Um complexo químico possui uma unidade de isomerização que produz um produto B a partir de uma matéria prima A à razão de 8000 tpa em 8000 horas anuais de operação, conforme o fluxograma anexo.

A matéria prima A é fornecida à unidade a 25°C, 50 atm e puro.

A reação catalítica reversível de isomerização é dada, na faixa de 80 a 160°C, a 50 atm, por:

Ela é conduzida atualmente em fase líquida a 50 atm e 120°C, num reator encamisado ideal do tipo perfeitamente agitado (CSTR).

Nesta temperatura, a constante de equilíbrio da reação (k₁/k₂) vale 1,17 e a constante cinética da reação direta k₁ é igual a 7,2x10^-4s^-1. A energia de ativação da reação direta é de 10 kcal/gmol. O volume útil total do reator é de 2500 litros.

A separação do produto B é feita em coluna de destilação de pratos a 20 atm.

Pretende-se implantar um novo perfil de produtos dentro do complexo químico, o que irá modificar a composição da matéria-prima A, impondo-lhe uma impureza I à razão de 0,5% em peso. O reator pode operar com até 10% dessa impureza e até 130°C por limitações do catalisador. A coluna de destilação pode ser utilizada, sem prejuízo da separação, com vazão molar de alimentação de até o dobro da atual.

Considere para efeito de cálculos que a impureza é pesada o suficiente para só sair no fundo da coluna. Da mesma forma, desconsidere a presença de matéria-prima A no topo da coluna de destilação e de produto B no fundo, onde a temperatura é de 116°C.

Estabeleça uma nova configuração operacional à unidade, procurando otimizá-la do ponto de vista técnico e econômico, lembrando que há mercado para toda a produção excedente de produto B que pode ser conseguida utilizando-se os equipamentos atualmente existentes e , estabeleça também o novo fluxograma com os respectivos balanços de massa e energia.

DADOS:

Econômicos:

• Custo da nova matéria prima: 200 US$/t
• Preço B: 500 US$/t
• Custo de vapor: 10 US$/t
• Custo de água de refrigeração: 0,01 US$/1000m³ para DT = 10°C
• Custo de destilação: 40 US$/t de alimentação da coluna
• A matéria-prima fora de especificação pode ser revalorizada à razão de 100 US$/t de A.
• Desprezar os demais custos.

Técnicos:

• Massa molecular de A e B: 58 kg/kgmol
• Massa molecular de I: 62 kg/kgmol
• Entalpia aproveitável do vapor: 550 kcal/kg
• Densidade média dos líquidos: 0,60 kg/l
• Calor específico médio dos líquidos: 0,80 kcal/kg.°C
• Entalpia de isomerização: -1640 kcal/kgmol (80 < T < 160°C).

Fluxograma: