O clorofórmio é um líquido incolor que possui toxicidade nível 3. Deve-

se evitar o acúmulo de seus vapores em ambientes fechados e, caso haja

contato com a pele, deve-se lavar imediatamente com água. Não é um

composto inflamável. Para seu eventual manuseio, os operadores deverão

estar equipados com os devidos equipamentos de proteção individual.

TABELA 89 - LIMITES DE EXPLOSIVIDADE PARA OS COMPOSTOS PRESENTES NO PROCESSO.

Composto LIE LSE

Anidrido acético 2,7% (V) 10,10% (V)

Ácido acético 5,4% (V) 16,00% (V)

Ácido sulfúrico NA NA

Acetato de sódio NA NA

Polpa de celulose NA NA

Clorofórmio NA NA

17.2 DEMAIS MEDIDAS DE SEGURANÇA

184

Além do uso de equipamentos de proteção individual, outras medidas

serão tomadas para a segurança de operação. Como há a presença de

compostos voláteis, a devida ventilação de ambientes fechados é necessária.

Alguns compostos possuem também caráter inflamável, sendo necessário o

projeto adequado de sistemas de combate a incêndios, sob norma dos

bombeiros.

O layout da unidade industrial foi proposto segundo normas de

segurança a respeito das distâncias entre equipamentos e áreas, garantindo

maior segurança e a possibilidade de estabelecimento de zonas de refúgio

para os funcionários.

Para a área de Tancagem, há ainda o dimensionamento de diques,

para conter eventuais vazamentos de produtos. Prevê-se que todos os

projetos, critérios de comissionamento e startup do processo sigam as normas

de segurança estabelecidas.

185

18 TRATAMENTO DE EFLUENTES E RESÍDUOS SÓLIDOS

O processo de produção de acetato de celulose gera os três tipos de

resíduos: gasoso, líquido/aquoso e sólido. Entre esses se destaca facilmente

os resíduos aquosos devido ao grande volume gerado na recuperação de ácido

acético, e de água para sua remoção do produto final. Resíduos gasosos de

fonte fixa aparecem implantação de caldeiras e da volatilização tanto nos

reatores quanto no armazenamento de matérias-primas. Porém as de fontes

móveis serão garantidas devido a movimentação de veículos pesados nas

imediações da planta. Resíduos sólidos apareceram primeiro quando forma-se

um sal resultante do processo de neutralização e com as perdas de material

durante o processo e o carregamento do produto final.

Como o volume de resíduos aquosos proveniente tanto da prensa

quanto da recuperação de ácido acético é muito mais que os outros citados,

este será melhor estudado.

TABELA 90 RESÍDUOS GERADOS

Resíduos Componentes Tipo Composição (kg)

Líquidos

Ácido Acético

Aquoso

1306,418

Clorofórmio 60,632

Acetato de Sódio 17,760

Sulfato de Sódio 307,49

Vapores Ácido Acético

Gasoso -

Anidrido -

Caldeira

Material Particulado

Gasosos

-

NOx -

SOx -


A vazão de líquidos tem 9786,35kg/h com cerca de 85,6% de água.

186

TABELA 91 CLASSIFICAÇÃO DOS COMPONENTES RESIDUAIS DE PROCESSO PELA

NBR 14725-2

Componente

Ácido acético Categoria

Toxicidade

Oral 5

Dérmica 4

Inalação 4

Inflamável 3

Lesão na Pele 1A

Lesão grave nos olhos 1

Anidrido acético

Toxicidade

Oral 4

Inalação 3

Aguda em meio aquático 3

Inflamável 3

Lesão na Pele 1B

Irritação nos olhos 2A

Clorofórmio

Toxicidade Oral 3

Inalação 5

Acetato de Sódio

Toxicidade

Oral 5

Dérmica 5

Inalação 4

Sulfato de Sódio

Toxicidade Oral 5

Fonte: Os Autores, 2015

Legislação

A regras e lei sobre corpos hídricos são regidos pela Resolução

CONAMA nº 357/2005 e pelas leis da Secretaria de Meio Ambiente do local

onde a planta for implantada.

A resolução regulamente a quantidade de padrões orgânicos,

inorgânicos e parâmetros como clorofila, densidade de cianobactérias e sólidos

totais dissolvidos e classifica as águas em classes 1,2 e 3. Quando o efluente

187

for retornar ao corpo hídrico, este deverá obedecer a Resolução CONAMA

nº430/2011 onde ditas as condições mínimas necessárias para este fim.

TABELA 92 LIMITES PADRÕES DE LANÇAMENTO DE EFLUENTES

Parâmetros Orgânicos Valores Máximos

Benzeno 1,2 mg/L

Clorofórmio 1,0 mg/L

Dicloroeteno 1,0 mg/L

Estireno 0,07 mg/L

Etilbenzeno 0,84 mg/L

Fenóis Totais 0,5 mg/L C6H5OH

Tetracloreto de Carbono 1,0 mg/L

Tricloroeteno 1,0 mg/L

Tolueno 1,2 mg/L

Xileno 1,6 mg/L

FONTE: CONAMA, 2011

Visto isso, deve-se então atentar para a quantidade de clorofórmio,

além do pH final do tratamento implantado.

