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EQE 770 ENGENHARIA DE PROCESSOS 20 de junho de 2013.

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1 EQE 770 ENGENHARIA DE PROCESSOS 20 de junho de 2013

2 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO GERAL

3 O primeiro objetivo deste capítulo é apresentar a área ENGENHARIA DE PROCESSOS uma área nova que veio revolucionar a prática e o ensino da Engenharia Química. A ENGENHARIA DE PROCESSOS começou a nascer na década de 1970 e se consolidou a partir da década de 1980, adquirindo a denominação internacional PROCESS SYSTEMS ENGINEERING

4 Efeitos do surgimento da ENGENHARIA DE PROCESSOS A Engenharia Química pode ser dividida em dois períodos: antes e depois do advento da Engenharia de Processos. Ao dedicar atenção aos processos sob o ponto de vista de sistemas integrados, a Engenharia de Processos revelou um novo campo de estudos e de aplicações até então oculto na Engenharia Química tradicional. Antes, todo o esforço dos pesquisadores era voltado à Ciência da Engenharia Química (Fenômenos de Transporte, Termodinâmica, Cinética) e ao projeto de equipamentos.

5 Efeitos do surgimento da ENGENHARIA DE PROCESSOS A Engenharia de Processos é o caminho seguro para o projeto de processos mais eficientes, mais econômicos e mais seguros.. A Engenharia de Processos veio a se tornar a maior novidade na Engenharia Química após o surgimento dos Fenômenos de Transporte.

6 A ENGENHARIA DE PROCESSOS engloba Engenharia Química Engenharia de Bioprocessos Engenharia de Alimentos e qualquer outra que trate de processos que transformam matérias primas em produtos químicos de interesse.

7 Ao final, será apresentada a disciplina ENGENHARIA DE PROCESSOS uma disciplina nova que veio preencher importante lacuna na formação do Engenheiro Químico. da qual a Escola de Química é pioneira no Brasil

8 A Engenharia de Processos é uma evolução da Engenharia Química, que é um ramo da Engenharia. A evolução se deu a partir da adoção do conceito de Sistema para os processos químicos. O conceito de Sistema foi explorado, aprofundado e disseminado a partir da Engenharia de Sistemas. Daí, a estrutura do Capítulo

9 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

10 1.1 Engenharia Desde a idade primitiva o homem cria objetos úteis para as suas necessidades básicas. Os primeiros objetos eram muito simples: pedras para impactar e cortar, tacape, lança e outros. Depois, os objetos passaram a ser constituídos de duas ou três peças articuladas como martelo, arco e flexa, alavanca, catapultas, roldanas,etc. E os objetos foram ficando cada vez mais complexos.

11 Ele se valia da Intuição e de conhecimentos adquiridos empiricamente. A sofisticação crescente dos objetos aumentou o número e a variedade de peças a articular. Aumentou a demanda por qualidade e segurança. Intuição e conhecimentos empíricos tornaram-se insuficientes para garantir a qualidade dos objetos criados. Em dado momento, surgiu o artesão, indivíduo que fazia da criação de objetos o seu meio de vida.

12 ENGENHARIA Com ela, vieram os cursos superiores para a formação profissional de engenheiros, que vieram substituir os artesãos. Tornaram-se imprescindíveis conhecimentos científicos e métodos matemáticos que, juntamente com intuição e criatividade deram origem à Dedica-se à aquisição e à aplicação de conhecimentos de natureza física, técnica, matemática e econômica para a criação, aperfeiçoamento e implementação de materiais, estruturas, máquinas e aparelhos, sistemas ou processos, com a finalidade de satisfazer as necessidades básicas da sociedade.

13 A Engenharia se diversificou em função dos conhecimentos exigidos em cada campo da atividade: Civil, Mecânica, Elétrica e Química (mais completa). Cada uma delas compreendendo algumas especialidades que terminaram dando origem a outras Engenharias: Todas elas voltadas à criação de objetos concretos, tangíveis. Mais recentemente, o termo passou a ser estendido ao desenvolvimento e aplicação de métodos de trabalho, articulando não mais peças, mas idéias e tarefas. Surgiram as engenharias econômica, financeira, de software, de produção ou industrial, de transportes, de segurança e muitas outras.

14 Em 29 de junho de 2009, o Ministério da Educação anunciou uma futura reforma no nome dos cursos de graduação – entre eles, os cursos de Engenharia, que, atualmente, possuem 258 nomenclaturas diferentes. Os nomes dos cursos atuais serão reduzidos a 22 (Ref.: Wikipedia). Engenharia Aeronáutica, Engenharia Agrícola, Engenharia de Agrimensura, Engenharia de Alimentos, Engenharia Ambiental, Engenharia Civil, Engenharia de Computação, Engenharia de Controle e Automação, Engenharia Elétrica, Engenharia Eletrônica, Engenharia Florestal, Engenharia de Fortificação e Construção, Engenharia Mecânica, Engenharia Mecânica e de Armamento, Engenharia de Materiais, Engenharia de Minas, Engenharia Metalúrgica, Engenharia Naval, Engenharia de Pesca, Engenharia de Produção, Engenharia Química, EngenhariadeTelecomunicações

15 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

16 1.2 Engenharia Química É o ramo da Engenharia dedicado ao projeto, à construção e à operação dos processos químicos de produção.

