EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS

EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS
Análise, Simulação e Otimização de Processos Químicos EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS 06 de agosto de 2014

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO GERAL

concepção, ao projeto e à operação de processos químicos
Engenharia de Processos é o campo da Engenharia que reune os conceitos e os métodos relativos à concepção, ao projeto e à operação de processos químicos em que se encontram integrados equipamentos de reação, separação, integração material e energética e controle, com forte apoio em computação. Implícito nos critérios de projeto adotados encontra-se o atendimento a requisitos de natureza econômica, material, energética, de preservação ambiental e de segurança

conceitos e métodos oriundos de outras áreas do conhecimento
Para atingir os seus objetivos, a Engenharia de Processos incorpora um elenco de conceitos e métodos oriundos de outras áreas do conhecimento que a tornam aparentemente desvinculada da Engenharia Química à qual, no entanto, se encontra fortemente associada.

conteúdo e a linguagem que lhe são peculiares
A finalidade deste Capítulo é oferecer uma visão panorâmica da Engenharia de Processos, sua origem, evolução e estrutura, visando familiarizar o leitor com o conteúdo e a linguagem que lhe são peculiares e que permeiam por toda a disciplina Almeja, ainda, servir de motivação para a busca do detalhamento e das aplicações do que aqui é apresentado.

ENGENHARIA DE PROCESSOS PROCESS SYSTEMS ENGINEERING
Buscando subsídios na Engenharia de Sistemas e na Inteligência Artificial, foi se formando e se consolidando a ENGENHARIA DE PROCESSOS PROCESS SYSTEMS ENGINEERING 6

Antes, todo o esforço dos pesquisadores era voltado para a
A Engenharia Química pode ser dividida em dois períodos: antes e depois da Engenharia de Processos. Antes, todo o esforço dos pesquisadores era voltado para a Ciência da Engenharia Química (Fenômenos de Transporte, Termodinâmica, Cinética) e ao projeto dos equipamentos considerados isoladamente. Aos poucos foi surgindo o interesse pelo estudo do comportamento de conjuntos de equipamentos integrados que formam os processos. 7

Engenharia de Bioprocessos
Esses conhecimentos se aplicam não só à Engenharia Química como a diversas áreas que dela se destacaram Engenharia de Bioprocessos Engenharia de Alimentos Engenharia Metalúrgica (Beneficiamento de Minérios) e qualquer outra que trate de processos que transformam matérias primas em produtos químicos de interesse através de conjuntos integrados de equipamentos. 8

Os subsídios para a formação da Engenharia de Processos vieram da
Engenharia de Sistemas e da Inteligência Artificial, Daí, a estrutura do Capítulo

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 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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. 

1.1 Engenharia Atividade dedicada 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.

As ferramentas foram ficando cada vez mais complexas.
O Início Desde a idade primitiva o homem cria ferramentas úteis para a viabilizar certas ações e executá-las com menor dispêndio de energia As primeiras ferramentas eram constituídas de uma só peça: pedras para impactar e cortar, tacape, lança e outros. Depois, as ferramentas passaram a ser constituídas de duas ou três peças articuladas como martelo, arco e flexa, alavanca, catapultas, roldanas, etc. As ferramentas foram ficando cada vez mais complexas.

Em algum momento, surgiu o artesão, indivíduo que fabricava ferramentas como seu meio de vida.
Ele se valia da sua intuição e do acúmulo de experiência na sua atividade A sofisticação crescente dos objetos aumentou o número e a variedade de peças a articular. Veio a demanda por qualidade e segurança. Intuição e empirismo tornaram-se insuficientes para garantir a qualidade das ferramentas criadas.

Tornaram-se imprescindíveis conhecimentos científicos e métodos matemáticos que, juntamente com intuição e criatividade deram origem à ENGENHARIA

Civil, Mecânica, Elétrica e Química (mais completa).
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.

