Trabalho de Análise Econômica PROJETOS

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<p>ENQ 461 – PROJETOS II TRABALHO – ANÁLISE ECONÔMICA DE PROCESSO QUÍMICO 3</p><p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA</p><p>DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/ENGENHARIA QUÍMICA</p><p>ENQ 461 – Projetos II</p><p>ANÁLISE ECONÔMICA DE UMA PLANTA DE SIMULAÇÃO DE ANIDRIDO ACÉTICO UTILIZANDO O SOFTWARE ASPEN PLUS® E PLANILHA CAPCOST®</p><p>1. DESCRIÇÃO DO PROCESSO</p><p>No problema proposto para a simulação, desejou-se promover a instalação de uma fábrica de produção de anidrido acético, sendo a principal transformação ocorrida no processo o craqueamento em fase de vapor da acetona em queteno e metano, como ilustra a Equação 1.</p><p>Para avaliar a viabilidade econômica da instalação de uma fábrica de produção de anidrido acético, pela rota fornecida, foi necessário, primeiramente, realizar a simulação do processo na ferramenta Aspen Plus®. Foi fornecido para a simulação no programa, um roteiro dos principais equipamentos a serem utilizados e condições de operação, correntes de alimentação e correntes de processo, descritas nos passos a seguir.</p><p>A Figura 1 ilustra a planta de operação e simulação do processo a ser avaliado, obtido do Aspen Plus®.</p><p>Figura 1 – Fluxograma do processo de produção de anidrido acético com reciclo do que não se converteu de acetona. Fonte: Arquivo Pessoal.</p><p>Inicialmente, tem-se que configurar o programa inserindo os componentes necessários ao processo, que são: acetona (CH3COCH3), queteno (C2H2O), metano (CH4), ácido acético (CH3COOH) e inclusive o nosso componente de interesse de produção, o anidrido acético (CH3CO)2O.</p><p>Após a inserção dos componentes do processo, o próximo passo é configurar, no programa, o pacote termodinâmico necessário aos cálculos das condições de equilíbrio de fases nos equipamentos inseridos. O pacote termodinâmico escolhido, nesse caso foi o WILS-NTH.</p><p>No ambiente de simulação, insere-se o equipamento MIXRER1 que fará o preparo da corrente pura de alimentação de acetona a uma temperatura ambiente de 25ºC e a pressurizando até 1,6 atm. As correntes são colocadas selecionando-as na paleta de blocos do programa, e conectando-as a um equipamento e a outro, interligando-os. O MIXER1 também receberá o produto de fundo da coluna de destilação RADFRAC1, na corrente de reciclo (RECYCLE), para que se misture à corrente pura de alimentação. Este processo de reciclo é vantajoso, pois a maior parte da acetona não reagida, volta para o processo economizando, assim, gastos com compra de acetona pura para satisfazer as condições operacionais da planta de operação.</p><p>A corrente preparada de acetona pura + acetona reciclada (TOHTR), segue para o HEATER. A função desse equipamento é aquecer a mistura contida na corrente TOHTR de 25ºC até 762ºC, mantendo a pressão de 1,6 atm e obtendo-se uma corrente de saída (FEED1) que alimentará o reator PFR.</p><p>No PFR, trabalhando de forma adiabática, ou seja, em condição ideal, configura-se as dimensões de operação (3 m de comprimento por 1 m de diâmetro), mantendo-se a pressão de 1,6 atm. Nessa operação, devemos configurar também a reação (REACT-1) em fase vapor, introduzindo os componentes da Equação 1 e atribuindo, nos campos apropriados, os coeficientes (+1) para produtos e (–1) para os reagentes, uma vez que a proporção estequiométrica da reação é 1:1:1. Além disso, é necessário informar os parâmetros cinéticos da reação como energia de ativação (E) e o valor de variação de entalpia total da transformação.