Processos Industriais - Aula 01 - Introdução aos processos pptx

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<p>Prof. Renan Barroso Soares</p><p>DISCIPLINA: PROCESSOS INDUSTRIAIS</p><p>AULA: 01</p><p>Introdução aos Processos Industriais</p><p>O que é um Processo Industrial?</p><p>• Processos são sequências de operações coordenadas e organizadas visando a</p><p>produção de um determinado produto.</p><p>• Aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química para a</p><p>transformação das matérias-primas em produtos.</p><p>• Transformações de matérias-primas em produtos úteis e lucrativos (bens de</p><p>consumo ou produtos intermediários destinados à manufatura de bens de</p><p>consumo).</p><p>OBS: Em sua maioria, o maior cliente de uma indústria química é outra indústria</p><p>química.</p><p>Processo para a produção de açúcar</p><p>Sequências de operações:</p><p>1. Moagem da cana;</p><p>2. Filtração do caldo;</p><p>3. Clarificação do caldo;</p><p>4. Concentração do caldo;</p><p>5. Cristalização do açúcar;</p><p>6. Centrifugação da solução cristalizada;</p><p>7. Secagem do açúcar;</p><p>8. Ensacamento do produto: açúcar cristal.</p><p>Operações Unitárias vs Processos Unitários</p><p>Quando a matéria prima não sofre transformação química, para a</p><p>obtenção de produtos, dizemos que ela foi submetida às OPERAÇÕES</p><p>UNITÁRIAS;</p><p>Ao contrário, quando a matéria prima sofre transformação química,</p><p>temos a chamada PROCESSO UNITÁRIO (ou CONVERSÃO QUÍMICA).</p><p>Exemplos de operações unitárias e de processos unitários?</p><p>Exemplos de Processo e Operações</p><p>NITRAÇÃO</p><p>SULFONAÇÃO</p><p>ALQUILAÇÃO</p><p>ESTERIFICAÇÃO</p><p>POLIMERIZAÇÃO</p><p>FERMENTAÇÃO</p><p>AMINAÇÃO</p><p>CARBOXILAÇÃO</p><p>HIDROGENAÇÃO</p><p>OXIDAÇÃO, ETC.</p><p>Bombeamento de fluidos</p><p>Troca de calor</p><p>Transporte de sólidos</p><p>Redução de tamanho</p><p>Peneiração</p><p>Filtração</p><p>Misturação</p><p>Destilação</p><p>Processo Industrial</p><p>O que podemos extrair para</p><p>indústria química da água?</p><p>do solo?</p><p>do ar?</p><p>Matéria-prima</p><p>Processo Industrial</p><p>Processos Industriais</p><p>● Os procedimentos inorgânicos e orgânicos não precisam ser separados na</p><p>indústria, haja vista que os equipamentos e os problemas de fabricação são</p><p>frequentemente muito semelhantes para ambos.</p><p>● Muitas vezes há uma segregação na fábrica, baseada em processos químicos</p><p>semelhantes (uma seção dedicada à fabricação de vários produtos químicos).</p><p>● Áreas com objetivos específicos (geração de energia, tratamento de água,</p><p>tratamento de esgoto, pátio de matéria-prima, pátio de coprodutos…)</p><p>Processos Industriais</p><p>Principais equipamentos</p><p>Há muitos tipos de industrias e, consequentemente, muitos equipamentos,</p><p>máquinas e acessórios. Exemplos presentes em diferentes indústrias são:</p><p>Reatores:</p><p>• São grandes reservatórios em que ocorrem as reações químicas ou bioquímicas,</p><p>em condições controladas.</p><p>• Nele são adicionados a matéria-prima e os reagentes necessários para que a</p><p>reação ocorra.</p><p>• Acoplados a ele há equipamentos que aquecem ou resfriam o meio,</p><p>controlando a temperatura.</p><p>• Reatores químicos podem ser de vários formatos, dimensões e materiais,</p><p>dependendo das condições em que a conversão química se realiza.</p><p>Reatores</p><p>Reatores CSTR (Continuous Stirred Tank Reactors) e os reatores PFR (Plug-Flow</p><p>Reactors ou Reatores Tubulares). (Qual a vantagem do PFR?)</p><p>Exemplo prático: Decaimento microbiano</p><p>Exemplo prático: Decaimento microbiano</p><p>Reatores</p><p>OBS: Como calcular o tempo de residência no reator?</p><p>Principais equipamentos</p><p>Caldeiras:</p><p>• Equipamentos com o objetivo de gerar vapor (para que?) por meio da</p><p>transferência de energia de uma fonte térmica para um fluido, normalmente a</p><p>água.</p><p>• Outros equipamentos são acoplados para que haja melhor rendimento na</p><p>distribuição de calor.</p><p>OBS: Atentar para o tipo de combustível da caldeira.</p><p>Caldeiras</p><p>Caldeiras</p><p>Muito o importante o controle de qualidade da água</p><p>Trocadores de calor:</p><p>• Utilizados para aquecer ou resfriar, transferindo calor de um meio para outro.