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

1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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.  17

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

Os conhecimentos para a execução do projeto são fortemente embasados nas ciências básicas e na matemática, organizados nos Cursos de Engenharia Química de acordo com a figura,

e ministrados na sequência que se segue

Estudo dos fenômenos naturais
CIÊNCIAS BÁSICAS Estudo dos fenômenos naturais Física Química Físico-Química Bioquímica descritos formalmente através da Matemática 21

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) 22

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! 23

Antes do advento da Engenharia de Processos o Engenheiro Químico executava os projetos seguindo
procedimentos intuitivos, aperfeiçoados e consagrados pelo uso, que guardava para si ou para a sua empresa, restritos pelos recursos computacionais limitados da época sem qualquer sistemática teórica.

Faltavam conhecimentos sobre como reunir os equipamentos em um processo integrado de forma sistemática e eficiente. Conhecimentos até então inexistentes no domínio da Engenharia Química.

A Engenharia de Processos que foi buscá-los fora da Engenharia Química
CIÊNCIAS BÁSICAS FUNDAMENTOS ENG. DE EQUIPAMENTOS 26

Engenharia de Sistemas: No tratamento de conjuntos complexos
A Engenharia de Processos surgiu com a “Fertilização” da Eng. Química tradicional com elementos de: 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 27

Segue uma breve apresentação desses dois conceitos tão importantes para a Engenharia de Processos

1.3 Sistemas 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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.  29

A introdução do conceito de Sistema vem com
1.3 Sistemas A introdução do conceito de Sistema vem com UMA PERGUNTA:

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

O QUÊ ESTES OBJETOS TÊM EM COMUM ?
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.

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

Um sistema (do grego sietemiun), é um conjunto de elementos interconectados, de modo a formar um todo organizado. 2 1 3 4 5 7 6

Sistemas são encontrados:
Todo sistema possui um objetivo geral a ser atingido. 2 1 3 4 5 7 6 Sistemas são encontrados:

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. 2 1 3 4 5 7 6

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. 2 1 3 4 5 7 6

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. 2 1 3 4 5 7 6

Na economia: governo, população, bancos, comércio e outras instituições, são elementos interdependentes que formam um ambiente em que circula a moeda. 2 1 3 4 5 7 6

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. 2 1 3 4 5 7 6

Observa-se que SISTEMA é um conceito abrangente: Abstratos Intangíveis
Quanto à origem: constatados ou criados pelo homem Quanto à natureza dos elementos e conexões: concretos (tangíveis) , abstratos (intangíveis) 2 1 3 4 5 7 6 Concretos Tangíveis Abstratos Intangíveis Origem Constatados Eco - Sistemas Corpo Humano Criados Processo Químico ! Sistemas Econômicos

O Processo Químico como 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).

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

Não bastava conhecer o comportamento individual de cada elemento.
1.4 Engenharia de Sistemas Com o aumento da complexidade dos sistemas desenvolvidos pelo homem, pesquisadores sentiram a necessidade de estudar formalmente as propriedades de sistemas em geral. Não bastava conhecer o comportamento individual de cada elemento. Tornou-se necessário estudar o comportamento dos elementos quando interligados entre si, ou seja, o comportamento do conjunto e desenvolver técnicas para a construção de sistemas de maneira rápida e confiável Esse novo campo do conhecimento foi batizado na década de 1940, no Laboratório da Bell, de Engenharia de Sistemas.

EM RESUMO: ENGENHARIA DE SISTEMAS
Campo do conhecimento que estuda Sistemas de uma forma genérica, independentemente da finalidade e da natureza dos seus elementos. 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.

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.

Paralelamente, estabeleceu-se uma linguagem comum, a linguagem de sistemas.
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. 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.