Como a planta será montada no estado de São Paulo, também é

necessária uma consulta a legislação local. A bacia hidrográfica do

Paranapanema, onde maior parte se encontra neste estado, é regida pela

Portaria MINTER 13/76 e sua descrição está na tabela abaixo.

188

TABELA 93 PORTARIA MINTER 13/76

Parâmetros

analisados Classe 1 Classe 2 Classe 3

(ppm)

Ferro - - -

Zinco - - -

Manganês - - -

Cromo - 0,05 0,05

Cobre - 1 1

Chumbo - 0,1 0,1

Sulfatos - - -

pH - - -

Sais Totais - - -

Turbidez - - -

Fosfatos - - -

Nitrogênio Total - - -

Coliformes - Até 5000

Até

20000 Totais

Coliformes - Até 1000 Até 4000

Fecais

Pesticidas - - -

ABS - - -

Óleos e Graxas - Ausente -

DBO - Até 5 Até 10

Oxigênio

Dissolvido - >5 >4

Fonte: Diagnóstico dos Recursos Hídricos e Organização dos Agentes da

Bacia Hidrográfica do Rio Tubarão e Complexo Lagunar Vol.6 2008

Comparando as duas resoluções, a Resolução do CONAMA impõe

regras mais rígidas para o controle de efluente e portanto será a legislação a

ser obedecida.

Para resíduos gasosos que serão gerados pela caldeira, a Resolução

do CONAMA nº382/2006 anexos I ao V mostra todos os limites de emissões e

o modo com que os valores devem ser calculados. A caldeira utilizada é

movida a óleo combustível.

189

TABELA 94 LIMITES MÁXIMOS DE EMISSÃO PARA POLUENTES

Potência térmica nominal (MW) MP NOx SOx

Menos que 10 300 1600 2700

Entre 10 e 70 250 1000 2700

Maior que 70 100 1000 1800

FONTE: CONAMA, 2011

Tratamento

O tratamento convencional não pode ser aplicado pelo fato de haver

clorofórmio e este deve-se ter um cuidado especial. No mais há ácido acético

que precisará passar por um processo de neutralização e correção do pH.

Assim o processo ocorrerá como demostra a FIGURA 55 DIAGRAMA DE

BLOCOSO efluente será enviado para uma caixa de gordura que fará alguma

coisa. Em seguida passará por colunas de adsorção recheadas com carvão

ativado granular que, com uma eficiência de 99% remove o clorofórmio

deixando-o com menos de 1ppm (limite legislativo). E por fim o efluente passa

por um tanque onde o ácido acético é neutralizado com uma base qualquer e

seu pH é corrigido.

FIGURA 55 DIAGRAMA DE BLOCOS

Fonte: Os Autores,2015

190

Para o tratamento de resíduos gasoso, para materiais particulados

recomenda-se o uso de ciclones, filtros mangas ou precipitador eletrostático.

Para a contenção de gases como CO, CO2, NOx e SOx recomenda-se o uso de

lavadores de gases. Para os gases ácidos provenientes dos reatores haverá

um sistema de abatimento seguido de uma condensação, no qual é

recuperado.

191

19 COMISSIONAMENTO E STARTUP DA PLANTA INDUSTRIAL

O comissionamento da unidade industrial prevê o teste e ajuste de todos

os componentes do processo industrial, baseado em normas técnicas, com

destaque para a NR-13 (para Caldeiras e Vasos de Pressão). Os testes

realizados correspondem principalmente a testes hidrostáticos e de

estanqueidade, para se assegurar da execução correta das instalações de

instrumentações, flanges, perfeita execução de soldas, etc., evitando assim

vazamentos que gerem riscos durante a operação. Resumindo, os principais

tópicos do comissionamento são:

- Testes hidrostáticos e de estanqueidade dos equipamentos e

tubulações;

- Ajustes e calibração das válvulas e demais instrumentos;

- Testes para assegurar a correta instalação de componentes elétricos;

- Testes dos dispositivos referentes à segurança do processo;

Durante os procedimentos de comissionamento, pode-se também

realizar os treinamentos dos operadores e demais.

