CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO GERAL 04 DE AGOSTO DE 2008

FINALIDADE DO CAPÍTULO 1 Apresentar a Engenharia de Processos como uma área relativamente nova na Engenharia Química, incluindo: - os seus objetivos - a sua localização no contexto da Engenharia Química - como surgiu e evoluiu - a sua estrutura (organização) FINALIDADE DESTA AULA Apresentar a disciplina Engenharia de Processos, incluindo: - a sua organização - como é conduzida: aulas, material didático e avaliação - a bibliografia pertinente

PROCESSO ??? Seqüência de etapas responsáveis pela transformação de matérias primas em produtos de interesse industrial. Conceito abrangente (Processo Químico): inclui todas as transformações químicas espontâneas, ou por ação de catalisadores ou de microrganismos.

ENGENHARIA DE PROCESSOS Área da Engenharia Química dedicada ao Projeto de Processos Químicos Começamos então o Capítulo conceituando Projeto de Processos Químicos.

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.1 Projeto de Processos Químicos

PROJETO DE PROCESSOS QUÍMICOS É o conjunto de ações desenvolvidas Desde A decisão de se produzir um determinado produto químico Até Um plano bem definido para a construção e a operação da instalação industrial. 

PLANTA INDUSTRIAL Instalação física onde ocorrem as etapas do Processo Químico

Matéria Prima Produto PLANTA INDUSTRIAL

MISTURADOR RESFRIADOR CONDENSADOR W14 = 1.080 kg/h T*14 = 25 oC 14 W12 = 59.969 kg/h T*12 = 30 oC W9 = 228.101 kg/h T*9 = 30 oC 12 Solvente 9 13 10 W13 = 36.345 kg/h T13 = 25 oC W10 =36.345 kg/h T10 = 80 oC Ar = 361 m2 Ac = 119 m2 A.R. 11 A.R. 8 W11 = 59.969 kg/h T*11 = 15 oC W8 = 228.101 kg/h T*8 = 15 oC W5 = 36.345 kg/h T*5 = 80 oC 15 W15 = 37.425 kg/h T15 = 25 oC W3 = 37.544 kg/h x1,3 = 0,002 T3 = 25 oC f1,3 = 120 kg/h f2,3 = 37.424 kg/h 5 EXTRATOR BOMBA EVAPORADOR 3 Ae = 124 m2 1 Vd = 11.859 l Extrato W6 =8.615 kg/h T*6 = 150 oC Matéria prima t*= 0,0833 h r* = 0,60 7 6 Vapor W*1 = 100.000 kg/h x*1,1 = 0,002 T*1 = 25 oC f1,1 = 200 kg/h f3,1 = 99.800 kg/h W2 = 99.880 kg/h x1,2 = 0,0008 T2 = 25 oC f1,2 = 80 kg/h f3,2 = 99.800 kg/h W7 = 8.615 kg/h T7 = 150 oC 2 W4 = 1.200 kg/h x*1,4 = 0,1 T4 = 80 oC f1,4 = 120 kg/h f2,4 = 1.080 kg/h 4 Rafinado Produto

 1.1 PROJETO DE PROCESSOS QUÍMICOS O conjunto de ações desenvolvidas Desde A decisão de se produzir um determinado produto químico Até Um plano bem definido para a construção e a operação da instalação industrial.   O conjunto é numeroso e diversificado !!!

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

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.2 Engenharia de Processos

1.2 ENGENHARIA DE PROCESSOS É uma área recente na Engenharia Química que veio preencher uma importante lacuna que perdurou por décadas: a falta de uma sistemática e de instrumentos modernos e eficientes para a execução do Projeto de Processos Químicos.

Para executar um Projeto, o Engenheiro Químico contava com o seguinte conjunto de conhecimentos adquiridos na sua formação, organizados em Disciplinas e Cursos:

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

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

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

Cursos de Engenharia Química Tudo isso ensinado de forma sistemática nos Cursos de Engenharia Química

Mas faltavam metodologia e instrumentos para o projeto de processos: a combinação dos equipamentos formando a planta industrial, de maneira eficiente. CIÊNCIAS BÁSICAS FUNDAMENTOS ENG. DE EQUIPAMENTOS

Ao final da década de 60: um fato relevante  TEORIA DE PROJETO Ocorreu uma combinação de elementos de Engenharia de Sistemas + Inteligência Artificial gerando  TEORIA DE PROJETO De aplicação geral, com efeito marcante em diversas áreas.