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

Inteligência e Raciocínio implementando-as em máquinas
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

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

Decomposição e Representação
A Inteligência Artificial preconiza duas estratégias básicas para a resolução de problemas complexos Decomposição e Representação 60

Decomposição do Problema
Consiste em: - 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. 61

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

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

Exemplo : Travessia Perigosa  3 travessias menos perigosas
destino

(b) Representação do Problema
Consiste em organizar as soluções numa estrutura que sugira um método sistemático para a busca da solução ótima Analogia: enfeites de árvores de natal Exemplo: Árvore de Estados. 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). 65

Exemplo: Árvore de Estados.
Árvore de Estados é uma figura com a forma de uma árvore invertida em que cada ramo representa uma sequência de etapas na construção de um sistema. 66

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

EXEMPLO

Fluxograma completo Um dos ramos da árvore de estados
O Conceito de Estado A,B Sequência de Decisões (12) DS A,P P A T RT RT 1 3 4 7 8 9 10 RM DS DE CI SI 2 estado 6 13 14 DE CI SI DS 5 estado 11 SI CI 12 Estado final Fluxograma completo Um dos ramos da árvore de estados

Vejamos a Árvore de Estados com os estados intermediários e finais da montagem desses fluxogramas
70

Árvore de Estados Os 8 fluxogramas
RM: reator de mistura RT: reator tubular DS: destilação simples DE: destilação extrativa Árvore de Estados Os 8 fluxogramas SI: aquecedor/resfriador CI: correntes integradas 7 SI C7 5 DS 3 6 DE 4 10 CI 14 12 9 11 13 1 RM 2 RT 8 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 Estados 1 a 6 são intermediários: existem mo decorrer da agregação sucessiva dos equipamentos Os Estados 7 a 14 são os fluxogramas completos 71

7 SI C7 5 DS 3 6 DE 4 10 CI 14 12 9 11 13 1 RM 2 RT 8 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 72

Um fato relevante ao final da década de 60
Começou a surgir uma TEORIA DE PROJETO Com de elementos de Engenharia de Sistemas e Inteligência Artificial As Teorias existentes, até então, explicavam apenas fenômenos naturais ...(Química, Física, Biologia...). 73

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

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

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

Process Systems Engineering
1.6 ENGENHARIA DE PROCESSOS Pode ser considerada uma especialização da Engenharia de Sistemas, aplicada aos processos químicos. Internacionalmente: Process Systems Engineering

A diversificação decorreu da disseminação do
Origem A Engenharia de Processos é quase tão antiga quanto a Indústria Química cuja história remonta ao Século 19 com o advento da Revolução Industrial na Inglaterra. A maior demanda era por produtos inorgânicos (indústria de álcalis) e se limitava a 6 indústrias principais: sabão, vidro, tecidos de algodão e corantes, papel, fertilizantes e exlosivos. A diversificação decorreu da disseminação do uso da química para fins industriais [1].

Devido às inúmeras aplicações do carbonato de sódio, a indústria era predominada pelo Processo Leblanc. Era um processo em bateladas que sofria de pressões da população e de autoridades ambientais devido a emissões nocivas de sulfeto de cálcio e ácido clorídrico, também formados, que depositados em aterros liberavam gás sulfidrico. O Processo Leblanc teve o seu ciclo encerrado por 1920, desbancado pelo Processo Solvay, criado pelo químico belga Ernst Solvay, com a primeira planta inaugurada em 1864, que se tornou reponsável por 90% da produção de carbonato de sódio já em 1900 [2].

Além de revolucionar o mercado da época, o surgimento Processo Solvay se reveste de uma importância especial, por marcar o início da Engenharia de Processos [3], tema deste livro. Todos os ingredientes da Engenharia de Processos moderna já se encontravam no Processo Solvay: (a) concepção de um processo integrado: era de todo desejável produzir carbonato de sódio diretamente a partir de duas matérias primas disponíveis: calcáreo (CaCO3) e salmoura (NaCl). Porém, como a reação CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2 não se passa diretamente, Solvay concebeu um engenhoso sistema de reações que, no conjunto, parte das mesmas matérias primas e chega aos mesmos produtos [4]; (b) regime de operação: foi o primeiro processo contínuo com reciclo da indústria química;

(c) eficiência: CO2 e água são reaproveitados e quase toda a amônia empregada no processo é recuperada; (d) seleção e projeto dos equipamentos: Solvay concebeu e projetou os equipamentos do processo, etapa considerada a mais complicada do empreendimento; (e) avaliação econômica: o processo se mostrou indiscutivelmente rentável pelo baixo custo das matérias primas; (f) meio ambiente: embora a solução da CaCl2 e resíduos da purificação da salmoura e sobras de CacO3 quando depositados em aterros causam problemas, o processo é muito menos poluente do que o Leblanc. Pode-se afirmar, então, que Ernst Solvay foi o primeiro engenheiro de processos de que se tem notícia [3].