</p><p>A corrente de saída do PFR (RPRD) contendo queteno, metano e acetona não-reagida segue para o COOLER1 que resfriará essa corrente a corrente saída do reator PFR até 140ºC, não havendo queda de pressão neste equipamento (P = 0). A corrente resfriada que deixa o COOLER1 (S1) alimenta o segundo equipamento, COOLER2, resfriando-a de 140ºC a 90ºC, não havendo queda de pressão neste equipamento (P = 0).</p><p>A corrente agora resfriada a 90ºC (S2) segue para o compressor de 4 estágios que opera isentropicamente e a pressuriza a 29 bar. A corrente vinda do COOLER2 entra no estágio 1 do compressor a corrente de saída (FD2ABSRB), (contando queteno, metano e acetona não reagida) aquecida a 150ºC segue para a primeira coluna de destilação (RADFRAC1).</p><p>A coluna de destilação (RADFRAC1), opera com 14 estágios e a uma pressão de 29 bar no primeiro estágio. Nela a acetona não reagida é separada do metano e do queteno. A acetona não reagida deixa a coluna de destilação através da corrente RECYCLE, que retorna para o MIXER1. Já o metano e o queteno deixam a coluna de destilação através da corrente RECTOP, e seguem para a segunda coluna de destilação (RADFRAC2).</p><p>A coluna de destilação (RADFRAC2), opera também com 14 estágios e a uma pressão de 28 bar no primeiro estágio. Nela o metano é separado do queteno, deixando a coluna na parte superior, na correte denominada CH4. O queteno deixa a coluna através da corrente KETENE, que segue para o reator RCSTR.</p><p>O reator RCSTR opera a uma pressão de 15 bar, a uma temperatura de 75°C e com um tempo de residência de 1,5 horas. Nele ocorre a reação do queteno com o ácido acético, que adentra no reator através da corrente ACETACID. O produto da reação é o anidrido acético, que deixa o CSTR na corrente ACET-ANH.</p><p>2. ANÁLISE ECONÔMICA DO PROCESSO</p><p>Para o estudo da viabilidade da concepção do projeto de instalação da fábrica de produção de anidrido acético foi feito a análise econômica do processo utilizando duas ferramentas: O Aspen Plus® e a planilha de custos CAPCOST®. O primeiro além de calcular os custos de compra e operação dos equipamentos dimensionando-os de acordo com a necessidade do projeto, também fornece o custo inslatado (BARE MODULE) bem como gastos energéticos (UTILITES) e de reagentes utilizados em toneladas/dólar.</p><p>2.1. ANÁLISE FEITA PELO ASPEN PLUS®</p><p>A primeira parte da análise econômica feita pelo Aspen Plus® foi configurar o ambiente de simulação na aba ECONOMICS – Strem Price, de acordo com a Figura 2. Nesta parte, introduz-se o valor dos componentes utilizados na simulação (reagentes e produtos) em dólares/tonelada.</p><p>Figura 2 – Tela de configuração da parte da análise econômica feita pelo Aspen Plus®. Fonte: Arquivo Pessoal.</p><p>Na aba COST OPTIONS determina-se os parâmetros de simulação para que a análise econômica do projeto possa ser mapeada pelo programa. Para tanto, considerou-se a mesma unidade monetária da configuração anterior (dólar) e a simulação foi rodada, considerando um tempo de 10 anos de operação da planta, que entra em regime estacionário a partir da vigésima semana e que teve início de operação no dia 01 de outubro. Essas informações estão inseridas na Figura 3.</p><p>Figura 3 – Configuração para a simulação da análise econômica pelo Aspen Plus®.</p><p>Fonte: Arquivo Pessoal.</p><p>Feito isso, o programa está pronto para mapear os custos dos equipamentos, correntes de reagentes e produtos, custos instalados, eletricidade e custo instalado (BARE MODULE). No Aspen Plus®, aciona-se a caixa específica para análise de custo, ECONOMICS (caixa verde acima do ambiente de simualação). Um resumo dos custos relacionados ao projeto está resumido na Figura 4.</p><p>Figura 4 – Custo dos parâmetros do projeto. Fonte: Arquivo Pessoal.