Conhecimento específico de cada área Eng. Química Eng. Naval Teoria de Projeto Aplicável a todas as áreas  Eng. Elétrica Eng. Mecânica Utilização mais eficiente do conhecimento específico de cada área nos seus Projetos

NA ENGENHARIA QUÍMICA ...

ENGENHARIA DE PROCESSOS Surgiu a ENGENHARIA DE PROCESSOS Projeto e Análise de Processos Industriais (sistemas formados pelos equipamentos) Processos Químicos Processos Biotecnológicos Produção de Alimentos Outros Processos Última camada de conhecimentos agregada à formação, pois exige os conhecimentos encontrados nas camadas anteriores.

A Engenharia de Processos surgiu com a “Fertilização” da Eng A Engenharia de Processos surgiu com a “Fertilização” da Eng. Química tradicional com elementos de: Resumindo: Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes 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. Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios

Engenharia de Processos Seguem diversos conceitos relacionados a Sistemas Inteligência Artificial importantes na Teoria de Projeto Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes que foram incorporados à Engenharia de Processos Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.3 Sistemas

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito 1.3.2 Estrutura 1.3.3 Projeto 1.3.4 Síntese 1.3.5 Análise 1.3.6 Otimização 1.3.1 Conceito

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito Sistema: denominação genérica aplicada a organismos, dispositivos ou instalações, com as seguintes características: (a) são conjuntos de elementos interdependentes (através de conexões), cada qual capaz de executar uma ação específica. 2 1 3 4 5 7 6 (b ) cuja finalidade é executar uma ação complexa resultante da combinação das ações dos seus elementos.

Isso torna o sistema um conceito bastante abrangente. Os elementos e as conexões podem ser: - concretos (tangíveis) - abstratos (intangíveis) A finalidade do sistema pode ser: - estabelecida (criação) - constatada (observada) Isso torna o sistema um conceito bastante abrangente.

Abrangência do Conceito de Sistema 2 1 3 4 5 7 6 Concretos Abstratos Constatada Corpo Humano Eco - Sistemas Estabelecida Processo Químico ! Sistemas Econômicos

O Processo Químico é um SISTEMA Um conjunto de elementos especializados (equipamentos) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 extrato água vapor EVAPORADOR EXTRATOR CONDENSADOR RESFRIADOR MISTURADOR alimentação bomba DECANTADOR 20 HP rafinado produto W11 T11 W6 T6 W4 T4 f14 f24 x14 W7 T7 T3 W1 T1 x11 f11 f21 T2 f12 Ar Ae Vl t r f32 f23 Ac W8 T8 W15 T15 W13 T13 W14 T14 W12 T12 W10 T10 W9 T9 W5 T5 f13 e interdependentes (através das correntes) reunidos para um determinado fim (produção de um produto).

É a base da Engenharia de Processos ENGENHARIA DE SISTEMAS Campo do conhecimento que estuda Sistemas de uma forma genérica, independentemente da finalidade e da natureza dos seus elementos. Desenvolve técnicas poderosas de aplicação geral. Vantagem em considerar Processos como Sistemas: Poder utilizar o arsenal de procedimentos da Engenharia de Sistemas para estudar os Processos Químicos É a base da Engenharia de Processos

Engenharia de Sistema de Processos PSE: Process System Engineering e do surgimento da área: Engenharia de Sistema de Processos PSE: Process System Engineering

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito 1.3.2 Estrutura 1.3.3 Projeto 1.3.4 Síntese 1.3.5 Análise 1.3.6 Otimização 1.3.2 Estrutura

Exemplos de Estruturas de Sistemas É a forma como as conexões interligam os elementos do sistema. Exemplos de Estruturas de Sistemas com bifurcação 1 2 1 2 com convergência 1 2 cíclica 1 2 acíclica 2 1 3 4 5 7 6 complexa Quanto mais complexa a estrutura, mais difíceis o projeto, a análise e a operação do sistema (processos químicos  fluxogramas).

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito 1.3.2 Estrutura 1.3.3 Projeto 1.3.4 Síntese 1.3.5 Análise 1.3.6 Otimização 1.3.3 Projeto

1.3 SISTEMAS 1.3.3 Projeto Denominação genérica atribuída ao conjunto numeroso e diversificado de atividades associadas à criação de um sistema. Esse conjunto compreende dois sub-conjuntos que interagem: SÍNTESE (a) escolha de um elemento para cada tarefa. (b) definição da estrutura do sistema. ANÁLISE (a) previsão do desempenho do sistema. (b) avaliação do desempenho do sistema. PROJETO = SÍNTESE  ANÁLISE

À luz desses conceitos, as atividades do Projeto ficam melhor organizadas

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

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

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito 1.3.2 Estrutura 1.3.3 Projeto 1.3.4 Síntese 1.3.5 Análise 1.3.6 Otimização 1.3.4 Síntese

No Projeto: é a etapa criativa 1.3 SISTEMAS 1.3.4 Síntese PROJETO = SÍNTESE  ANÁLISE Genericamente: síntese significa compor um todo a partir de suas partes No Projeto: é a etapa criativa (a) escolha de um elemento para cada tarefa. (b) definição da estrutura do sistema.

Problema Ilustrativo Estabelecer o fluxograma de um processo para produzir um produto P a partir dos reagentes A e B Reatores plausíveis: Reator de Mistura (RM) ou Reator Tubular (RT) Os reagentes devem ser pré-aquecidos e o efluente do reator resfriado. RM RT DS DE Separadores plausíveis: Destilação Simples (DS) ou Destilação Extrativa (DE).

Problema Ilustrativo Estabelecer o fluxograma de um processo para produzir um produto P a partir dos reagentes A e B Esquemas plausíveis de troca térmica: - Sem Integração Energética (SI): - aquecedor (A) com vapor; - resfriador (R) com água; A R - Com Integração Energética (CI): - trocador de integração (T). T

Um problema com multiplicidade de soluções Equipamentos disponíveis para a geração do fluxograma do Processo Ilustrativo 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. Um problema com multiplicidade de soluções

Fluxogramas Plausíveis para a Processo Ilustrativo Gerados ao Acaso

Fluxogramas Plausíveis para a Processo Ilustrativo Gerados ao Acaso

MULTIPLICIDADE DE SOLUÇÕES Neste exemplo, foram gerados os 8 fluxogramas possíveis Aumentando o número de operações e de equipamentos plausíveis, o número de fluxogramas possíveis aumenta exponencialmente, provocando a chamada

EXPLOSÃO COMBINATÓRIA !!!

SÍNTESE Geração de todos os fluxogramas possíveis Conjunto numeroso e desordenado ANÁLISE Previsão e avaliação de cada fluxograma Desafio: encontrar a melhor solução

A busca da solução ótima é muitas vezes impraticável, e até mesmo irrelevante, pois pode existir um conjunto de soluções igualmente boas, equivalentes. Muitas vezes abre-se mão da solução ótima em favor da melhor solução possível supostamente próxima da ótima

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito 1.3.2 Estrutura 1.3.3 Projeto 1.3.4 Síntese 1.3.5 Análise 1.3.6 Otimização 1.3.5 Análise

Genericamente análise significa: decompor um todo em suas partes, 1.3 SISTEMAS 1.3.5 Análise PROJETO = SÍNTESE  ANÁLISE Genericamente análise significa: decompor um todo em suas partes, compreender o comportamento das partes e, a partir daí, compreender o comportamento do todo.

Para cada solução alternativa gerada na Síntese: (a) previsão do desempenho do sistema. (b) avaliação do desempenho do sistema. No caso de processos químicos: Principais dimensões dos equipamentos Consumo de utilidades matérias primas e insumos Modelo Matemático  previsão Especificações de projeto Principais dimensões dos equipamentos Consumo de utilidades matérias primas e insumos Modelo Econômico  avaliação Lucro

MULTIPLICIDADE DE SOLUÇÕES NA ANÁLISE Cada par (x1,x2) é uma solução viável

1.3 SISTEMAS 1.3.1 Conceito 1.3.2 Estrutura 1.3.3 Projeto 1.3.4 Síntese 1.3.5 Análise 1.3.6 Otimização 1.3.6 Otimização

O projeto passa pela geração de estruturas e pela otimização do desempenho de cada estrutura, base em que elas serão comparadas em busca da melhor.