Após o comissionamento da unidade, pode-se iniciar o startup. Sugere-

se o seguinte procedimento de startup do processo:

- Carregamento dos tanques de estocagem de matérias-primas;

- Preenchimento das tubulações com e escorva das bombas;

- Carregamento dos tanques de ativação para preparo da primeira

batelada de celulose ativada;

- Startup da caldeira para geração de vapor utilizado no aquecimento de

todos os equipamentos que utilizam vapor;

- Terminado o primeiro batch de ativação, startup do reator de

acetilação, sendo sua saída bloqueada até o tempo necessário para se

completar o primeiro tempo de reação, quando então a saída é liberada e o

reator entra em operação contínua;

- Startup da torre de resfriamento, recebendo água quente utilizada no

resfriamento da acetilação;

192

- Startup dos reatores de hidrólise;

- Depois de realizada a primeira batelada de hidrólise, startup do tanque

precipitador, de modo semelhante à acetilação;

- Startup do filtro e da prensa;

- Startup das colunas de destilação;

- Processo atinge o regime estacionário;

193

20 ANÁLISE ECONÔMICA DO PROCESSO

A análise econômica tem como principal objetivo comprovar a veracidade da

viabilidade financeira do projeto quando observado os custos de aquisição dos

equipamentos, a possibilidade de empréstimos, os custos de movimentação do

negócio e a carga tributária associada. Esta é uma análise aproximada, visto

que ainda se trata de um projeto base e nem todas as despesas são

especificadas.

20.1 INVESTIMENTO INICIAL

O custo inicial de uma planta, ou investimento inicial é dado pela soma

das despesas com equipamentos de processo e sua instalação, utilidades,

terreno e sua preparação, pagamento de royalty (se houver), partida da planta,

custos indiretos (como de engenharia e pesquisa) e contingência.

Para isso existem métodos empíricos de estimativa de investimentos

como do de Lang (1947), o de Douglas (1968) e o de Guthrie (1974). Neles

existem um conjunto de dados no qual pode-se ter uma noção de valores para

cada equipamento que, por muitas vezes não se tem o valor passado pelo

fornecedor. O fato desses valores se encontrarem desatualizados não invalida

o seu uso, isto por que existe o chamado Índice Econômico de Ajuste de Preço.

O índice é um indicador da variação média de um conjunto de preços, entre um

período tomado como base e o período considerado.

Equação 73

Esses índices são produzidos por instituições que fazem o

levantamento contínuo de preços de bens e serviços como a revista Chemical

Engeneering Magazin que tem o índice CE e o índice Marshall & Swift (MS).

Também existe o índice de Nelson (NF) porém é mais utilizado para construção

de refinarias.

194

Para o processo discutido serão utilizados o índice CE e as equações

empíricas de cálculo representados por Guthrie estão apresentadas neste

trabalho. Abaixo está o custo FOB dos principais equipamentos.

TABELA 95 CUSTO FOB


Quando estimados os custos por Guthrie deve-se adicionar o chamado

Fator de Módulo (Fm) que adicionará os custos envolvidos além da simples

compra como por exemplo a preparação do local, instalação, mão-de-obra e

seguro.

TABELA 96 FATORES DE INSTALAÇÃO DESENVOLVIDOS POR GUTHRIE

Fonte: GUTHRIE, 1969. TC: trocadores de calor de feixe tubular; F: fornos de processo; FH: aquecedores a fogo direto; VP-H: vasos de pressão horizontal; VP-V: vasos de pressão vertical; Comp: compressores. Retirado de: Apostila análise econômica de projetos na engenharia química, 2012

Equipamentos Custo

Tanques Agitados R$ 1.042.140,68

Tanques de armazenamento R$ 2.046.667,05

Trocadores de Calor de processo R$ 382.603,89

Torre de resfriamento R$ 66.387,17

Bombas R$ 881.237,05

Destiladoras (c R$ 2.636.168,45

Decantador R$ 45.788,97

Caldeiras R$ 1.391.951,27

Filtro R$ 184.580,92

Prensa R$ 199.124,52

Triturador R$ 188.007,19

Esteiras R$ 55.475,00

Secador R$ 173.616,38

Misturador de linhas R$ 14.179,41

195

TABELA 97 FATORES DE MÓDULO PARA EQUIPAMENTOS

Fonte: GUTHRIE, 1969; Retirado de: Apostila análise econômica de projetos na engenharia química, 2012

Equação 74

Portanto o custo total de cada equipamento está apresentando na tabela

TABELA 98 CUSTO TOTAL DE EQUIPAMENTOS

Equipamentos Custo Fator $

Tanques Agitados R$ 1.042.140,68 4,23 R$ 4.408.255,09

Tanques de armazenamento R$ 2.046.667,05 1,67 R$ 3.417.933,98

Trocador de Calor R$ 382.603,89 3,29 R$ 1.258.766,79

Torre de resfriamento R$ 66.387,17 1,67 R$ 110.866,58

Bombas R$ 881.237,05 2,62 R$ 2.308.841,07

Destiladoras (completa) R$ 2.636.168,45 4,23 R$ 11.150.992,56

Decantador R$ 45.788,97 3,18 R$ 145.608,91

Caldeiras R$ 1.391.951,27 2,23 R$ 3.104.051,34

Filtro R$ 184.580,92 1,67 R$ 308.250,13

Prensa R$ 199.124,52 1,67 R$ 332.537,94

Triturador R$ 188.007,19 1,67 R$ 313.972,01

Esteiras R$ 55.475,00 1,67 R$ 92.643,25

Secador R$ 173.616,38 2,74 R$ 475.708,88

Misturador de linhas R$ 14.179,41 1,1 R$ 15.597,35

TOTAL

R$ 34.089.664,29

Fator CE 2015 575,7

2010 560,4

R$ 35.020.377,82 FONTE: Os Autores, 2015

20.2 DEPRECIAÇÃO

196

A depreciação é um ressarcimento do valor invertido nos equipamentos

que se deterioram durante a vida útil do processo. Assim, a depreciação

representa a parcela dos valores recebidos, em função das atividades do

empreendimento, que é declarada ao fisco como o retorno do capital

empregado para erigir o empreendimento. Representa o retorno aos cofres do

investidor de um dinheiro que ele já possuía, não configurando lucro, e sobre o

qual não se pagam impostos (YAMAMOTO et al, 2012). O cálculo da dedução

da depreciação é regulamentado por leis, pois a dedução da depreciação afeta

diretamente o imposto de renda pago pela empresa.

Alguns exemplos de cálculo são: 1) Linear; 2) Taxa Constante; 3)

Dígitos Anuais. Para o processo utilizará uma depreciação Linear de 10 anos.

Equação 75

No qual n é o número de anos.

20.3 CAPITAL DE GIRO

Designa-se capital de giro o investimento necessário para operar a

unidade industrial em plenas condições de produção, pelo tempo suficiente

para que o retorno representado pelas vendas dos produtos suporte as

despesas (YAMAMOTO et al, 2012). O tempo estimado para que o retorno se

concretize a partir do ponto de partida da unidade é de 40 dias.

TABELA 99 CUSTO DE MATÉRIA-PRIMA MENSAL

Matéria-Prima $ por quilo Demanda por mês $ total

Celulose 0,95 2461536 1571631,36

Ácido Acético 5,54 - -

Anidrido Acético 4,60 6238137,6 27946856,45

Ácido Sulfúrico 1,2 288668,0448 346401,6538

Acetato de Sódio 2,76 414079,776 1142860,182

Clorofórmio 4,06 2679729,6 10879702,18

Total MP

R$ 43.887.451,82

Os custos da matérias-primas foram encontrados na revista Química

de Derivados, 2003 e por artigos do BNDS atualizados pelo fator CE.

197

TABELA 100 CUSTO ENERGIA ELÉTRICA

Energia Elétrica KWh $/ KWh $/ Total/mês

Estrutural 3060 0,5214 715560,32

Equipamentos de Processo 230,13 0,5214 115190,19

Total EE

R$ 830.750,51

A energia elétrica será fornecida pela Eletropaulo, que tarifa sua

energia para industrias no valor de 0,5214R$/KWh.

TABELA 101 CUSTO DE UTILIDADES

Utilidades

Vazão $ total

Vapor kg/h 135299,7 R$ 432,96

Água de Processo m³/h 110,97 R$ 580,37

Combustível m³/h 7150 R$ 121,55

por hora R$ 1.134,88

Total Ut por mês R$ 1.089.486,91

TABELA 102 CUSTO DE MÃO DE OBRA

nº $ Total

Operadores - Controle 2 2400 4800

- De campo 12 1600 19200

Serviços Gerais -Limpeza, porta,

recepção 5 1200 6000

- Mecânico 2 1800 3600

- Segurança 2 1500 3000

- Brigadista 1 1500 1500

- Estagiários 2 850 1700

Administrativo 6 2000 12000

Técnicos 2 2800 5600

Eng. Químico e Químico analista 6600 13200

Gerente 1

11000

Diretor 1

18500

Total

100100

- Fator de Contribuição

1,8

Total MO Mensal R$ 180.180,00


O fator de contribuição considera todos os encargos trabalhistas e

auxílios como vale-transporte, plano de saúde e refeição no local de trabalho e

são distribuídos da seguinte maneira:

- Contribuição à Previdência Social: 20,0%

198

- FGTS: 8,0%

- Salário-Educação: 2,5%

- SENAC/SESC: 1,5%

- SENAI: 0,6%

- INCRA: 0,2%

- Risco de Acidente de Trabalho(RAT): 2,0%

- Auxilio Transporte, Saúde, Alimentação:37,1%

80,0%

Dessa forma, os gastos com mão de obra são 1,8 vezes o salário paga aos

funcionários.

20.4 FINANCIAMENTO

Segundo classificação do BNDES, sendo a receita bruta anual da Acel

Brasil, considerando 100% do produto principal e do produto secundário

vendidos, de R$ 508.723.683,38, a empresa é de grande porte. Para esse tipo

de empresa, o BNDES realiza o financiamento de máquinas e equipamentos,

seguindo a Linha de Apoio à Industria.

A Linha de Apoio à indústria tem como objetivo apoiar projetos de

investimentos visando à implantação, à modernização, à expansão da

capacidade produtiva, ao aumento da produtividade, à eficiência e à

infraestrutura de apoio à logística do parque industrial brasileiro. Podem

participar desta modalidade de financiamento todas as sociedades com sede e

administração no País. São apoiáveis os projetos de investimentos que visem à

ampliação da capacidade produtiva, implantação, recuperação, modernização

e otimização de unidades industriais e sua infraestrutura logística.

