00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA QUÍMICA - CTEC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Estudo para redução do limite mínimo de adição de nitrogênio no reator de 1,2-dicloroetano
Autor(es): Silva, Adryelle Suelen Gomes.
Primeiro Orientador: Pimentel, Wagner Roberto de Oliveira
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Lopes, Felipe Esly da Conceição
metadata.dc.contributor.referee1: Tavares Neto, Júlio Inácio Holanda
metadata.dc.contributor.referee2: Brandão, Rodolfo Junqueira
Resumo: O principal precursor do cloreto de vinila (PVC) é o 1,2-dicloroetano (DCE). Na indústria, um dos processos mais difundidos para sua produção é a cloração direta, que consiste na reação do eteno com o cloro, em presença do catalisador cloreto férrico anidro (FeCl3). Para garantir a segurança operacional e evitar condições propícias a explosões no reator, é fundamental determinar as propriedades de inflamabilidade das misturas de gases do topo dos reatores. Desse modo, é utilizado sistemas de intertravamento (interlock) que atuam automaticamente no processo de acordo com o set point definido diante de concentrações perigosas de oxigênio. Para evitar essa condição, o nitrogênio é adicionado com o propósito de promover uma atmosfera inerte no reator. Com isso, a fim de examinar a possibilidade de reduzir o limite mínimo de adição de N2 no reator a partir da análise do limite de explosividade, o presente trabalho teve por objetivo reavaliar o limite de inflamabilidade das misturas de O2 e N2 adotadas em uma típica indústria de processos de 1,2-dicloroetano em um reator de cloração direta, realizando uma auditoria de análise HAZOP (Estudo de Perigo e Operabilidade) e LOPA (Análise de Camadas de Proteção) para avaliação dos riscos potenciais. A simulação do sistema foi realizada utilizando o software Aspen Plus para obtenção da composição da mistura gasosa. Os limites de inflamabilidade foram determinados baseado na literatura USBM-503 e a região de explosividade foi analisada a partir do diagrama ternário (combustível-oxidante-inertes). Os resultados indicam que uma vazão mássica de nitrogênio maior, acarreta no arraste de DCE para o topo do reator. A injeção de nitrogênio no reator dilui os gases combustíveis e reduz a concentração de oxigênio, mantendo a operação segura. Na análise do gráfico, o diagrama mostrou que para 160% de carga operacional no limite mínimo de nitrogênio adotado pela indústria de 120 Nm³/h, o ponto estequiométrico se mantém fora da zona de explosão, podendo reduzir para 104 Nm3/h a 140% de carga operacional. No entanto, a partir da norma de segurança da NFPA (National Fire Protection Association), não é possível a redução do limite mínimo de adição de N2 devido à variação entre a concentração de oxigênio e a concentração limite de oxidante (LOC) e a mistura combustível que previne a explosão em sistemas industriais. As análises HAZOP/LOPA indicam um baixo risco de explosão no topo do reator. Sendo assim, os resultados mostram que a abordagem atual é a mais eficiente em termos de custo de nitrogênio e o sistema opera dentro dos padrões de segurança.
Abstract: The main precursor to polyvinyl chloride (PVC) is 1,2-dichloroethane (DCE). In industry, one of the most widespread processes for its production is direct chlorination, which involves the reaction of ethene with chlorine in the presence of the anhydrous iron chloride catalyst (FeCl3). To ensure operational safety and prevent conditions conducive to explosions in the reactor, it is essential to determine the flammability properties of gas mixtures at the top of the reactors. To this end, interlocking systems are used that automatically control the process according to the set point defined in the presence of dangerous oxygen concentrations. To avoid such conditions, nitrogen is added to create an inert atmosphere in the reactor. Therefore, to examine the possibility of reducing the minimum nitrogen addition limit in the reactor through explosivity limit analysis, this study aimed to reassess the flammability limits of O2 and N2 mixtures used in a typical 1,2-dichloroethane production process in a direct chlorination reactor by conducting HAZOP (Hazard and Operability Study) and LOPA (Layers of Protection Analysis) audits to assess potential risks. System simulation was performed using Aspen Plus software to obtain the gas mixture composition. The flammability limits were determined based on USBM-503 literature, and the explosivity region was analyzed using the ternary diagram (fuel-oxidant-inert). Results indicate that a higher nitrogen mass flow rate leads to the carryover of DCE to the top of the reactor. Nitrogen injection into the reactor dilutes the combustible gases and reduces oxygen concentration, maintaining safe operation. The graph analysis showed that at 160% operational load with the industry-adopted minimum nitrogen limit of 120 Nm³/h, the stoichiometric point remains outside the explosion zone, potentially reducing to 104 Nm³/h at 140% operational load. However, according to the NFPA (National Fire Protection Association) safety standards, it is not possible to reduce the minimum nitrogen addition limit due to variations between oxygen concentration and the limit of oxidant (LOC) concentration and the fuel mixture that prevents explosion in industrial systems. HAZOP/LOPA analyses indicate a low risk of explosion at the top of the reactor. Thus, the results show that the current approach is the most cost-effective in terms of nitrogen use, and the system operates within safety standards.
Palavras-chave: Limites de inflamabilidade
Cloração direta
1,2-diclotoetano
Avaliação de riscos
Diagrama de explosividade
Flammability limits
Direct chlorination
1,2-dichloroethane
Risk assessment
Explosivity diagram
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Química- Bacharelado
Citação: SILVA, Adryelle Suelen Gomes. Estudo para redução do limite mínimo de adição de nitrogênio no reator de 1,2-dicloroetano. 2025. 50 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16316
Data do documento: 31-jul-2024
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