17 Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios A Engenharia de Processos surgiu com aFertilização da Eng. Química tradicional com elementos de: - Engenharia de Sistemas - Inteligência Artificial Surgiu a maior novidade na Engenharia Química depois dos Fenômenos de Transporte

18 O grande avanço proporcionado pela Engenharia de Processos decorreu de estudo dos processos químicos enquanto um conjunto de equipamentos integrados. Ou seja, estudo dos processos químicos do ponto de vista de SISTEMAS

19 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistemas 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

20 UMA PERGUNTA: 1.3 Sistemas

21 São meios de transporte! OK! E agora ? E agora ???? O quê estes objetos têm em comum?

22 REPETE-SE A PERGUNTA O QUÊ ESTES OBJETOS TÊM EM COMUM ? RESPOSTA Eles são objetos constituídos de inúmeras peças que funcionam articuladamente segundo um plano pré-estabelecido.

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28 Apesar de inteiramente distintos quanto à forma e a finalidade, os seus processos de criação e montagem seguem uma metodologia inteiramente análoga (exceto o corpo humano) Esses objetos recebem, então, uma denominação genérica SISTEMAS

29 Um sistema (do grego sistemiun), é um conjunto de elementos interconectados, de modo a formar um todo organizado

30 Todo sistema possui um objetivo geral a ser atingido Sistemas são encontrados:

31 No campo da energia: turbinas, sub-estações, redes de transmissão e outros equipamentos são elementos interdependentes que, interligados, permitem que a energia liberada numa queda d'água se transforme em luz e força.

32 No corpo humano: os aparelhos circulatório, respiratório e digestivo, formados por órgãos como coração, pulmão, fígado e outros, são interdependentes e funcionam harmoniosamente sediando a vida humana.

33 Na natureza: a atmosfera, os oceanos, os rios, os lagos, as espécies animais e vegetais são interdependentes e, conjuntamente, formam um ambiente em que se desenvolve a vida no planeta.

34 Na economia: governo, população, bancos, comércio e outras instituições, são elementos interdependentes que formam um ambiente em que circula a moeda.

35 Nos processos químicos: reatores, colunas de destilação e trocadores de calor formam instalações que promovem a transformação de matérias primas em produtos em escala industrial.

36 Processo Químico ! Eco - SistemasCorpo Humano Criados Sistemas Econômicos Constatados Concretos Tangíveis Observa-se que SISTEMA é um conceito abrangente: Origem Abstratos Intangíveis Quanto à origem: constatados ou criados pelo homem Quanto à natureza dos elementos e conexões: concretos (tangíveis), abstratos (intangíveis)

37 e interdependentes (através das correntes) O Processo Químico como um SISTEMA Um conjunto de elementos especializados (equipamentos) reunidos para um determinado fim (produção de um produto) extrato água vapor EVAPORADOR EXTRATOR CONDENSADOR RESFRIADOR MISTURADOR alimentação bomba DECANTADOR 20 HP rafinado produto W 11 T 11 W6W6 T6T6 W4W4 T4T4 f 14 f 24 x 14 W7W7 T7T7 T3T3 W1W1 T1T1 x 11 f 11 f 21 T2T2 f 12 ArAr AeAe Vl t r f 32 f 23 AcAc W8W8 T8T8 W 15 T 15 W 13 T 13 W 14 T 14 W 12 T 12 W 10 T 10 W9W9 T9T9 W5W5 T5T5 f 13

38 PratoTorre de Destilação Unidade Industrial (Planta) Indústria Química Segmento Industrial ELEMENTOSISTEMA SISTEMA é, também, um conceito recorrente O objeto de estudo tanto pode ser um sistema constituído por elementos ou o elemento de um sistema.

39 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

40 Com o aumento da complexidade dos sistemas desenvolvidos pelo homem, pesquisadores sentiram a necessidade de estudar formalmente as propriedades de sistemas em geral. 1.4 Engenharia de Sistemas Não havia como progredir conhecendo apenas o comportamento individual dos elementos. Esse novo campo do conhecimento foi batizado na década de 1940, no Laboratório da Bell, de Engenharia de Sistemas. Tornou-se necessário estudar o comportamento dos elementos quando interligados a outros: o comportamento do conjunto e desenvolver técnicas para a construção de sistemas de maneira rápida e confiável

41 Um fato relevante ao final da década de 60 Com de elementos de Engenharia de Sistemas e Inteligência Artificial TEORIA DE PROJETO Começou a surgir uma As Teorias existentes, até então, explicavam apenas fenômenos naturais...(Química, Física, Biologia...).

42 O reflexo desses avanços, na Engenharia Química, foi o surgimento da área de Engenharia de Processos. Esta Teoria se propagou por todas as engenharias Essa nova área veio colocar à disposição dos engenheiros em geral todo o arsenal metodológico da Engenharia de Sistemas. Permitindo, em cada uma delas, a criação de sistemas de elevado nivel de complexidade e desempenho

43 Contribuição desta nova Teoria, para as diversas Engenharias???

44 Teoria de Projeto Eng. Naval Eng. Elétrica Eng. Química Eng. Mecânica Conhecimento específico de cada área utilizado intuitivamente Aplicável a todas as áreas As engenharias experimentaram um ganho expressivo Engenharia de Processos

45 Paralelamente, estabeleceu-se uma linguagem comum, a linguagem de sistemas. Fazem parte da linguagem de sistemas termos como projeto, estrutura, síntese, análise e otimização, comuns a todas as engenharias e que serão empregados adiante no desenvolvimento da Engenharia de Processos. Hoje, ela permitie a comunicação fluente entre engenheiros de diferentes especialidades, viabilizando, em curto espaço de tempo, a criação de sistemas integrados em que se misturam componentes de natureza química, mecânica, elétrica, eletrônica, estrutural e até biológica.

46 Campo do conhecimento que estuda Sistemas de uma forma genérica, independentemente da finalidade e da natureza dos seus elementos. EM RESUMO: ENGENHARIA DE SISTEMAS Essas técnicas são as que permitem a construção de sistemas da mais alta complexidade com alto grau de confiabilidade em relativamente curto espaço de tempo.