Considerando a divisão de setores da Indústria, a Acel Brasil se enquadra no

setor Indústria 2, que inclui:

Setor de Equipamentos de Transporte (exceto veículos de passeio);

Papel;

Produtos Químicos;

Biocombustíveis;

Siderurgia;

199

Gás Natural (exploração, desenvolvimento, produção e processamento);

Couros e Calçados;

Cadeia de Têxtil e Confecções;

Móveis; e

Aeroespacial, Defesa e Segurança.

A operação escolhida é feita diretamente com o BNDES e a taxa de

juros cobrada é composta pelo custo financeiro mais a remuneração básica do

BNDES, somados à taxa de risco de crédito. Os valores estão demonstrados

na TABELA 103.

TABELA 103 - TAXA DE JUROS COBRADA PELO BNDES NA LINHA DE APOIO À INDÚSTRIA.

Porte da empresa

Micro, pequenas e médias empresas

Média-grandes e grandes empresas

Custo financeiro

No mínimo, TJLP

No mínimo, TJLP para os setores do grupo Indústria 1

ou

máximo de 50% TJLP +

mínimo de 50% Cesta ou IPCA ou TS ou TJ3ou TJ6, para os setores do grupo Indústria 2 e Indústria 3

Obs.: o custo financeiro será Cesta nas operações com empresas sediadas no País, cujo controle seja exercido, direta ou indiretamente, por pessoa física

ou jurídica domiciliada ou sediada no exterior, destinado a investimentos de qualquer natureza em atividade econômica não especificada no Decreto nº

2.233/97Link para um novo site, de 23.05.1997

Remuneração básica do BNDES

1,5% a.a

A partir de 1,2 % ao ano (a.a.) para os setores do grupo Indústria 1

ou

a partir de 1,5 % a.a. para os setores do grupo Indústria 2 e Indústria 3

Obs.: se o custo financeiro incluir uma parcela de Cesta ou IPCA ou TS ou TJ3 ou TJ6, a remuneração básica do BNDES referente a esta parcela será de

1,2% a.a.

Taxa de risco de crédito

1,5% a.a

A partir de 1,2 % ao ano (a.a.) para os setores do grupo Indústria 1

ou

a partir de 1,5 % a.a. para os setores do grupo Indústria 2 e Indústria 3

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Custos_Financeiros/Taxa_de_Juros_de_Longo_Prazo_TJLP/index.html


http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Produtos/FINEM/industria.html#Industria1



http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Custos_Financeiros/Cesta_de_Moedas/index.html

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Custos_Financeiros/Indice_Nacional_de_Precos_ao_Consumidor_Amplo_IPCA/index.html

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Custos_Financeiros/Selic/index.html

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Custos_Financeiros/TJ3_e_TJ6/index.html

http://www.bndes.gov.br/SiteBNDES/bndes/bndes_pt/Institucional/Apoio_Financeiro/Custos_Financeiros/TJ3_e_TJ6/index.html









200

O valor mínimo de financiamento é de 20 milhões, sendo que a

participação máxima do BNDES, para o grupo Indústria 1 e Indústria 2 é de até

50% do valor total dos itens financiáveis. Os clientes podem ter a participação

do BNDES ampliada para até 90% do valor dos itens financiáveis. Mas, neste

caso, a parcela do crédito referente ao aumento da participação terá custo

equivalente a Cesta ou IPCA ou TS ou TJ3 ou TJ6 e a remuneração básica do

BNDES será de, no mínimo, 1,2% a.a. A empresa Acel Brasil pretende

financiar, nesta modalidade, o seu capital fixo, no valor de aproximadamente 54

milhões de reais. Considerando aprovação de 90% do valor para o

financiamento, o valor financiado será de cerca de 48 milhões de reais.

Para este caso, pode-se estimar a taxa de juros que incidirá sobre o

capital fixo financiado. De abril a junho de 2015, a Taxa de Juros de Longo

Prazo – TJLP, foi de 6% a. a. A taxa de juros de referência TJ3, em 09/06/2015

é estimada em 13,39% ao ano. Deste modo, a taxa de juros fica em,

aproximadamente, 12,40% ao ano.

Para o capital de giro, o BNDES financia até 30% do capital fixo

financiado associado ao projeto, ou seja, até R$ 14.475.993,78. Como o capital

de giro que a empresa deseja financiar é de R$ 46.638.396,72, o BNDES

financia o valor máximo e o restante é financiado em outra instituição

financeira. A taxa de juros para esse financiamento corresponde à TJ3, 13,39%

a. a., Remuneração Básica de 1,20% a. a. e Taxa de Risco de 1,50% a. a.,

totalizando 16,09% a. a.

O montante restante do capital total a ser investido será financiado pelo

FIP, Financiamento ao Investimento Paulista, que é voltada para projetos de:

implantação, ampliação e modernização da capacidade produtiva, visando

menor impacto ao meio ambiente e à eficiência energética. É realizado à taxa

de juros de 8% a.a + IPC-FIPE, sendo que em 2015, o IPC-FIPE está em

7,21% a. a. É possível financiar 100% do valor e o prazo de financiamento é de

até 120 meses, incluindo a carência.