ETAPAS DO PROCESSO SOLVAY

PROCESSO SOLVAY Etapa 1: Calcinação do calcáreo CaCO3 (matéria prima na reação originalmente desejada) que se decompõe na cal CaO para a Etapa 2 e no CO2 para a Etapa 5. H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6 CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2

PROCESSO SOLVAY Etapa 2: Adição da água reaproveitada da Etapa 6 à cal CaO da Etapa 1 formando o Ca(OH)2 para a Etapa 3. H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6 CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2

PROCESSO SOLVAY Etapa 3: Produção da amônia NH3 para a Etapa 4 pela adição do Ca(OH)2 da Etapa 2 a uma solução do NH4Cl reciclado da Etapa 5, formando ainda o CaCl2 (produto da reação originalmente desejada). H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6 CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2

PROCESSO SOLVAY Etapa 4: Absorção da amônia NH3 da Etapa 3 na água H2O aproveitada da Etapa 3 gerando o NH4OH para a Etapa 5. H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6 CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2

PROCESSO SOLVAY Etapa 5: Produção do bicarbonato NaHCO3 para a Etapa 6 pela reação em solução da NH4OH da Etapa 4 com o sal NaCl (matéria prima na reação originalmente desejada) e o CO2 resultante da Etapa 1 e reciclado da Etapa 6. H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6 CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2

PROCESSO SOLVAY Etapa 6: Decomposição do bicarbonato NaHCO3 da Etapa 5 gerando o carbonato de sódio H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6 CaCO3 + 2 NaCl  Na2CO3 + CaCl2

PROCESSO SOLVAY Nos anos seguintes, à luz dos princípios básicos estabelecidos por Solvay, diversos outros processos importantes foram concebidos e implantados na Europa. H2O 2 NH4Cl 1 CaCO3 CaO Ca(OH)2 CaCl2 2 H2O 2 NH3 2 NH4OH 2 NaCl 2 NaHCO3 Na2CO3 CO2 2 CO2 2 3 4 5 6

Surgiu e se desenvolveu a Engenharia Química nos moldes de hoje para melhor projetar os equipamentos

Até que começou a surgir o interesse em estudar melhor a concepção dos processos químicos

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

Exemplos de Estruturas
1.6.1 Estrutura dos Processos É a forma como as os elementos do sistema se interligam Exemplos de Estruturas 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

No caso dos processos a estrutura é representada pelos fluxogramas
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

reação, separação, integração material e energética e controle.
Processo Químico Matéria Prima Produto 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. Essas sub-tarefas são executadas por 4 sub-sistemas formados por equipamentos especializados, a saber:

(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. (d) sub-sistema de controle: responsável pela manutenção dos processos em condições estáveis e seguras.

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

1.6.2 Projeto de Processos À semelhança das demais Engenharias, esta é a tarefa mais desafiante da Engenharia Química. É um problema complexo por envolver um número elevado de equipamentos que podem ser combinados de diferentes maneiras, mesmo no âmbito dos sub-sistemas. Denominação genérica atribuída ao conjunto numeroso e diversificado de ações associadas à criação de um sistema.

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

O Projeto compreende dois sub-conjuntos de ações, 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 104

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

Investigar mercado para o produto Calcular o consumo de utilidades Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o fluxograma do processo Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis 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

SELEÇÃO DE ROTAS QUÍMICAS
SÍNTESE ANÁLISE Investigar mercado para o produto Investigar reagentes plausíveis Investigar disponibilidade das matérias primas Definir as condições das reações e identificar os sub-produtos gerados 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 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

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

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

Geração de fluxogramas para a produção de P pela reação
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:

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

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

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

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.