47 Vantagem em olhar Processos como Sistemas Dispor do arsenal de procedimentos da Engenharia de Sistemas para estudar os Processos Tratar todos os processos de um forma unificada.

48 Uma ferramenta importante para o desenvolvimento e análise de sistemas complexos INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

49 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

50 1.5 INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL Ramo da Ciência da Computação que estuda a forma como o homem utiliza intuitivamente Inteligência e Raciocínio na solução de problemas complexos, implementando-as em máquinas

51 - sistemas especialistas - nesta disciplina: resolução de problemas combinatórios Aplicações de Inteligência Artificial - processamento de linguagem natural - percepção e reconhecimento de padrões - armazenamento e recuperação de informação - robótica - jogos - programação automática - lógica computacional - sistemas com aprendizado

52 A Inteligência Artificial preconiza duas estratégias básicas para a resolução de problemas complexos Decomposição e Representação

53 (a)Decomposição do Problema - decompor um problema complexo em sub-problemas mais simples. - resolver os problemas simples de forma interativa de modo que, ao final, aflore a solução do problema original. Resolvendo esses problemas de forma interativa, ao final afloram a rota química ótima, o fluxograma ótimo e os valores ótimos das dimensões. Consiste em:

54 Problemas complexos são decompostos em sub-problemas de resolução mais simples. Problema SP 1SP 2 SP 3 SP 4

55 O conjunto das soluções dos sub-problemas forma a solução do Problema original. SP 1SP 2 SP 3 SP 4 SP 1SP 2 SP 3 SP 4 Problema Resolvido Os subproblemas são resolvidos de forma coordenada

56 Exemplo : Travessia Perigosa 3 travessias menos perigosas destino travessia perigosa

57 (b) Representação do Problema Exemplo: Árvore de Estados. Consiste em organizar as soluções numa estrutura que sugira um método sistemático para a busca da solução ótima Analogia: enfeites de árvores de natal Estados são configurações formadas no decorrer da montagem de um sistema. Ex.: na geração de um fluxograma, equipamento por equipamento. Estados finais representam o sistema completo. Os demais, são intermediários (incompletos).

58 Exemplo: Árvore de Estados. A Árvore de Estados é uma figura com o aspecto de uma árvore invertida em que são colocados todos os estados relativos a um sistema

59 raiz De cada estado sai uma bifurcação para os estados que dele se originam: há uma decisão associada. Ao longo dos ramos estão os estados intermediários percorridos durante a resolução do problema. Nas extremidades dos ramos encontram-se os estados finais, configurações completas, que são as soluções alternativas do problema.

60 EXEMPLO

61 Vejamos a Árvore de Estados com os estados intermediários e finais da montagem desses fluxogramas

62 Árvore de Estados Os 8 fluxogramas Os Estados 7 a 14 são os fluxogramas completos 7 SI C7C7 0 5 DS 3 6 DE 4 10 CI 14 CI 12 CI 9 SI 11 SI 13 SI 1 RM 2 RT 8 CI C8C8 C9C9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14 Estados 1 a 6 são intermediários: existem mo decorrer da agregação sucessiva dos equipamentos RM: reator de mistura RT: reator tubular DS: destilação simples DE: destilação extrativa SI: aquecedor/resfriador CI: correntes integradas

63 7 SI C7C7 0 5 DS 3 6 DE 4 10 CI 14 CI 12 CI 9 SI 11 SI 13 SI 1 RM 2 RT 8 CI C8C8 C9C9 C 10 C 11 C 12 C 13 C 14

64 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

65 1.6 ENGENHARIA DE PROCESSOS Pode ser considerada uma especialização da Engenharia de Sistemas, aplicada aos processos químicos. Internacionalmente: Process Systems Engineering Se os conhecimentos que fazem parte da formação do Engenheiro Químicos Eng. Química

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68 Física Química Físico-Química Bioquímica CIÊNCIAS BÁSICAS Estudo dos fenômenos naturais descritos formalmente através da Matemática

69 Mecânica dos Fluidos Transferência de Calor Transferência de Massa Cinética Química Termodinâmica (descritos por Modelos Matemáticos) CIÊNCIAS BÁSICAS FUNDAMENTOS Estudo dos fenômenos de interesse que ocorrem nos equipamentos

70 Reatores Trocadores de calor Separadores Torres de destilação Torres de absorção Extratores Cristalizadores Filtros Outros... Instrumentos de Controle Automático Tratamento compartimentado! ENGENHARIA DE EQUIPAMENTOS Projeto e Análise dos Equipamentos de Processo

71 Esses conhecimentos constituem o cerne da Engenharia Química e concentravam todo o esforço dos pesquisadores da área.

72 CIÊNCIAS BÁSICAS FUNDAMENTOS ENG. DE EQUIPAMENTOS Uma maior organização da execução do projeto veio com a Engenharia de Processos

73 A Engenharia de Processos surgiu com a Fertilização da Eng. Química tradicional com elementos de: Resultando: Utilização mais organizada e mais eficiente dos conhecimento específicos da Engenharia Química no Projeto de Processos: - Projeto mais rápido e mais eficiente. - Processos mais econômicos, seguros e limpos. Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios Resumindo:

74 Seguem-se, agora, termos novos que fazem parte da linguagem da ENGENHARIA DE PROCESSOS Com os quais todos deverão se familiarizar

75 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

76 1.6.1 Estrutura dos Processos Quanto mais complexa a estrutura, mais difíceis o projeto, a análise e a operação do sistema 12 acíclica 12 cíclica 1 2 com convergência Exemplos de Estruturas É a forma como as os elementos do sistema se interligam complexa com bifurcação 1 2