Multiplicidade de Soluções Solução Ótima Otimização 1.3 SISTEMAS 1.3.6 Otimização Exige a busca da  através da  Multiplicidade de Soluções Solução Ótima Otimização O Projeto de Processos é um problema complexo de otimização. Fonte da complexidade: multiplicidade de soluções nos níveis tecnológico, estrutural e paramétrico. Nível Tecnológico: determinar a melhor rota química. Nível Estrutural (Síntese): determinar a estrutura ótima. Nível Paramétrico (Análise): determinar as dimensões ótimas de equipamentos e correntes.

Fluxogramas Plausíveis para a Processo Ilustrativo Gerados ao Acaso

MULTIPLICIDADE NA ANÁLISE Cada par (x1,x2) é uma solução viável Problema: determinar o melhor par de valores Dificuldade: infinidade de soluções viáveis

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL ! Como resolver eficientemente um problema tão complexo: otimização simultânea em três níveis? INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL !

- Engenharia de Sistemas - Inteligência Artificial A Engenharia de Processos surgiu com a “Fertilização” da Eng. Química tradicional com elementos de: - Engenharia de Sistemas - Inteligência Artificial Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos de elementos interdependentes 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. Inteligência Artificial: Na resolução de problemas combinatórios

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.4 Inteligência Artificial

Inteligência e Raciocínio 1.4 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 Inteligência: faculdade abstrata de perceber relações entre objetos Raciocínio: faculdade ou processo de tirar conclusões lógicas A B C D E F Objetos Inteligência Raciocínio G Conclusão

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 - sistemas especialistas - nesta disciplina: resolução de problemas combinatórios

Estratégias básicas preconizadas pela Inteligência Artificial na Resolução de Problemas Complexos Decomposição e Representação

Essas duas estratégias são aplicadas ao Projeto de Processos decomposição: - decompor um problema complexo em sub-problemas mais simples. - obter a solução do problema complexo resolvendo os problemas mais simples de forma coordenada. Exemplo: o problema de projeto pode ser decomposto nos sub-problemas tecnológico (rotas químicas), estrutural (síntese) e paramétrico (análise). (b) representação Organizar as soluções segundo uma representação que oriente a sua a resolução. Exemplo: representação de problemas por Árvore de Estados. Essas duas estratégias são aplicadas ao Projeto de Processos

As soluções encontram-se “arrumadas” Árvore de Estados Representação com forma de árvore invertida: raiz, ramos, folhas Raiz 1 2 Estados Intermediários da resolução de um problema Soluções Parciais Incompletas 3 4 5 6 Estados Finais Soluções Alternativas Completas As soluções encontram-se “arrumadas” ao contrário de...

desordenadas

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.5 Sistematização do Projeto de Processos

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

Problema: produzir P Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? As ações são:

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

Elas podem ser organizadas segundo uma Árvore de Estados Segue um exemplo simplificado: duas rotas química viáveis dois fluxogramas viáveis para cada rota

Decomposição e Representação do Problema de Projeto por Árvore de Estados Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? P ? ? ? D+E P+F D,E P,F ?? A+B P+C A,B P,C Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? 1 P A B C x ? T D 2 3 E F M 4 Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? L x 6 8 x o = 3 x* 10 x o = 4 x o = 6 7 x o = 5 Nível Paramétrico Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro. Problema Complexo de Otimização em 3 Níveis : Solução?

Busca Orientada por Árvore de Estados Raiz Rota Química ? Fluxograma ? Dimensões ? P ? ? ? A+B P+C A,B P,C ?? D+E P+F D,E P,F ?? Nível Tecnológico Seleção de uma Rota Fluxograma ? Dimensões ? 1 P A B C x ? T D 2 P A B C x ? T P 3 D E F x ? M P F 4 D E x ? M Nível Estrutural Síntese de um Fluxograma Dimensões ? Lucro? 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* Nível Paramétrico Análise do Fluxograma Dimensionamento dos Equipamentos e das Correntes. Lucro. Solução Ótima: Reagentes = D,E; Fluxograma = 3; x = 4  demais dimensões.

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

PROJETO = SÍNTESE  ANÁLISE Resumindo 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 dá a palavra final.

O Projeto como um problema de otimização em 3 níveis de produzir P

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.6 Organização da Disciplina

1.6 ORGANIZAÇÃO DA DISCIPLINA INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE PROCESSOS 2 ESTRATÉGIAS DE CÁLCULO 3 OTIMIZAÇÃO AVALIAÇÃO ECONÔMICA 4 5 ANÁLISE INTRODUÇÃO À SÍNTESE DE PROCESSOS 8 6 SÍNTESE DE SISTEMAS DE SEPARAÇÃO 7 SÍNTESE SÍNTESE DE SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA Seqüência no Projeto: Síntese  Análise Seqüência Pedagógica: Análise  Síntese

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química

1.7 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. ensino compartimentado dos equipamentos com ausência de uma visão integrada dos processos. - vasta literatura de apoio (coleções, editoras especializadas).

Contraste! 1.7 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). - ensino de processos praticado de forma descritiva e individual: processo por processo, como se nada existisse em comum - ausência de literatura específica de apoio (restrita a temas correlatos). Contraste!

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

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

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”.

A Engenharia de Processos veio revolucionar: 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.

No Mundo: 1981: 200 trabalhos publicados (Revisão: Nishida, Stephanopoulos e Westerberg; AIChE Journal). Revistas: Computers & Chemical Engineering Industrial & Engineering Chemistry Research Congressos: ESCAPE (European Symposium on Computer Aided Process Engineering); ENPROMER (Encontro sobre Processos Químicos do Mercosul); PSE (International Symposium on Process Systems Engineering) Instituições: Institute for Complex Engineered Systems Carnegie Mellon University (Pittsburgh, USA)

As primeiras disciplinas: No Brasil: As primeiras disciplinas: 1970: Análise e Simulação de Processos (PEQ/COPPE) 1976: Desenvolvimento e Projeto de Processos (EQ/UFRJ) Síntese de Processos (PEQ/COPPE) 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).

Abrangência da Engenharia de Processos Os conceitos e os métodos da Engenharia de Processos não se restringem à Engenharia Química clássica, mas também se aplicam ao crescente número de seus “offsprings” (descendentes): - Engenharia Metalúrgica: siderurgia, beneficiamento de minérios. - Engenharia de Petróleo: refino. - Engenharia de Polímeros: produção. - Engenharia de Alimentos: produção. - Engenharia de Meio Ambiente: minimização de poluentes. - qualquer outra em que ocorram transformação de matéria e de conteúdo energético.

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia 1.8 Computação

1.8 COMPUTAÇÃO Problemas reais de projeto são de grande complexidade e demandam grande esforço computacional. O apoio da Informática é indispensável. Existem diversos softwares comerciais: ASPEN, UNISIM, CHEMCAD, PRO/II, gPROMS, mas demandam licenças e treinamento. EXCEL + VBA. Softwares nacionais: PSPE (1985): Rajagopal, Castier, Gil  PETROX (Petrobrás) EMSO: Projeto ALSOC (2003)(Ambiente Livre p/ Simulação, Otimização e Controle de Processos) – UFRGS, COPPE/UFRJ, USP, CT-PETRO/FINEP e Empresas Petroquímicas. DWSIM: Daniel Wagner (RN, 2007): VB.NET

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

1. INTRODUÇÃO GERAL 1.1 Projeto de Processos Químicos 1.2 Engenharia de Processos 1.3 Sistemas 1.4 Inteligência Artificial 1.5 Sistematização do Projeto de Processos 1.6 Organização da Disciplina 1.7 Origem e Evolução da Engenharia de Processos na Engenharia Química 1.8 Computação Bibliografia Bibliografia

Em ordem cronológica de publicação BIBLIOGRAFIA 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, 1968. 02. THE ART OF CHEMICAL PROCESS DESIGN Wells,G.L. e Rose,L.M. - Elsevier, 1968. 03. CHEMICAL PROCESS SIMULATION Husain,A. - Wiley-Eastern, 1968. 04. MATERIAL AND ENERGY BALANCE COMPUTATIONS Henley,E.J. e Rosen,E.M. - J.Wiley, 1969. 05. PROCESS SYNTHESIS Rudd,D.F., Powers,G.J. e Siirola,J.J. - Prentice-Hall, 1973.