O prazo total de financiamento do BNDES, tanto para o capital fixo

quanto para o capital de giro, é determinado em função da capacidade de

pagamento do empreendimento, da empresa e do grupo econômico.

201

Para o presente projeto, estima-se um prazo total de financiamento de

5 anos, com carência de 1 ano. As parcelas do financiamento foram estimadas

de acordo com o sistema de amortização constante, SAC, considerando a

inflação de 5% em 2017 e 4,5% anos seguintes, e encontram-se nas tabelas

seguintes.

TABELA 104. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DE 90% DO CAPITAL FIXO PELO BNDES, EM MILHÕES DE REAIS.

Período Saldo devedor

Corrigido Amortização Juros Prestação Saldo devedor

0 - - - - R$ 48,25

1 R$ 50,67 R$ 10,13 R$ 6,28 R$ 16,41 R$ 40,53

2 R$ 42,36 R$ 10,59 R$ 5,25 R$ 15,84 R$ 31,77

3 R$ 33,20 R$ 11,07 R$ 4,11 R$ 15,18 R$ 22,13

4 R$ 23,13 R$ 11,56 R$ 2,87 R$ 14,43 R$ 11,56

5 R$ 12,08 R$ 12,08 R$ 1,50 R$ 13,58 R$ -

TABELA 105. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DO CAPITAL DE GIRO PELO BNDES, EM MILHÕES DE REAIS.



0 - - - - R$ 14,48

1 R$ 15,20 R$ 3,04 R$ 2,45 R$ 5,49 R$ 12,16

2 R$ 12,71 R$ 3,18 R$ 2,04 R$ 5,22 R$ 9,53

3 R$ 9,96 R$ 3,32 R$ 1,60 R$ 4,92 R$ 6,64

4 R$ 6,94 R$ 3,47 R$ 1,12 R$ 4,59 R$ 3,47

5 R$ 3,63 R$ 3,63 R$ 0,58 R$ 4,21 R$ -

Tabela 106. Sistema SAC para financiamento do capital restante pelo FIP, em milhões de reais.



0 - - - - R$ 5,36

1 R$ 5,63 R$ 1,13 R$ 0,86 R$ 1,98 R$ 4,50

2 R$ 4,71 R$ 1,18 R$ 0,72 R$ 1,89 R$ 3,53

3 R$ 3,69 R$ 1,23 R$ 0,56 R$ 1,79 R$ 2,46

202

4 R$ 2,57 R$ 1,28 R$ 0,39 R$ 1,68 R$ 1,28

5 R$ 1,34 R$ 1,34 R$ 0,20 R$ 1,55 R$ -

TABELA 107. SISTEMA SAC PARA FINANCIAMENTO DO CAPITAL DE GIRO RESTANTE, EM MILHÕES DE REAIS.



0 - - - - R$ 32,16

1 R$ 33,77 R$ 6,75 R$ 5,14 R$ 11,89 R$ 27,02

2 R$ 28,23 R$ 7,06 R$ 4,29 R$ 11,35 R$ 21,17

3 R$ 22,13 R$ 7,38 R$ 3,37 R$ 10,74 R$ 14,75

4 R$ 15,42 R$ 7,71 R$ 2,34 R$ 10,05 R$ 7,71

5 R$ 8,05 R$ 8,05 R$ 1,23 R$ 9,28 R$ -

20.5 RENTABILIDADE DO PROJETO

20.5.1 Carga de Impostos

Os impostos que incidem sobre as vendas são: IPI – Imposto sobre

produtos industrializados, que variam de acordo com o produto e suas

alíquotas para as substâncias utilizadas no processo estão demonstradas na

Tabela 108; ICMS - Imposto sobre Operações relativas à Circulação de

Mercadorias e sobre Prestações de Serviços de Transporte Interestadual e

Intermunicipal e de Comunicação, que varia de acordo com o estado e para o

estado com alíquota de 18% para o estado de São Paulo, onde a planta será

instalada; PIS - Contribuição para Financiamento da Seguridade Social, com

alíquota de 1,65%; COFINS - Programas de Integração Social e de Formação

do Patrimônio do Servidor Público, com alíquota de 7,60%.

Estes impostos permitem o desconto de créditos apurados com base

em custos, despesas e encargos da pessoa jurídica.

203

Tabela 108. Alíquotas do IPI.

Produto Alíquota

Acetato de sódio 0

Ácido acético 0

Anidrido acético 0

Acetato de celulose 5%

Clorofórmio 0

Ácido sulfúrico 0

Celulose 5%

O imposto que incide sobre o resultado do exercício é o Imposto de

Renda (IR). Essa dedução é expressa como a Taxa Anual de Imposto de

Renda. De acordo com a Receita Federal as taxações são postas da seguinte

maneira:

15% (quinze por cento) sobre o lucro real, presumido ou arbitrado

apurado pelas pessoas jurídicas em geral, seja comercial ou civil o seu

objeto;

Adicional de 10% (dez por cento) sobre a parcela do lucro que exceder

R$ 20.000,00 / mês;

6%(Seis por cento) sobre o lucro líquido para contribuições sociais;

Portanto a taxa total de IR que é incidida é de 31%.