77 extrato água vapor EVAPORADOR EXTRATOR CONDENSADOR RESFRIADOR MISTURADOR alimentação bomba DECANTADOR 20 HP rafinado produto W 11 T 11 W6W6 T6T6 W4W4 T4T4 f 14 f 24 x 14 W7W7 T7T7 T3T3 W1W1 T1T1 x 11 f 11 f 21 T2T2 f 12 ArAr AeAe Vl t r f 32 f 23 AcAc W8W8 T8T8 W 15 T 15 W 13 T 13 W 14 T 14 W 12 T 12 W 10 T 10 W9W9 T9T9 W5W5 T5T5 f 13 No caso dos processos a estrutura é representada pelos fluxogramas

78 Essas sub-tarefas são executadas por 4 sub-sistemas formados por equipamentos especializados, a saber: Um aspecto estrutural importante dos processos químicos, com reflexos no seu projeto, vem de que a tarefa do sistema processo químico é composta por 4 sub-tarefas típicas: reação, separação, integração material e energética e controle. Processo Químico Matéria PrimaProduto

79 (d) sub-sistema de controle: responsável pela manutenção dos processos em condições estáveis e seguras. (a) sub-sistema de reação: formado por reatores, é o coração de um processo, responsável pela aparecimento do produto de interesse a partir das matérias primas (b) sub-sistema de separação: formado por separadores, responsável pela purificação das matérias primas, pela separação dos componentes presentes no efluente dos reatores e pelos demais ajustes de composição no processo. (c) sub-sistema de integração material e energética: responsável pela movimentação das espécies entre os equipamentos e pelos ajustes de temperatura das correntes do processo.

80 Reação Separação Integração Controle PROCESSO: 4 SUB-SISTEMAS INTEGRADOS (d) Controle: responsável pela operação segura e estável do processo. (c ) Integração: responsável pela movimentação de matéria e ajustes de temperatura das correntes. (b) Separação: responsável pelo ajuste de composição das correntes, separando o produto dos sub-produtos e do excesso de reagentes. (a) Reação: responsável pela modificação do conjunto de espécies, fazendo aparecer o produto principal.

81 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

82 O Projeto consiste de um conjunto numerosos e diversificado de ações desenvolvidas Desde A decisão de se produzir um determinado produto Até Conjunto de documentos com detalhes suficientes para a construção e a operação de uma planta industrial PROJETO DE PROCESSOS

83 Investigar mercado para o produto Investigar disponibilidade de matéria prima Estabelecer as condições da reação e sub- produtos Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo de matéria prima Calcular o consumo de utilidades Calcular o consumo de insumos Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis Avaliar a lucratividade do processo AÇÕES TÍPICAS

84 (a) previsão do desempenho do sistema. (b) avaliação do desempenho do sistema. (a) escolha de um elemento para cada tarefa. (b) definição da estrutura do sistema. PROJETO = SÍNTESE ANÁLISE À luz da Engenharia de Processos, essas ações são organizadas em 3 categorias SÍNTESE ANÁLISE Para uma dada rota química: ROTA QUÍMICA Seleção da rota química: reagentes, intermediários, etc..

85 Investigar mercado para o produto Investigar disponibilidade de matéria prima Estabelecer as condições da reação e sub- produtos Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo de matéria prima Calcular o consumo de utilidades Calcular o consumo de insumos Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis Avaliar a lucratividade do processo

86 Investigar mercado para o produto Investigar disponibilidade de matéria prima Estabelecer as condições da reação e sub- produtos Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo de matéria prima Calcular o consumo de utilidades Calcular o consumo de insumos Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis Avaliar a lucratividade do processo

87 Investigar mercado para o produto Investigar reagentes plausíveis Investigar disponibilidade das matérias primas Definir as condições das reações e identificar os sub- produtos gerados SELEÇÃO DE ROTAS QUÍMICAS Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo SÍNTESE Calcular o consumo de utilidades Calcular a vazão das correntes intermediárias Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo dos insumos Calcular o consumo de matéria prima Avaliar a lucratividade do processo ANÁLISE ORGANIZADAS QUANTO À SEQUÊNCIA NO PROJETO

88 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

89 1.6.3 Síntese Genericamente: síntese significa compor um todo a partir de suas partes PROJETO = SÍNTESE ANÁLISE

90 (a) escolha de um elemento para cada tarefa. (b) definição da estrutura do sistema. No Projeto: É a etapa criativa do Projeto

91 EXEMPLO Geração de fluxogramas para a produção de P pela reação A + B P Numa análise preliminar, foram listadas as seguintes alternativas para os equipamentos:

92 Reatores plausíveis RT RM Exigências: os reagentes devem ser pré-aquecidos e o efluente do reator resfriado. Para a reação em questão, os reatores plausíveis são: Reator de Mistura (RM) ou Reator Tubular (RT).

93 - Com Integração Energética (CI): O efluente quente é aproveitado para pré-aquecer a alimentação num trocador de calor, - Sem Integração Energética (SI): A alimentação é aquecida com vapor num Aquecedor O efluente é resfriado com água num Resfriador Aquecimento e resfriamento podem ser feitos das seguintes formas: T AR

94 DSDE Os componentes do efluente podem ser separados por Destilação Simples (DS) ou por Destilação Extrativa (DE).

95 Para a montagem do processo ficam disponíveis os seguintes equipamentos para o projetista RM Reator de mistura RT Reator tubular DS Coluna de destilação simples DE Coluna de destilação extrativa A Aquecedor R Resfriador T Trocador de Integração A Síntese consiste em combinar esses equipamentos formando todos os fluxogramas plausíveis em busca do melhor.

