UREIA

1. UREIA Projecto de Engenharia Química II 2008/2009

2. Introdução Ureia: • Intermediário químico de alto valor, utilizado na indústria química, cosmética e farmacêutica; • Produção mundial: 100 000 000 ton/ano; • Produção de fertilizantes: 87% ; • Resinas de ureia-formaldeído: 6%. Unidade fabril: • Produção: 500 mil toneladas anuais de ureia; • Processo de fabrico: Tecnologia Stamicarbon; • Localização: Sines.

3. Diagrama de blocos

4. Balanço de massas e entálpico • 2 NH3 + CO2 ↔ H2N-COONH4 • H2N-COONH4 ↔ (NH2)2CO + H2O ∆RH0=-117 kJ/mol ∆RH0=+15,5 kJ/mol Base de cálculo: 500 mil ton de ureia/ano

5. Dados: • Conversão no reactor (CO2 ): 60%; • Conversão na secção de síntese (CO2): 80%; • Conversão no condensador de carbamato, C-220: 89%; • Aproximações: • Carbamato de amónio na forma de CO2 e NH3; • Moles (CO2)= Moles (CO2) + Moles (Carbamato) • Moles (NH3)= Moles (NH3) + 2Moles (Carbamato) • Não contabilização do biureto no B.E.; • Valores de Cp’s e ∆Hs0.

6. Integração Energética • Baseia-se na combinação de equipamentos com necessidades energéticas complementares; • Permite redução de custos energéticos e de utilidades. Condições necessárias: • ∆Tmin(correntes líquidas) 20ºC; • ∆Tmin (correntes gasosas) 50ºC; • Entalpia das correntes que trocam calor devem ser semelhantes.

7. Utilidades e circuitos anexos Vapor de água: Electricidade: • É produzido em caldeiras; • Aquecimento de equipamentos como evaporadores e permutadores de calor; • Consumo anual: 21,5Mton. • Indispensável no controlo e no fornecimento de energia a bombas, ventiladores e compressor; • Consumo anual: 7,4 MW. Água de arrefecimento: Ar: • Arrefecimento de equipamentos como permutador de calor, condensadores e reactor; • Consumo anual: 13,6Mton. • Formação e arrefecimento dos prills de ureia; • Consumo anual: 5,5Mton.

8. Lay-out • Distância entre equipamentos da mesma secção é 2m e entre secções 3m. • As estradas têm 6m de largura e dois sentidos de circulação; • Área de produção são 1218m2; • Área total da instalação são 47500m2.

9. Reactor PC NH3 CO2 H2O Vapor Sol. Ureia NH3 CO2 H2O NH3 CA H2O

10. Dimensionamento do Reactor Condições Operatórias:

11. Determinação do Volume: Θ – tempo de permanência, min Qv – caudal volumétrico, m3/min V – volume de fluido dentro do reactor, m3 • Comprimento: 10 - 25 metros; • Diâmetro: 1 - 5 metros. Determinação do Diâmetro: VR = 465 m3 LR = 23 m DR = 5 m

12. Perda de carga: • f- factor de atrito; • L -comprimento da tubagem, metros; • d’o- diâmetro equivalente da tubagem, metros; • ρ – densidade mistura reaccional, kg/m3; • v – velocidade da mistura reaccional , m/s; b a

13. Valores obtidos no dimensionamento:

14. Controlo e Instrumentação Tipos de Controlo: • controlo por realimentação ou feedback; • controlo previsional ou feedforward. Utilizou-se controlo por realimentaçãoem que o sistema apenas responde após a perturbação sentida.

15. Nomenclatura de controlo: Variáveis a serem controladas. Designação da instrumentação de controlo. Nomenclatura das diferentes siglas de controlo.

16. Controlo e instrumentação do reactor:

17. Análise Económica Estimativa do Investimento Total: • Custos directos – Capital fixo corpóreo: Equipamento base, utilidades, instrumentação e controlo, custo do terreno, edifícios; • Custos indirectos – Capital fixo incorpóreo: Projecto e fiscalização, despesas de empreitada, provisão para imprevistos; • Capital circulante – Capital necessário para garantir o funcionamento da instalação: Custos das matérias primas, dos produtos em laboração, stocks; • Juros intercalares – Juros a pagar do dinheiro emprestado pela banca durante a fase de implementação e arranque da fábrica.

18. Custo do equipamento base:

19. Parcelas dos custos directos: Parcelas dos custos indirectos:

20. Capital circulante: • Método A (15 % investimento fixo total); • Método B (10 % valor total vendas); • Método C ( considera individualmente cada parcela).

21. Investimento total:

22. Investimento total:

23. Custos de Produção

24. Custos de produção:

25. Custos de produção: Margem bruta anual:

26. Método ponto crítico de capacidade • Cfixos- Custos fixos • P - Preço unitário de venda • V – Custo unitário variável Capacidade crítica de 99 kton/ano

27. Análise de rentabilidade • Contraposição do investimento com os beneficíos obtidos durante o período de vida útil do projecto; • Tem que assegurar a remuneração do investimento, cobrir os juros e remunerar os intervenientes; • Permite avaliar se o projecto é rentável; • Calcula-se: • Conta de exploração previsional: Sistematização dos proveitos e custos anuais; • Cash-flow de exploração: Diferença entre receitas e despesas associadas a um projecto; • Orçamento de tesouraria: Evidencia as necessidades de liquidez a custo prazo.

28. Critério do Valor Líquido Actual (VLA): • Somatório dos cash flow actualizados a uma dada taxa, sendo deduzidos no montante actualizado à mesma taxa. • Quanto maior o VLA, mais favorável será o investimento. i - taxa de actualização; Vr- valor residual; CFk - cashflow de exploração. Vc – Custo dos edifícios; N – Tempo de vida útil (10anos); A – Amortização dos edifícios; ln - taxa de actualização bancária (4,8%) Id – Taxa de inflação (2,4%)

29. Critério do Valor Líquido Actual (VLA): VLA

30. Taxa Interna de Rentabilidade (TIR): • Utilizada quando se desconhecem as condições específicas de financiamento, relativamente a juros; • O projecto será tanto mais justificável, quanto mais elevada for a TIR. Período de Recuperação de Capital (PRC): • Tem em conta o factor tempo; • Período após o qual se recupera o investimento. PRC obtido = 0,6 anos

31. Rácios de rentabilidade: • Traduzem de uma forma geral a relação lucros/capital; • Utilizados na pré-selecção de projectos de investimento. RCP (Rentabilidade do capital próprio) = Resultado líquido /Capital próprio ROI (Rentabilidade do investimento) = Resultado líquido / Investimento total RV (Rentabilidade das vendas) = Resultado líquido / Valor das vendas ER (Rotação do capital próprio) = Valor das vendas/ Capital próprio

32. Análise de sensibilidade • Preço das matérias-primas • Preço do produto • Preço do vapor de baixa pressão • Taxa de juro bancária • Preço de electricidade Variável mais preponderante é o preço unitário de venda da ureia. Influencia o lucro anual.

33. Conclusões • VLA de 798,6 M€ indica projecto muito rentável; • Recuperação do investimento ao fim de 0,6 anos de produção; • Rentabilidade do projecto é suficientemente elevada para cobrir os capitais próprios e os alheios.

34. UREIA Projecto de Engenharia Química II 2008/2009