</p><p>Nessa imagem percebe-se que o custo total do projeto foi de US$ 12.536.200,00 para uma operação da planta de 10 anos. Considerando este mesmo período, tem-se que o custo operacional total foi de US$ 21.447.600,00/ano; o custo total das matérias primas foi de US$ 17.554.900,00 e que as vendas totais do produto anidrido acético gerado pela planta giraram em torno de US$ 33.337.700,00. Além disso, o custo total dos equipamentos foi de US$ 1.761.900,00 e o custo instalado (BARE MODULE) foi de US$ 3.064.900,00. Por fim, o custo total das utilidades foi de US$ 399.229,00/ano.</p><p>A Tabela 1 relaciona o custo do equipamento com seu custo instalado (BARE MODULE).</p><p>Tabela 1 – Custos dos equipamentos da simulação fornecidos pelo Aspen Plus®.</p><p>Equipamento</p><p>Custo</p><p>(US$)</p><p>Custo instalado</p><p>(US$)</p><p>Compressor</p><p>1.174.000</p><p>1.311.100</p><p>Heater*</p><p>-</p><p>-</p><p>Cooler1</p><p>34.900</p><p>166.800</p><p>Cooler2</p><p>11.000</p><p>70.700</p><p>Reboiler1</p><p>17.100</p><p>75.100</p><p>Reboiler2</p><p>11.400</p><p>59.700</p><p>Condensador1</p><p>30.300</p><p>36.000</p><p>Condensador2</p><p>54.800</p><p>62.500</p><p>Radfrac1 (torre)</p><p>75.000</p><p>235.500</p><p>Radfrac2 (torre)</p><p>46.600</p><p>173.900</p><p>RCSTR</p><p>100.600</p><p>248.000</p><p>PFR</p><p>164.600</p><p>248.000</p><p>Fonte: Arquivo Pessoal.</p><p>*Heater não foi calculado, uma vez que não foi fornecido o tipo de material que compõe suas tubulações.</p><p>2.2. ANÁLISE FEITA PELA PLANILHA CAPCOST®</p><p>O Capcost é uma alternativa para se determinar o custo de equipamentos através de uma planilha do Excel, desenvolvida em Visual Basic, que realiza os cálculos utilizando correlações matemáticas. É importante destacar que os cálculos são realizados levando em consideração que a planta é do tipo onshore e será instalada nos Estados Unidos.</p><p>Inicialmente foi preciso informar o valor do CEPCI, um número adimensional responsável por atualizar o custo de capital necessário para a construção de uma planta química. Para o trabalho prático em questão, foi utilizado o CEPCI do ano de 2019, no valor de 607.5.</p><p>Posteriormente foi adicionado cada equipamento presente na planta juntamente com os parâmetros de operação de cada um que foi solicitado pelo programa. Além disso foi preciso informar o material que os equipamentos seriam feitos. Essa escolha foi feita com base nas substâncias químicas que estariam presentes nos mesmos. No trabalho prático em questão todos os equipamentos foram feitos de aço carbono.</p><p>Após a realização dos cálculos dos custos individuais, o Capcost soma esses valores e informa o valor do custo total da planta. Para a nossa análise o custo informado foi de $ 4.423.706.</p><p>Figura 5 – Planilha Capcost. Fonte: Arquivo Pessoal.</p><p>2.3. COMPARATIVO ENTRE AS ANÁLISES FORNECIDAS PELAS DUAS FERRAMENTAS</p><p>3. CONCLUSÃO</p><p>Conclui-se, portanto, que o projeto de instalação da fábrica de produção de anidrido acético a partir da acetona é viável economicamente, uma vez que, considerando apenas esse quesito na análise de viabilidade, a receia gerada com a venda do produto (US$ 33.337.700,00) supera o custo total de operação e dos equipamentos da planta (US$ 12.536.200,00).</p><p>O programa Aspen Plus® foi uma das ferramentas utilizadas para a análise de viabilidade econômica do projeto, mas ofereceu algumas limitações durante o cálculo, como erros nos cálculos do trocador de calor (HEATER) bem como nas colunas de destilação (RADFRAC1 e RADFRAC2) oferecendo um valor aproximado do real.</p><p>Já a planilha CapCost® conseguiu calcular os custos de todos os equipamentos da planta, porém o valor informado pelo mesmo divergiu muito do valor informado pelo Aspen Plus®.</p><p>image3.png</p><p>image4.png</p><p>image5.png</p><p>image6.png</p><p>image1.png</p><p>image2.png</p>