</p><p>• Usualmente, um fluido passa por um sistema de tubos que possui uma ampla</p><p>área para troca de calor (exemplo: serpentina).(para que água de refrigeração?)</p><p>• Exemplos: resfriadores, condensadores, evaporadores e torres de refrigeração.</p><p>• Materiais com coeficiente de condutibilidade térmica elevados são utilizados.</p><p>• Há diversos tipos:</p><p>• Casco e tubo - Vários tubos.</p><p>• De placas - Várias placas finas, levemente separadas.</p><p>Principais equipamentos</p><p>Trocadores de calor</p><p>Trocadores de calor</p><p>Compressores:</p><p>• Equipamentos que capturam o ar e o armazenam sob alta pressão (para que ar</p><p>comprimido?).</p><p>• O melhor compressor será escolhido de acordo com o aparelho que irá</p><p>consumir o ar comprimido, dependendo da vazão, da pressão e da qualidade</p><p>do ar que é necessitada.</p><p>Principais equipamentos</p><p>Compressores</p><p>Exemplo de uso de ar</p><p>• Máquinas cuja finalidade é realizar o deslocamento de um fluido. Há diferentes</p><p>tipos de bombas. Exemplos:</p><p>• Bombas de deslocamento positivo (volumétrica): A movimentação do fluido</p><p>é causada diretamente pela ação do órgão de impulsão da bomba. Ocorre</p><p>na mesma direção das forças a ele transmitidas (por isso positivo). Maior</p><p>controle de volume, maior pressão, menor vazão, mais caras.</p><p>• Bombas de deslocamento NÃO-positivo: A movimentação do fluido ocorre</p><p>pela ação de forças que se desenvolvem em consequência da rotação de um</p><p>eixo. O fluído é recebido no seu centro e expulso pela periferia, pela ação da</p><p>força centrífuga, daí o seu nome mais usual (Bomba Centrífuga).</p><p>Principais máquinas</p><p>Bombas: (quais os principais tipos?)</p><p>Bombas</p><p>Bombas Centrífugas</p><p>Ela consiste basicamente de um elemento</p><p>móvel, denominado rotor, impulsor ou</p><p>impelidor, provido de pás, e de um elemento</p><p>fixo, a carcaça. O rotor gira dentro da carcaça</p><p>e seu movimento produz uma zona de vácuo</p><p>(centro) e outra de alta pressão (periferia). O</p><p>fluido entra no centro do rotor por causa</p><p>desse vácuo e é acelerado pelas pás que</p><p>giram em alta velocidade. Pela ação da força</p><p>centrífuga, o fluido é descarregado na voluta</p><p>ou no difusor, em que é desacelerado por uma</p><p>expansão da seção de escoamento. Assim, a</p><p>energia cinética adquirida é transformada em</p><p>energia de pressão.</p><p>Bombas Dosadora</p><p>Um dos tipos mais utilizados de bombas dosadoras é</p><p>a bomba de diafragma. Ela possui uma alta precisão</p><p>de dosagem, e pode ser utilizada para bombear</p><p>vários tipos de líquidos, inclusive os mais corrosivos,</p><p>pois suas peças podem ser fabricadas com materiais</p><p>de alta resistência química.</p><p>A bomba diafragma funciona da seguinte maneira:</p><p>- O diafragma executa dois movimentos: a sucção e a</p><p>pressurização. Quando o eixo da bomba é recolhido,</p><p>o diafragma (que é flexível) se deforma e o líquido</p><p>entra pela válvula de retenção inferior e é acumulado</p><p>no corpo da bomba. No momento em que o eixo da</p><p>bomba é pressionado, o líquido é expulso do corpo</p><p>da bomba saindo pela válvula de retenção superior.</p><p>Bombas</p><p>Bombas</p><p>Acessórios para tubulação:</p><p>Principais acessórios</p><p>Acessórios para tubulação:</p><p>Principais acessórios</p><p>Ligação rosqueada Ligação flangeada Ligação soldada</p><p>Vantagens e desvantagens?</p><p>Acessórios para tubulação:</p><p>Principais acessórios</p><p>Ligação rosqueada</p><p>Esse tipo de conexão é recomendada para</p><p>tubulações de até 2″, podendo haver casos de</p><p>ligações de até 4″.</p><p>Possui como principal vantagem o baixo custo de</p><p>instalação.</p><p>Podem apresentar vazamentos se não for bem</p><p>instalado, além de ser de difícil manutenção.</p><p>Acessórios para tubulação:</p><p>Principais acessórios</p><p>Ligação soldada</p><p>A principal vantagem é a estanqueidade. Se a solda</p><p>for bem feita, é muito difícil de apresentar</p><p>vazamento.</p><p>O problema é a dificuldade de manutenção da linha,</p><p>pois exige corte da solda para qualquer remoção.