Amonia

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Projeto de Processos - Profª Taisa S. de Lira

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II.

SÍNTESE DE PROCESSOS

Referências Bibliográficas: 1. DUCAM, T.M.; REIMER, J. A. Chemical Engineering Design and Analysis. Cambridge, 1998. 2. DOUGLAS, J. M. Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill, 1988. Embora a maioria dos engenheiros químicos não vão lidar diretamente com a função de criar novos processos, oentendimento deste procedimento é fundamental na melhoria e otimização dos existentes, assim como proposição de alternativas aos processos convencionais quando estes se tornam obsoletos tecnologicamente ou são forçados a mudar por questão de legislação; isto acontece quando a quantidade de subprodutos e/ou efluentes formados o torna inviável do ponto de vista econômico ou legal. 2.1 Exemplo de criaçãode um fluxograma: síntese da amônia Deseja-se produzir amônia (NH3), que é usada principalmente como fertilizante, a partir da reação química de N2 e H2: N2 + 3H2 → 2NH3 O nosso objetivo é chegar a um fluxograma de processo, ou seja, a uma representação primária da planta de produção de NH3. Deseja-se utilizar um reator contínuo. Como as conversões reais são menores que 100%, na corrente de saídateremos produto e reagente, como mostrado na Figura 2.1.

Figura 2.1: Produção de NH3 a partir de N2 e H2: reator Além de ser indesejável a presença de N2 e H2 na corrente de saída, significa também perda de matéria-prima. Necessita-se purificar a amônia, entretanto, como fazer isto? Para separar substâncias, necessita-se de uma base física ou química. A mais comum delas é o estado da matéria,ou fase. Uma fase gasosa é facilmente separada de uma fase líquida. Líquidos imiscíveis (como óleo e água) são também facilmente separáveis. Como o nitrogênio, o hidrogênio e a amônia são gases à temperatura e pressão ambientes, iremos explorar a possibilidade de condensar um ou mais componentes, 1 sem condensar os demais. Consultando um HANDBOOK de propriedades físicas, encontramos os dadosmostrados na Tabela 2.1. Tabela 2.1: Ponto de ebulição das substâncias envolvidas na fabricação da amônia.

Estes dados mostram que se resfriarmos a mistura gasosa a −33° a amônia irá condensar. Então, C, podemos utilizar um condensador logo após o reator para separar produtos e reagentes, como mostrado na Figura 2.2.

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Perry's Chemical Engineer's Handbook

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Figura 2.2: Produção de NH3 a partir de N2 e H2: reação e separação. Na separação proposta anteriormente, assume-se uma separação perfeita da amônia. A fim de garantir a condensação total desta, é mais seguro trabalhar com uma temperatura um pouco mais baixa, por exemplo, −35° apesar de este procedimento acarretar em maiores custos de remoção de C, calor nocondensador. Neste ponto há que se tomar uma decisão, baseada na análise econômica: quanto diminuir a temperatura no condensador? Isto porque quanto menor esta, digamos, 5 ou 10°C abaixo do ponto de ebulição da amônia, maior a garantia quanto a condensação total desta. Entretanto, maiores serão os gastos energéticos. O ponto de equilíbrio será ditado pela economia! Outra questão que deve ser resolvida nesteponto é: o que fazer com o nitrogênio e o hidrogênio que deixam o condensador? Ambos são gases inofensivos e podem ser descartados na atmosfera, apesar do risco de explosão associado ao hidrogênio. Entretanto, esta não é a melhor escolha, pois sendo estes gases as matérias-primas do reator, é mais eficiente reciclar os reagentes ao reator, como mostrado na Figura 2.3.

Figura 2.3: Produção deNH3 a partir de N2 e H2: reciclo de matéria-prima. Um processo baseado neste projeto rudimentar irá produzir amônia. Compra-se N2 e H2 e vende-se NH3. No entanto, gases como N2 e H2 são caros e necessitam ser comprimidos para o transporte, além do risco de explosão do hidrogênio. Há a possibilidade de modificar o processo de modo a produzir N2 e H2? Inicialmente, consideremos uma fonte para o N2....
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