Orientador: Reginaldo Guirardello

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A síntese de projeto conceitual é uma ferramenta importante na indústria de processos químicos. Este trabalho foi desenvolvido a partir do diagrama esquemático de LESHKOV et al. (2007) e estabelece as etapas gerais do ciclo de vida de uma planta de produção de 2,5 dimetilfurano (DMF). A...

Resumo: A síntese de projeto conceitual é uma ferramenta importante na indústria de processos químicos. Este trabalho foi desenvolvido a partir do diagrama esquemático de LESHKOV et al. (2007) e estabelece as etapas gerais do ciclo de vida de uma planta de produção de 2,5 dimetilfurano (DMF). A síntese de rotas químicas, o desenvolvimento de processos (modelagem termodinâmica) e a engenharia de processos (definição dos equipamentos básicos para a avaliação técnica econômica) foram investigados. Um estudo termodinâmico do processo foi feito afim de determinar qual modelo de equilíbrio de fases seria adequado para representar o sistema. No sistema estudado (água, 1-butanol, hidroximetilfurfural, 2,5 dimetilfurano, cloreto de sódio, ácido clorídrico e frutose) tem-se o cloreto de sódio que afeta o equilíbrio de fases. Nesse trabalho, considerou o sal como molécula simples, não dissociada, ao invés de íons carregados distribuídos na solução. Isso possibilitou o uso do modelo UNIQUAC. O próximo passou foi estimar os parâmetros de interação binários do modelo escolhido a partir dos dados experimentais de equilíbrio líquido-líquido encontrados na literatura. Com esses parâmetros simulou-se o processo de produção de produção de DMF. Foi desenvolvido um processo de separação da água do butanol e do butanol e DMF. O balanço de massa e energia foi feito no simulador comercial de processos químicos UNISIMTM. A partir da análise econômica do processo de produção de 2,5 dimetilfurano o investimento de capital fixo estimado foi de US$ 96 milhões e de equipamento foi de US$ 20,6 milhões. Nessa condição o preço de venda de DMF sai a 2,6 U$$/kg e o custo a 1,89 US$/kg. Para essa condição a planta é viável economicamente, como referência do mercado com uma taxa de retorno de 15%/ano e tempo de retorno de 3,6 anos. O preço do DMF e o consumo de energia térmica são as variáveis chaves para a lucratividade da planta. Esta análise sugere que a produção de DMF a partir da frutose merece atenção dos investidores

Abstract: Conceptual process synthesis (CPS) is an important issue in chemical processing industries. This work was developed from the schematic diagram reported by LESHKOV et al. (2007) and assessed the general steps of the life cycle of an 2.5-dimethylfuran (DMF) industrial production project....

Abstract: Conceptual process synthesis (CPS) is an important issue in chemical processing industries. This work was developed from the schematic diagram reported by LESHKOV et al. (2007) and assessed the general steps of the life cycle of an 2.5-dimethylfuran (DMF) industrial production project. Chemical route synthesis, process development (thermodynamic modeling) and process engineering (defining basic equipment for economic evaluation) are investigated.The process flow diagram (PFD) was made in the commercial process simulator UNISImTM. Thermodynamic study was done of the process in order to determine which model of phase equilibrium would be suitable to represent the system. In the studied system (fructose, 1-butanol, sodium chloride, water, chloride acid, hydroxymethylfurfural, 2,5 dimethylfuran) has the sodium chloride which affects the phase equilibrium. In this work, consider the salt as simple molecule, rather than distributed charged ions in the solution. This allows the use of the UNIQUAC model. The next step was to estimate the binary interaction parameters of the model chosen from the experimental data of liquid-liquid equilibrium from literature. With these parameters the production process for the production of DMF was simulated. Process separates water from the 1-butanol and water, 1-butanol and DMF. The material and energy balances were performed by UNISimTM software. Economic evaluation showed that a suitable operational condition could work with 174 mil tons/year of fructose and could produce 155 mil tons/year of DMF. The fixed capital investment in plant and equipment is estimated at US$ 96 million and US$ 20,6 million, respectively. The cost of DMF was 2.39 U$$/kg. For this analysis, the plant is economically feasible, from comparison with a reference market of 15.0 %/year (return on investment) with a 3.6 year payback period. The DMF value and the thermal energy consumption are key issues for a profitable operation of the plant. This analysis suggests that DMF production from fructose deserves serious consideration by investors