96 Fluxogramas Plausíveis para a Processo Ilustrativo Gerados ao Acaso

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98 Neste exemplo, foram gerados os 8 fluxogramas possíveis que formam o

99 Espaço das Soluções do Problema

100 Aumentando a complexidade do processo, aumenta o número de etapas e de equipamentos para cada etapa. Por conseguinte, aumenta significativamente o número combinações Ne Engenharia de Processos esse efeito é conhecido como

101 EXPLOSÃO COMBINATÓRIA !!! MULTIPLICIDADE DE SOLUÇÕES Cada círculo representa um fluxograma plausível. Isso caracteriza a síntese como um problema com

102 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

103 1.6.4 Análise Genericamente: análise significa - decompor um todo em suas partes, - depreender o comportamento do todo a partir do comportamento das partes. PROJETO = SÍNTESE ANÁLISE Um exemplo marcante é o estudo de organismos vivos, do corpo humano às células.

104 Dimensões dos principais Equipamentos. Consumo de utilidades matérias primas e insumos Especificações de projeto Modelo Matemático previsão Dimensões dos principais equipamentos Consumo de utilidades matérias primas e insumos Modelo Econômico avaliação Lucro No caso de processos químicos, a Análise consiste em prever e avaliar o desempenho de cada fluxograma gerado na Síntese, para fins de comparação

105 Na Análise também se verifica a MULTIPLICIDADE DE SOLUÇÕES O Lucro dependerá da receita, dos custos operacionais e das dimensões dos equipamentos (investimento). Em princípio, diversas combinações de valores plausíveis dessas variáveis produzem um Lucro positivo.

106 12 Q = kgA/h x = 0,02 kgAB/kgA o W 1 kgB/hW 2 y 1 kgAB/kgBy 2 x 1 x 2 kgAB/kgA Modelo Matemático 1. Q(x o - x 1 ) - W 1 y 1 = 0 2. y 1 - k x 1 = 0 3. Q(x 1 -x 2 ) - W 2 y 2 = 0 4. y 2 - k x 2 = 0 Avaliação Econômica L = R - C R = p AB (W 1 y 1 + W 2 y 2 ) C = p B (W 1 + W 2 ) p AB = 0,4 $/kgAB : p B = 0,01 $/kgB Para cada par de valores x 1,x 2 resultam valores de W 1, W 2, y 1, y 2 e Lucro Exemplo: dimensionamento de 2 extratores em série O Lucro depende das vazões de solvente W 1 e W 2, que dependem das concentrações x 1 e x 2

107 MULTIPLICIDADE NA ANÁLISE Dificuldade: infinidade de soluções viáveis A cada par (x 1,x 2 ) corresponde uma solução viável

108 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia..

109 1.6.5 Otimização OTIMIZAÇÃO é a busca da solução ótima de um problema com múltipla soluções Problema com Multiplicidade de Soluções Exige a busca da sua Otimização Solução Ótima através de

110 Nível Tecnológico: a rota química ótima depende dos fluxogramas que ainda serão gerados e das dimensões dos equipamentos e correntes ainda não definidos. Nível Paramétrico (Análise): as dimensões ótimas dos equipamentos e das correntes dependem da rota química e do fluxograma que lhes deram origem. Nível Estrutural (Síntese): o fluxograma ótimo depende da rota que lhe deu origem e das dimensões dos equipamentos e correntes ainda não definidos. Fonte da complexidade multiplicidade de soluções em três níveis interdependentes !!!!!! Nesse sentido: o Projeto de Processos é um problema complexo de otimização.

111 Para encontrar a solução ótima, para uma dada rota química, é preciso gerar cada um dos fluxogramas possíveis

112 Fluxograma GeradoFluxograma Otimizado

113

114 Em seguida, determinar o conjunto ótimo das dimensões dos equipamentos e correntes (otimização paramétrica)

115 Neste caso, seria gerar cada fluxograma e calcular os valores ótimos de : volume do reator, número de estágios, altura e diâmetro das torres, áreas dos trocadores, vazões de água e de vapor (Lucro Máximo).

116 O Espaço das Soluções é constituído de apenas 8 fluxogramas

117 Mas a busca não pode ser conduzida de maneira aleatória. (ineficiente, sem garantia de sucesso) Como conduzi-la de uma maneira racional de modo a garantir a obtenção da solução ótima? INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL !

118 Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios A Engenharia de Processos surgiu com a Fertilização da Eng. Química tradicional com elementos de: - Engenharia de Sistemas - Inteligência Artificial Potencializa o conhecimento específico da Engenharia Química: o engenheiro químico passa a utilizar os seus conhecimentos de forma mais organizada e mais eficiente. Projeto mais rápido e mais eficiente. Resultam processos mais econômicos, seguros e limpos.

119 Numa Árvores de Estados, os fluxogramas encontram-se arrumados ao contrário de...

120 Desordenados, dificultando a busca da solução ótima

121 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia..

122 MÉTODOS DE PROJETO (a) Busca Exaustiva (b) Métodos Matemáticos - Super-estrutura - Busca Inteligente Orientada por Árvore de Estados (c) Projeto por Decomposição (d) Métodos Intuitivos - Método Heurístico - Método Evolutivo Esses métodos serão estudados na Síntese de Processos

123 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

124 1.6.7 Nova Sistemática para o Projeto Voltando às duas exigências decorrentes da concorrência: (a) um maior conhecimento dos fenômenos ocorridos nos equipamentos (b) maior organização da execução do projeto

125 A Engenharia de Processos não prescinde do conhecimento intrínseco adquirido no curso de formação. Ela veio em acréscimo, auxiliando o projetista naquilo que depende: (a) da sua intuição, que sucumbe frente a projetos de alta complexidade. (b) da sua experiência, no início muito pequena. CIÊNCIAS BÁSICAS FUNDAMENTOS ENG. DE EQUIPAMENTOS

126 Assim, o projetista passa a ter duas opções: (b) aliar os seus valores individuais ao arsenal de ferramentas desenvolvido e disponibilizado pela ENGENHARIA DE PROCESSOS. CIÊNCIAS BÁSICAS FUNDAMENTOS ENG. DE EQUIPAMENTOS (a) se valer exclusivamente dos conhecimentos, da sua intuição e da sua experiência (auto – suficiente).