</p><p>Acessórios para tubulação:</p><p>Principais acessórios</p><p>Ligação flangeada</p><p>Possui como principal</p><p>vantagem a facilidade de</p><p>manutenção e remoção de</p><p>componentes instalados na</p><p>linha.</p><p>Porém podem apresentar</p><p>vazamentos. Deve-se ter</p><p>um plano de manutenção</p><p>dessas conexões, já</p><p>prevendo a substituição das</p><p>juntas de vedação.</p><p>• Regulam, direcionam e/ou controlam o fluxo de um fluido, através da abertura,</p><p>fechamento ou obstrução parcial de várias passagens. Há diferentes tipos de</p><p>válvulas. Exemplos:</p><p>• Válvula</p><p>Borboleta – Ideal para sistemas de baixa pressão. Ela tem custo</p><p>acessível.</p><p>• Válvula Esfera – Sustenta alta pressão.</p><p>• Válvula Gaveta – Mais utilizada em ambientes industriais (válvula de</p><p>bloqueio). Ideal para ser usada em sistemas onde os processos de abertura e</p><p>fechamento não são constantes e rotineiros, pois possui manuseio mais lento.</p><p>• Válvula Globo – Permite o controle de vazão, com regulagem de fluxo e</p><p>pressão.</p><p>• Válvula Retenção – Feita para prevenir reversão de fluxo.</p><p>Principais acessórios</p><p>Válvulas: (quais os principais tipos?)</p><p>Válvulas</p><p>Globo</p><p>Borboleta Esfera</p><p>Gaveta</p><p>Retenção</p><p>Como saber se a válvula está aberta?</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=4Z2vpWIDN7I</p><p>Exemplos ilustrativos</p><p>Principais Válvulas em processos:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=IF0r5zaO8jg</p><p>Bomba centrífuga:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=CyDjtTuxLPM</p><p>Bomba helicoidal</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=BR2gFxxZZE8</p><p>Resumo bombas:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=</p><p>_BlrlMvMaW4</p><p>Bomba dosadoras:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=</p><p>VHtcRaCBZwI</p><p>Trocador de calor:</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=4Z2vp</p><p>WIDN7I</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=n8GF</p><p>ARG8Q38</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=IF0r5zaO8jg</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=CyDjtTuxLPM</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=BR2gFxxZZE8</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=_BlrlMvMaW4</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=_BlrlMvMaW4</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=VHtcRaCBZwI</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=VHtcRaCBZwI</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=4Z2vpWIDN7I</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=4Z2vpWIDN7I</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=n8GFARG8Q38</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=n8GFARG8Q38</p><p>Fluxogramas</p><p>Representação Gráfica dos Processos</p><p>▪ O Fluxograma é a representação gráfica simplificada, por meio de figuras e</p><p>de letras, da estrutura e do funcionamento de instalações de processamento.</p><p>▪ Os fluxogramas têm a finalidade de mostrar o funcionamento de um</p><p>determinado sistema, desconsiderando-se muitos detalhes de fabricação,</p><p>construção ou montagem.</p><p>▪ É o mais efetivo meio de comunicar informações sobre um processo</p><p>industrial.</p><p>▪ Devido à complexidade de uma planta industrial típica, normalmente os</p><p>fluxogramas são subdivididos por sistemas ou fluidos de trabalho.</p><p>Fluxograma Genérico de um Processo</p><p>Tipos de Fluxograma</p><p>Os principais tipos de fluxogramas usados para descrever os fluxos</p><p>de correntes químicas através de um processo são:</p><p>• Fluxogramas de Blocos (block flow diagrams – BFD);</p><p>• Fluxograma de Processo (Process flow Diagram – PFD);</p><p>• Diagrama de Tubulação e Instrumentação (P&ID);</p><p>Ainda há diagramas 3D e de realidade aumentada e ilustrações.</p><p>Fluxograma de Blocos</p><p>• É o fluxograma mais simples e é útil na conceitualização de um</p><p>processo.</p><p>• Indica as principais unidades de processo, e apresenta poucas</p><p>informações sobre as variáveis de processo.</p><p>• Pouca informação sobre as correntes é fornecida, mas permite</p><p>uma clara visão geral do processo.