Simulação do processo de produção de cumeno usando o software Aveva Pro-II Simulation

Abstract

O cumeno é um composto do grupo dos hidrocarbonetos aromáticos de fórmula química C9H12. Este composto é um intermediário na produção de substâncias de uso em escala industrial como a acetona e o fenol, sendo estes fundamentais para a produção de derivados como produtos cosméticos, tintas e combustíveis de alta octanagem. Para os próximos anos, há uma estimativa de aumento de demanda por cumeno na Ásia associada ao desenvolvimento tecnológico e crescimento do mercado de construção civil e automotivo. Um dos principais métodos de obtenção de cumeno utilizados na indústria é a alquilação de Friedel-Crafts do benzeno e propileno. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo estudar a simulação do processo da produção do cumeno com o software Aveva Pro-II Simulation. Utilizando-se a árvore de decisões de Carlson e analisando os diagramas de pressão em função das composições gerados pelo programa, foi escolhido o modelo termodinâmico Predictive Peng-Robinson 78 como o mais adequado para as reações químicas envolvidas. O software foi configurado com os dados de entrada como componentes, modelo termodinâmico e taxa de reação com os parâmetros cinéticos, sendo a constante de Arrhenius 2,80 x 107 m3 kmol-1 s-1 e a energia de ativação 104.181 kJ K kmol-1 para a reação de alquilação do benzeno. O processo estudado, assim como as etapas de construção do seu diagrama, foi embasado em dados da literatura, em que foram discutidos os impactos das alterações das variáveis de otimização nos custos de energia e capital de investimento na produção do cumeno. Dentre os resultados obtidos, aponta-se a total conversão do propeno, sendo 96% na reação desejada de alquilação do benzeno com propileno e 4% na reação paralela de alquilação de cumeno. Outro resultado foi o grau de purificação de cumeno (100%) adquirido na estapa final do processo; tais resultados foram comparados com a literatura e verificou-se que atendeu às expectativas, pois em termos reacionais, a conversão desejada no trabalho de base (Luyben) foi de 90% e a purificação de 99,9%.

Cumene is a compound from the group of aromatic hydrocarbons with chemical formula C9H12. This compound is an intermediate in the production of substances used on an industrial scale, such as acetone and phenol, which are essential for the production of derivatives such as cosmetics, paints and high-octane fuels. For the coming years, there is an estimated increase in demand for cumene in Asia associated with technological development and growth in the civil construction and automotive market. One of the main methods of obtaining cumene used in industry is the Friedel-Crafts alkylation of benzene and propylene. In this context, the present work aimed to study the simulation of the cumene production process with the Aveva Pro-II Simulation software. Using Carlson's decision tree and analyzing the pressure diagrams as a function of the compositions generated by the program, the Predictive Peng-Robinson 78 thermodynamic model was chosen as the most adequate for the chemical reactions involved. The software was configured with the input data as components, thermodynamic model and reaction rate with the kinetic parameters, being the Arrhenius constant 2.80 x 107 m3 kmol-1 s-1 and the activation energy 104,181 kJ K kmol-1 for the benzene alkylation reaction. The process studied, as well as the construction stages of its diagram, were based on data from the literature, in which the impacts of changes in optimization variables on energy costs and capital investment in cumene production were discussed. Among the results obtained, the total conversion of propylene is pointed out, being 96% in the desired reaction of alkylation of benzene with propylene and 4% in the parallel reaction of alkylation of cumene. Another result was the degree of cumene purification (100%) acquired in the final step of the process; these results were compared with the literature and it was verified that they met the expectations, because in reaction terms, the desired conversion in the base work (Luyben) was 90% and the purification 99.9%.