127 INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL Decomposição e Representação de problemas A partir de elementos de ENGENHARIA DE SISTEMAS Projeto, Síntese, Análise e Otimização É possível sistematizar o Projeto !

128 Investigar mercado para o produto Investigar disponibilidade de matéria prima Estabelecer as condições da reação e sub- produtos Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo de matéria prima Calcular o consumo de utilidades Calcular o consumo de insumos Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis Avaliar a lucratividade do processo

129 Investigar mercado para o produto Investigar disponibilidade de matéria prima Estabelecer as condições da reação e sub- produtos Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo de matéria prima Calcular o consumo de utilidades Calcular o consumo de insumos Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis Avaliar a lucratividade do processo

130 Investigar mercado para o produto Investigar reagentes plausíveis Investigar disponibilidade das matérias primas Definir as condições das reações e identificar os sub- produtos gerados SELEÇÃO DE ROTAS QUÍMICAS Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo SÍNTESE Calcular o consumo de utilidades Calcular a vazão das correntes intermediárias Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo dos insumos Calcular o consumo de matéria prima Avaliar a lucratividade do processo ANÁLISE

131 Problema: produzir P ILUSTRAÇÃO Segue um exemplo simplificado: - duas rotas química viáveis. - dois fluxogramas viáveis para cada rota. O problema pode ser representado segundo uma Árvore de Estados na qual fica aparente, também, a sua decomposição segundo as ações

132 Investigar mercado para o produto Investigar reagentes plausíveis Investigar disponibilidade das matérias primas Definir as condições das reações e identificar os sub- produtos gerados SELEÇÃO DE ROTAS QUÍMICAS Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o número e o tipo dos separadores Definir o número e o tipo de trocadores de calor Estabelecer malhas de controle Definir o fluxograma do processo SÍNTESE Calcular o consumo de utilidades Calcular a vazão das correntes intermediárias Calcular as dimensões dos equipamentos Calcular o consumo dos insumos Calcular o consumo de matéria prima Avaliar a lucratividade do processo ANÁLISE

133 Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? Nível Paramétrico Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro. Problema Complexo de Otimização em 3 Níveis : Solução? Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? Decomposição e Representação do Problema de Projeto por Árvore de Estados P ? ? D+E P+F D,EP,F ?? A+B P+C A,BP,C ?? 1PA BC x ? TD 2 PA BC x ? TA P3D EF x ? DM P F 4 D E x ? ME L x 68 x o = 3 x* L x L 10 x o = 4 x* x x o = 6 x* L x 7 x o = 5 x*

134 Não se monta toda a árvore para depois encontrar a solução. A busca da solução se dá à medida em que se vai montando a árvore O método é o de Busca Orientada pela Árvore de Estados

135 Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? Nível Paramétrico Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro. Solução Ótima: Reagentes = D,E; Fluxograma = 3; x = 4 demais dimensões. Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? Busca Orientada por Árvore de Estados P ? ? D+E P+F D,EP,F ?? A+B P+C A,BP,C ?? 1PA BC x ? TD 2 PA BC x ? TA P3D EF x ? DM P F 4 D E x ? ME L x 6 x o = 3 x* 8 L x x o = 4 x* L 10 x x o = 6 x* L x 7 x o = 5 x*

136 P ? ? D+E P+F D,E P,F ?? L x 4 10 ? P3 D E F x Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? Nível Paramétrico Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro. Solução Ótima: Reagentes = D,E; Fluxograma = 3; x = 4 demais dimensões. Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? Solução do Problema de Projeto por Busca Orientada Vantagem Varre todas as soluções sem repetições sem omitir a ótima Desvantagem Explosão Combinatória (outros métodos)

137 Há ocasiões em que a complexidade do problema é tal que a busca da solução ótima é proibitiva. Há que se contentar, então, com a melhor solução possível de se obter com razoável esforço computacional. Métodos, com esta finalidade, serão apresentados nesta disciplina. Estima-se que a solução encontrada seja próxima da ótima

138 Desafio: percorrer eficientemente o espaço numerosos e desordenado das soluções em busca da melhor solução possível SÍNTESE Geração de todos os fluxogramas possíveis Formar o espaço das soluções ANÁLISE Previsão e avaliação de cada fluxograma

139 Há problemas em que um conjunto de soluções equivalentes se destacam das demais, tornando-se irrelevante adotar a melhor delas, que pode não ser a ótima.

140 Conjunto de soluções equivalentes

141 PROJETO = SÍNTESE ANÁLISE SÍNTESE: responsável por disponibilizar todas as soluções. ANÁLISE: responsável pela avaliação de cada solução. De nada adianta a Síntese se não houver a Análise para avaliar cada solução. De nada adianta a Análise se não houver a Síntese para gerar as soluções. A Análise é quem dá a palavra final. Resumindo

142 O Projeto como um problema de otimização em 3 níveis

143 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia

144 1.7 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO/DISCIPLINA Seqüência no Projeto : Síntese Análise Seqüência Pedagógica : Análise Síntese INTRODUÇÃO À SÍNTESE DE PROCESSOS 8 6 SÍNTESE DE SISTEMAS DE SEPARAÇÃO 7 SÍNTESE SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 2 ESTRATÉGIAS DE CÁLCULO 3 OTIMIZAÇÃO AVALIAÇÃO ECONÔMICA 45 ANÁLISE

145 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

146 1.8 ORIGEM E EVOLUÇÃO DA ENGENHARIA DE PROCESSOS NA ENGENHARIA QUÍMICA Situação até o final da década de 60: Nos 3 níveis mais internos: - conhecimento organizado em disciplinas consagradas constituindo o conteúdo básico dos cursos de Engenharia Química. - vasta literatura de apoio (coleções, editoras especializadas). - ensino compartimentado dos equipamentos com ausência de uma visão integrada dos processos.

147 1.8 ORIGEM E EVOLUÇÃO DA ENGENHARIA DE PROCESSOS NA ENGENHARIA QUÍMICA Situação até o final da década de 60: No nível externo: - projeto praticado de forma semi-artesanal e ensinado informalmente (exercício de final de curso). Contraste! - ausência de literatura específica de apoio (restrita a temas correlatos). - ensino de processos praticado de forma descritiva e individual: processo por processo, como se nada existisse em comum

148 - Na Eng. de Equipamentos:os problemas são de natureza numérica (modelagem matemática, resolução dos modelos). - Na Eng. de Equipamentos: equipamentos tratados individualmente. A descontinuidade conceitual existente na passagem Eng. de Equipamentos Eng. de Processos: Natureza da Descontinuidade: - Na Eng. de Processos: equipamentos são elementos interdependentes de um sistema integrado. - Na Eng. de Processos: os problemas são de natureza lógica e combinatória (seleção e arranjo dos equipamentos). Explicação para o contraste :

149 Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios A Engenharia de Processos surgiu com aFertilização da Eng. Química tradicional com elementos de: - Engenharia de Sistemas - Inteligência Artificial Surgiu a maior novidade na Engenharia Química depois dos Fenômenos de Transporte

150 Conseqüência Principal da Fertilização: Questões, até então abordadas de forma intuitiva, passaram a ser tratadas de forma sistemática: -a interdependência dos equipamentos. - a seleção de equipamentos alternativos para uma mesma operação. - a seleção dos arranjos (fluxogramas) alternativos para uma mesma rota química. A Engenharia de Processos foi sistematizada: praticada de forma mais eficiente e ensinável.

151 a prática do projeto com as diversas ferramentas importadas da Engenharia de Sistemas e da Inteligência Artificial. o ensino da Engenharia Química com a criação de disciplinas estruturadas que proporcionam uma visão integrada dos processos acrescentando a dimensão de sistema, até então ausente.. A Engenharia de Processos veio revolucionar:

152 1981: 200 trabalhos publicados (Revisão: Nishida, Stephanopoulos e Westerberg; AIChEJournal). Revista: Computers & Chemical Engineering Congressos: ESCAPE (European Symposium on Computer Aided Process Engineering); ENPROMER (Encontro sobre Processos Químicos do Mercosul) Instituições: Institute for Complex Engineered Systems Carnegie Mellon University (Pittsburgh, USA)

153 As primeiras disciplinas: 1970: Análise e Simulação de Processos (PEQ/COPPE) 1976: Desenvolvimento e Projeto de Processos (EQ/UFRJ) Síntese de Processos (PEQ/COPPE) No Brasil: As primeiras teses: 1.Taqueda,E.R.,"Análise de Processos Complexos por Computador Digital", Tese de Mestrado, COPPE/UFRJ (1973) 2. Lacerda, A. I., "Síntese de Sistemas de Separação", Tese de Mestrado,COPPE/UFRJ (1980) 3. Santos, M. C., "Síntese Heurística de Sistemas de Reatores", Tese de Mestrado, COPPE/UFRJ (1980) 4. Araujo, M. A. S., "Eficiência do Uso de Energia em Processos e a Otimização de Redes de Trocadores de Calor", Tese de Mestrado, COPPE/UFRJ (1980).

154 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia.

155 1.9 COMPUTAÇÃO Alunos devem saber programar FORTRAN, VISUAL BASIC, MATLAB, EXCEL, C++ (mercado procura !) Problemas reais de projeto são de grande complexidade e demandam grande esforço computacional. O apoio da Informática é indispensável. Existem diversos softwares comerciais: ASPEN, HYSYS, CHEMCAD, PRO/II, mas demandam licenças e treinamento. EXCEL + VBA. Software nacional: - PSPE (1985): Rajagopal, Castier, Gil PETROX (Petrobrás) - ALSOC (2003)(Ambiente Livre p/ Simulação, Otimização e Controle de Processos) – COPPE/UFRJ – USP – UFRGS – CT- PETRO/FINEP – Empresas Petroquímicas EMSO. - DWSIM: Daniel Wagner (RN) : VB.NET

156 1.9 COMPUTAÇÃO Alunos devem saber programar FORTRAN, VISUAL BASIC, MATLAB, EXCEL, C++ (mercado procura !) Demonstrações e aulas práticas programadas. Todos os procedimentos ensinados na disciplina são descritos sob a forma de algoritmos programáveis.

157 1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Engenharia 1.2 Engenharia Química 1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos Estrutura dos Processos Projeto de Processos Síntese Análise Otimização Métodos de Projeto Nova Sistemática para o Projeto 1.7 Organização do Texto/Disciplina 1.8 Origem e Evolução da Engenharia de Processos 1.9 Computação 1.10 Bibliografia

158 Em ordem cronológica de publicação Em vermelho, os livros que inspiraram a disciplina 01. STRATEGY OF PROCESS ENGINEERING Rudd,D.F. e Watson,C.C. - J.Wiley, THE ART OF CHEMICAL PROCESS DESIGN Wells,G.L. e Rose,L.M. - Elsevier, CHEMICAL PROCESS SIMULATION Husain,A. - Wiley-Eastern, MATERIAL AND ENERGY BALANCE COMPUTATIONS Henley,E.J. e Rosen,E.M. - J.Wiley, PROCESS SYNTHESIS Rudd,D.F., Powers,G.J. e Siirola,J.J. - Prentice-Hall, Bibliografia

159 06. CHEMICAL PROCESS ECONOMICS Happel,J., Jordan,D.G. - Marcel Dekker, INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING AND COMPUTER CALCULATIONS Myers,A.L. - Prentice-Hall, PROCESS FLOWSHEETING Westerberg,A.W., Hutchinson,H.P., Motard,R.L. e Winter, P. – Cambridge, PLANT DESIGN AND ECONOMICS FOR CHEMICAL ENGINEERS Timmerhaus,K.D. e Peters,M.S. - McGraw-Hill, 1980 (3a. Ed.). 10. STEADY-STATE FLOWSHEETING OF CHEMICAL PLANTS Benedek,P. - Elsevier, 1980.

160 11. PROCESS ANALYSIS AND DESIGN FOR CHEMICAL ENGINEERS Resnick,W. - McGraw-Hill, CHEMICAL PROCESS SYNTHESIS AND ENGINEERING DESIGN Kumar,A. - Tata McGraw-Hill, AN INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING DESIGN Sinnott,R.R. - Pergamon Press, A GUIDE TO CHEMICAL ENGINEERING PROCESS DESIGN AND ECONOMICS, Ulrich,G.D. - J.Wiley, CONCEPTUAL DESIGN OF CHEMICAL PROCESSES Douglas, J.M. - McGraw-Hill, 1988.

161 16. OPTIMIZATION OF CHEMICAL PROCESSES Edgar,T.F. e Himmelblau,D.M. - McGraw-Hill, CHEMICAL PROCESS STRUCTURES AND INFORMATION FLOWS Mah, R.S.H. - Buterworths, FOUNDATIONS OF COMPUTER-AIDED PROCESS DESIGN Siirola,J.J., Grossmann,I.E. e Stephanopoulos,G. (editores) - Cache- Elsevier, ANALYSIS AND SYNTHESIS OF CHEMICAL PROCESS SYSTEMS Hartmann,K e Kaplick,K. - Elsevier, CHEMICAL PROCESS DESIGN Smith,R. – McGraw-Hill, 1995.

162 21. SYSTEMATIC METHODS OF CHEMICAL PROCESS DESIGN Biegler,L.T., Grossmann,I.E. e Westerberg, A. W. - Prentice-Hall, GREEN ENGINEERING Allen, D. T. e Shonnard, D. R. - Prentice Hall, ANALYSIS, SYNTHESIS AND DESIGN OF CHEMICAL PROCESSES Turton,R., Bailie,R.C, Whiting,W.B e Shaeiwitz,J.A. – Prentice Hall, PRODUCT AND PROCESS DESIGN PRINCIPLES Seider,W., Seader,J.D. e Lewin,D.R. – Wiley, ENGENHARIA DE PROCESSOS Perlingeiro, C. A. G. – Edgard Blucher, 2005

163 Se o Processo Químico é o alvo principal do Engenheiro Químico, a Engenharia de Processos pode ser considerada a essência da Engenharia Química, porque é onde se faz a construção do Processo. As demais áreas são suas coadjuvantes indispensáveis, porém coadjuvantes. UMA AFIRMAÇÃO POLÊMICA

164 PROJETO ROTAS QUÍMICAS FLUXOGRAMAS DIMENSÕES Processos de Separação Controle de Processos Processos Tecnológicos TermodinâmicaAvaliação EconômicaTransferência de Massa Mecânica dos FluidosReatores Transferência de Calor O PROJETO é o problema central da Engenharia Química Dele decorrem todos os demais, encontrados Durante a execução de um projeto Cursando alguma disciplina

165 Os problemas específicos não têm existência própria. Só existem: (a) na definição de um processo em fase de projeto (b) no aprimoramento de um processo já em operação

166 Ao final do Capítulo 1, os seguintes conceitos devem ter sido absorvidos: Projeto de processos químicos: definição sintética. Estrutura da disciplina: sua justificativa. Inteligência Artificial: definição, estratégias básicas e a representação do projeto de processos por árvore de estados. Otimização: conceito e aplicação no projeto. Síntese e Análise: em que consistem, em que diferem e como se combinam no projeto. Sistema: conceito e exemplos. A conveniência em se tratar um processo como um sistema. Engenharia de Processos: seu papel como área da Engenharia Química.

167 ESTRUTURA DA 2ª. EDIÇÃO DO LIVRO

168

169 FIM

170 Nos processos químicos, três elementos são importantes: a rota química, os equipamentos e a estrutura (fluxograma). Tradicionalmente: ênfase nos equipamentos em detrimento da estrutura. Nos Currículos tradicionais: Equipamentos: Operações Unitárias (macro), Fenômenos de Transporte (micro). Processos: poucas e descritivas. Fácil de constatar...

171 Reflexos no Projeto: resumia-se a escolher os equipamentos sem questionamento da estrutura. Aprimoramento de processos limitado à criação de novos equipamentos, ao aperfeiçoamento dos existentes e de procedimentos de cálculo. Abordagem esgotada! Necessário um novo patamar no aprimoramento de processos: aprimorar a estrutura, criar novas concepções. Década de 1960: primeiros trabalhos sobre fluxogramas de processos Compreender a sua estrutura e o seu processo de formação. Possível graças ao resgate e à aplicação do conceito de sistema à Engenharia.


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