06. CHEMICAL PROCESS ECONOMICS Happel,J., Jordan,D.G. - Marcel Dekker, 1975. 07. INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING AND COMPUTER CALCULATIONS Myers,A.L. - Prentice-Hall, 1976. 08. PROCESS FLOWSHEETING Westerberg,A.W., Hutchinson,H.P., Motard,R.L. e Winter, P. – Cambridge, 1979. 09. 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.

11. PROCESS ANALYSIS AND DESIGN FOR CHEMICAL ENGINEERS Resnick,W. - McGraw-Hill, 1981. 12. CHEMICAL PROCESS SYNTHESIS AND ENGINEERING DESIGN Kumar,A. - Tata McGraw-Hill, 1981. 13. AN INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING DESIGN Sinnott,R.R. - Pergamon Press, 1983. 14. A GUIDE TO CHEMICAL ENGINEERING PROCESS DESIGN AND ECONOMICS, Ulrich,G.D. - J.Wiley, 1984. 15. CONCEPTUAL DESIGN OF CHEMICAL PROCESSES Douglas, J.M. - McGraw-Hill, 1988.  

16. OPTIMIZATION OF CHEMICAL PROCESSES Edgar,T.F. e Himmelblau,D.M. - McGraw-Hill, 1988. 17. CHEMICAL PROCESS STRUCTURES AND INFORMATION FLOWS Mah, R.S.H. - Buterworths, 1990. 18. FOUNDATIONS OF COMPUTER-AIDED PROCESS DESIGN Siirola,J.J., Grossmann,I.E. e Stephanopoulos,G. (editores) - Cache-Elsevier, 1990. 19. ANALYSIS AND SYNTHESIS OF CHEMICAL PROCESS SYSTEMS Hartmann,K e Kaplick,K. - Elsevier, 1990. 20. CHEMICAL PROCESS DESIGN Smith,R. – McGraw-Hill, 1995. 

21. SYSTEMATIC METHODS OF CHEMICAL PROCESS DESIGN Biegler,L.T., Grossmann,I.E. e Westerberg, A. W. - Prentice-Hall, 1997. 22. GREEN ENGINEERING Allen, D. T. e Shonnard, D. R. - Prentice Hall, 2002 23. ANALYSIS, SYNTHESIS AND DESIGN OF CHEMICAL PROCESSES Turton,R., Bailie,R.C, Whiting,W.B e Shaeiwitz,J.A. – Prentice Hall, 2003 24. PRODUCT AND PROCESS DESIGN PRINCIPLES Seider,W., Seader,J.D. e Lewin,D.R. – Wiley, 2004 25. ENGENHARIA DE PROCESSOS Perlingeiro, C. A. G. – Edgard Blucher, 2005

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

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

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

Aplicação em Cascata do Conceito de Sistema ELEMENTO Segmento Industrial Indústria Química Indústria Química Unidade Industrial (Planta) Unidade Industrial (Planta) Torre de Destilação Torre de Destilação Prato

Demandando uma SISTEMATIZAÇÃO !!! Nos primórdios da Indústria Química Projeto: artesanal. Com o desenvolvimento da Indústria Química, a competição passou a demandar: - maior lucratividade - maior segurança - preocupação com a preservação ambiental acarretando a necessidade de: (a) compreensão dos fenômenos ocorridos nos equipamentos (modelos) (b) utilização de métodos avançados de cálculo (c) utilização de recursos computacionais Atualmente Projeto: atividade sofisticada Demandando uma SISTEMATIZAÇÃO !!!

Nos primórdios da Indústria Química Demandando uma SISTEMATIZAÇÃO !!! (a) concorrência praticamente inexistente (b) margens de lucro bastante favoráveis então: uma única solução razoável para o projeto bastava para um processo alcançar o sucesso comercial  projeto artesanal Atualmente (a) concorrência acirrada (b) custos de produção elevados (c) restrições de natureza ambiental (d) questões de segurança então: esforços para a busca da solução mais próxima da ótima  projeto sofisticado. Atualmente Projeto: atividade sofisticada Demandando uma SISTEMATIZAÇÃO !!!