20.5.2 Lucro líquido

O lucro líquido foi calculado pela construção de um Demonstrativo de

Resultados do Exercício (DRE), anual. Foi realizado um demonstrativo para

venda de 100% de Acetato de Celulose e 100% de Ácido Acético.

Dos valores totais de vendas foram descontados: Impostos, Custos e

Despesas, Depreciação, Juros e Imposto de Renda, obtendo assim o Lucro

Líquido. Além disso, ao final do DRE estão demonstrados o Saldo Final. O

DRE detalhado está demonstrado nas tabelas seguintes.

205

TABELA 109. DRE DOS PERÍDOS DE 0 A 4, CONSIDERANDO 100% DAS VENDAS.

PERÍODO 0 1 2 3 4

Investimento Inicial 0 0 0 0 0

Financiamento R$ 100.253.188,49 0 0 0 0

Receita Bruta 0 R$ 508.723.683,38 R$ 508.723.683,38 R$ 508.723.683,38 R$ 508.723.683,38

ICMS 0 R$ 91.570.263,01 R$ 91.570.263,01 R$ 91.570.263,01 R$ 91.570.263,01

IPI 0 R$ 25.436.184,17 R$ 25.436.184,17 R$ 25.436.184,17 R$ 25.436.184,17

PIS 0 R$ 8.393.940,78 R$ 8.393.940,78 R$ 8.393.940,78 R$ 8.393.940,78

COFINS 0 R$ 38.662.999,94 R$ 38.662.999,94 R$ 38.662.999,94 R$ 38.662.999,94

Comissões 0 R$ 2.543.618,42 R$ 2.543.618,42 R$ 2.543.618,42 R$ 2.543.618,42

Receita Líquida 0 R$ 342.116.677,08 R$ 342.116.677,08 R$ 342.116.677,08 R$ 342.116.677,08

Custos e Despesas 0 R$ 513.022.363,95 R$ 513.022.363,95 R$ 513.022.363,95 R$ 513.022.363,95

Depreciação 0 R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27

Resultado Operacional 0 -R$ 174.979.217,14 -R$ 174.979.217,14 -R$ 174.979.217,14 -R$ 174.979.217,14

Despesas Financeiras 0 R$ 14.718.446,36 R$ 12.304.621,16 R$ 9.643.746,83 R$ 6.718.476,96

Resultado do Exercício 0 -R$ 189.697.663,51 -R$ 187.283.838,30 -R$ 184.622.963,98 -R$ 181.697.694,10

Imposto de Renda 0 -R$ 56.909.299,05 -R$ 56.185.151,49 -R$ 55.386.889,19 -R$ 54.509.308,23

Lucro Líquido 0 -R$ 132.788.364,45 -R$ 131.098.686,81 -R$ 129.236.074,78 -R$ 127.188.385,87

Depreciação 0 R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27

Amortização 0 R$ 21.053.169,58 R$ 22.000.562,21 R$ 22.990.587,51 R$ 24.025.163,95

Crédito de impostos 0 R$ 99.168.009,05 R$ 99.168.009,05 R$ 99.168.009,05 R$ 99.168.009,05

Saldo Final R$100.253.188,49 -R$ 50.599.994,72 -R$ 49.857.709,71 -R$ 48.985.122,98 -R$ 47.972.010,51

206

TABELA 110. DRE DOS PERÍODOS DE 5 A 11, CONSIDERANDO 100% DAS VENDAS.