Fluxogramas Plausíveis para a Processo Ilustrativo
Gerados ao Acaso

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

Espaço das Soluções do Problema

Por conseguinte, aumenta significativamente o número combinações
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

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

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

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

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. Na Análise também se verifica a MULTIPLICIDADE DE SOLUÇÕES

Exemplo: dimensionamento de 2 extratores em série
O Lucro depende das vazões de solvente W1 e W2, que dependem das concentrações x1 e x2 1 2 Q = kgA/h x = 0,02 kgAB/kgA o W kgB/h y kgAB/kgB x kgAB/kgA Modelo Matemático 1. Q(xo - x1) - W1 y1 = 0 2. y1 - k x1 = 0 3. Q(x1 -x2) - W2 y2 = 0 4. y2 - k x2 = 0 Avaliação Econômica L = R - C R = pAB (W1 y1 + W2 y2 ) C = pB (W1 + W2) pAB = 0,4 $/kgAB : pB = 0,01 $/kgB Para cada par de valores x1,x2 resultam valores de W1, W2, y1, y2 e Lucro

Variáveis contínuas: uma infinidade de soluções viáveis
MULTIPLICIDADE NA ANÁLISE Na Análise, as soluções são pares de valores x1,x2 Variáveis contínuas: uma infinidade de soluções viáveis

1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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..  129

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

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

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

Fluxograma Gerado Fluxograma Otimizado

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

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).

O Espaço das Soluções é constituído de apenas 8 fluxogramas

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL !
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 !

- 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

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

Desordenados, dificultando a busca da solução ótima

1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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..  142

Esses métodos serão estudados na Síntese de Processos
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

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

Ela veio em acréscimo, auxiliando o projetista naquilo que depende:
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

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

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 !

Investigar mercado para o produto Calcular o consumo de utilidades Estabelecer o número e o tipo dos reatores Definir o fluxograma do processo Calcular a vazão das correntes intermediárias Investigar reagentes plausíveis 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

ILUSTRAÇÃO Problema: produzir P 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

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 pela Árvore de Estados
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

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.

Estima-se que a solução encontrada seja próxima da ótima
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. Estima-se que a solução encontrada seja próxima da ótima Métodos, com esta finalidade, serão apresentados nesta disciplina.

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

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.

Conjunto de soluções equivalentes

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 é quem dá a palavra final.

O Projeto como um problema de otimização em 3 níveis

1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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  164

1.7 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO/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 SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA Seqüência no Projeto : Síntese  Análise Seqüência Pedagógica : Análise  Síntese

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

Contraste! 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). - 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..

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)

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: 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).

1.9 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, 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 Alunos devem saber programar FORTRAN, VISUAL BASIC, MATLAB, EXCEL, C++ (mercado procura !)

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

1.3 Sistema 1.4 Engenharia de Sistemas 1.5 Inteligência Artificial 1.6 Engenharia de Processos 1.6.1 Estrutura dos Processos 1.6.2 Projeto de Processos 1.6.3 Síntese 1.6.4 Análise 1.6.5 Otimização 1.6.6 Métodos de Projeto 1.6.7 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  178

Em ordem cronológica de publicação
1.10 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

UMA AFIRMAÇÃO POLÊMICA
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.

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

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.

ESTRUTURA DA 2ª. EDIÇÃO DO LIVRO

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

Década de 1960: primeiros trabalhos sobre fluxogramas de processos
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.

EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS

Apresentações semelhantes

Apresentação em tema: "EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS"— Transcrição da apresentação:

Apresentações semelhantes

Sobre projeto

Feedback

Login

Autorizar-se através da rede social:

EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS

Apresentações semelhantes

Apresentação em tema: "EQE 489 ENGENHARIA DE PROCESSOS"— Transcrição da apresentação:

Apresentações semelhantes

Sobre projeto

Feedback