</p><p>OBS: Note o fluxo material da esquerda para a direita e numa ordem lógica</p><p>Fluxograma de Processos</p><p>• Desenho preliminar, executado pelos projetistas de processo, devendo conter</p><p>os principais equipamentos, máquinas, tubulações, válvulas e instrumentos,</p><p>com indicação das características básicas.</p><p>• Contém toda informação necessária para os balanços material e energético no</p><p>processo.</p><p>• Esses Diagramas são normalmente divididos em 2 partes Operacionais:</p><p>1 - Representação Gráfica dos Processos demonstrando, a priori,</p><p>equipamentos, Linhas de fluxo e Aplicações Operacionais;</p><p>2 - Tabelas Técnicas com dados dos processos constando apenas dados</p><p>operacionais atualizados dos processos.</p><p>Diagrama de Tubos e Instrumentação</p><p>O diagrama de Tubos e instrumentação fornece as informações necessárias</p><p>para engenheiros iniciarem o planejamento para a construção da indústria.</p><p>Inclui:</p><p>▪ Para Equipamento: Mostra todas as peças (unidades de reposição, unidades</p><p>paralelas, detalhes resumo de cada unidade).</p><p>▪ Para tubulação: Inclui todas as linhas (drenos, conexões de amostras e</p><p>especifica o tamanho (usa tamanhos padrão), materiais de construção,</p><p>isolamento (espessura e tipo),</p><p>▪ Para Instrumentos: Identifica indicadores, registradores, controladores.</p><p>Você consegue entender?</p><p>• Fornecem as informações necessárias para iniciar o planejamento para a construção</p><p>da usina. É a última etapa do projeto do processo e serve como um guia para os</p><p>responsáveis pelo projeto final e pela construção.</p><p>Fluxograma de Processos 3D</p><p>Fluxogramas Ilustrativos</p><p>Fluxogramas Ilustrativos</p><p>Normas</p><p>Softwares</p><p>Autocad Plant3D</p><p>Hysys</p><p>Lucidchart</p><p>Edraw</p><p>Visio</p><p>Dia</p><p>Draw.io</p><p>https://www.youtube</p><p>.com/watch?v=6ZuT</p><p>60TsRpM</p><p>https://www.yout</p><p>ube.com/watch?v</p><p>=aNGIMTePb7o</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=6ZuT60TsRpM</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=6ZuT60TsRpM</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=6ZuT60TsRpM</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=aNGIMTePb7o</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=aNGIMTePb7o</p><p>https://www.youtube.com/watch?v=aNGIMTePb7o</p><p>Trabalho</p><p>A desidrogenação catalítica do propano (C3H8) ocorre em um reator de recheio que opera em</p><p>regime contínuo. Exatos 1000 kg/h de C3H8 puro são pré-aquecidos a uma temperatura de</p><p>670ºC antes de passarem pelo reator. O efluente gasoso emanado desse equipamento – no</p><p>qual estão incluídos propano, propileno, metano e hidrogênio – é resfriado de 800ºC para 110C</p><p>e alimentado em uma torre de absorção na qual o C3H8 e o C3H6 são solubilizados em óleo.</p><p>A mistura óleo-hidrocarbonetos é enviado a uma torre de separação para que os gases sejam</p><p>liberados por aquecimento. C3H6 e C3H8 são recomprimidos e enviados a uma torre de</p><p>destilação onde serão separados entre si. O C3H8 será circulado a fim de se juntar à</p><p>alimentação do pré-aquecedor do reator. O produto de topo da torre de destilação contém 96%</p><p>C3H6 em massa, enquanto a corrente de reciclo, 98% molar de C3H8. O óleo separado é</p><p>circulado novamente para a torre de absorção.</p><p>Pede-se:</p><p>A) Construir o fluxograma de processo</p><p>Exercícios</p><p>1. O que você entende por um processo industrial?</p><p>2. Diferencie operações unitárias e processos unitários? Dê exemplos.</p><p>3. Comente sobre os principais equipamentos/máquinas e acessórios industriais,</p><p>suas funções, tipos e características. Imagine cenários que você possa</p><p>utilizá-los para melhorar/otimizar seu processo.</p><p>4. Comente sobre os principais tipos de bombas.</p><p>5. Comente sobre os tipos de válvulas mais usuais nas indústrias.</p><p>6. Comente sobre os tipos de conexões (ligações) entre tubulações.</p><p>7. Quais são os 3 principais tipos de fluxogramas usados em processos? Explique</p><p>sucintamente as características e aplicações de cada tipo.</p><p>8. Escolha um processo simples ou uma parte de um processo e desenhe um</p><p>fluxograma de blocos.</p>