PERÍODO 5 6 ao 10 11

Investimento Inicial 0 0 0

Financiamento 0 0 0

Receita Bruta R$ 508.723.683,38 R$ 508.723.683,38 R$ 508.723.683,38

ICMS R$ 91.570.263,01 R$ 91.570.263,01 R$ 91.570.263,01

IPI R$ 25.436.184,17 R$ 25.436.184,17 R$ 25.436.184,17

PIS R$ 8.393.940,78 R$ 8.393.940,78 R$ 8.393.940,78

COFINS R$ 38.662.999,94 R$ 38.662.999,94 R$ 38.662.999,94

Comissões R$ 2.543.618,42 R$ 2.543.618,42 R$ 2.543.618,42

Receita Líquida R$ 342.116.677,08 R$ 342.116.677,08 R$ 342.116.677,08

Custos e Despesas R$ 513.022.363,95 R$ 513.022.363,95 R$ 513.022.363,95

Depreciação R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27 -

Resultado Operacional -R$ 174.979.217,14 -R$ 174.979.217,14 -R$ 170.905.686,87

Despesas Financeiras R$ 3.510.404,21 - -

Resultado do Exercício -R$ 178.489.621,35 -R$ 174.979.217,14 -R$ 170.905.686,87

Imposto de Renda -R$ 53.546.886,41 -R$ 52.493.765,14 -R$ 51.271.706,06

Lucro Líquido -R$ 124.942.734,95 -R$ 122.485.452,00 -R$ 119.633.980,81

Depreciação R$ 4.073.530,27 R$ 4.073.530,27 -

Amortização R$ 25.106.296,33 - -

Crédito de impostos R$ 99.168.009,05 R$ 99.168.009,05 R$ 99.168.009,05

Saldo Final -R$ 46.807.491,96 -R$ 19.243.912,68 -R$ 20.465.971,76

207

20.5.3 Medidas de Rentabilidade

Lucro Líquido Médio

Com base no DRE efetuado, podemos calcular o Lucro Líquido médio do

investimento, que foi de R$ -114.075.457,79/ano. Isso nos mostra preliminarmente

que o projeto não é rentável, pois não traz lucro.

Ponto de Equilíbrio Contábil

Calculando o Ponto de equilíbrio contábil, verificamos que a receita bruta da

empresa para que haja lucro líquido 0 deve ser de R$ 790.801.993,43/ano. Isso

representa uma quantidade de produto a ser vendida de 4219,44 kg/h de acetato de

celulose e 9704,70 kg/h de ácido acético.

20.5.4 Outros Cenários

Para encontrar uma solução para o projeto ser viável, considerou-se o

aumento de produção sem aumento de custos. A produção foi elevada a 4300 kg/h

de acetato de celulose e 9400 kg/h de ácido acético. Para esse cenário, foi

encontrado um tempo de retorno do investimento de 15 anos, com Taxa Interna de

Retorno de 82%.

Taxa Mínima de Atratividade

A taxa mínima de atratividade é a taxa de juros abaixo da qual a empresa ou

investidor considera não atrativa a realização do empreendimento. Foi estimada de

acordo com a taxa de retorno de um investimento financeiro do Capital Total

Investido. São alguns investimentos financeiros, com aplicação acima de 100.000

reais, com alta taxa de rentabilidade, os fundos HSBC FI Renda Fixa CP LP PER

MASTER 20 e BB Multimercado Multiestratégia Safra Currency Hedge 30 Private. O

primeiro tem taxa de rentabilidade estimada em 12,11% a.a. e é considerado de

médio risco. Já o segundo, tem taxa de rentabilidade de 19,68% a. a., mas é

considerado de alto risco. Com base nesses valores, foi estimada uma taxa mínima

de atratividade de 16% a. a., já que, se o dinheiro do capital total investido não fosse

208

financiado, mas pertencentes aos investidores e aplicados em um investimento

financeiro, de médio risco, poderiam ter essa rentabilidade.

Como a taxa interna de retorno se mostrou maior do que a TMA, podemos

dizer que este é um ótimo investimento. Entretanto, há um grande desafio em se

produzir uma quantidade dobrada sem aumentar custos, sendo esse um projeto

praticamente impossível. Outros cenários foram avaliados, como aumento no preço

do produto e investimento inicial totalmente feito sem financiamento. Entretanto, no

primeiro caso, o preço deveria ser muito além do preço praticado no mercado, e no

segundo caso, as parcelas dos financiamentos não supririam o lucro líquido negativo

encontrado. Para que verificar como tornar o processo viável, deve-se avaliar a rota

de produção, os custos variáveis e os custos fixos.

209

21 CONCLUSÕES

O objetivo deste trabalho foi elaborar um projeto base, desconhecido por

seus projetores, desde as pesquisas de referências bibliográficas até o

dimensionamento de grande parte dos equipamentos e comprovar ou não a sua

viabilidade técnica e econômica.

Incialmente houve uma grande dificuldade, pois as referências encontradas

remetiam a simples processos laboratoriais e/ou processos não muito utilizados por

não ser muito produtivo. Nesta parte então viu-se a necessidade de criar um novo

mecanismo baseado em projetos com mais de 50 anos para criar uma planta que

produzisse acetato de celulose, e de práticas em laboratório para a obtenção de

dados físico-químicos faltantes na literatura. Com isso, ficou claro que havia

viabilidade técnica de produção.

Com uma pesquisa de mercado, dentro e fora do território brasileiro, notou-se

que o principal consumidor de acetato de celulose estaria estagnado, a indústria do

cigarro, e que uma produção para exportação seria inviável. Desta forma o foco

mudou para o mercado nacional e tentado atender 50% da demanda.

Com uma análise econômica, foi possível ter uma noção dos gastos iniciais

de implantação e de capital de giro para mostrar o valor do capital a ser investido, e

com ele, discutir um plano que desse um bom rendimento. Mas infelizmente para a

produção estimada de 20000 ton/ano de acetato de celulose vendido a US$ 2,85 e a

venda de ácido acético com subproduto, não foi possível obter lucro, mostrando que

é inviável economicamente a instalação desta planta

210

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produção de acetato de celulose

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