Apostila Projeto Químico

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INTRODUÇÃO AO PROJETO NA INDÚSTRIA QUÍMICA 
 
 
Francisco de Assis Bertini Moraes, Msc 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Julho - 2014 
 
 
 
 
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CONTEÚDO 
 
 
1 Introdução ao Projeto.............................................................................04 
1.1 Introdução.............................................................................................04 
1.2 Natureza do Projeto...............................................................................04 
1.2.1 O Objetivo do Projeto.............................................................................06 
1.2.2 A Coleta de Dados...................................................................................07 
1.2.3 A Geração de Soluções Possíveis para um Projeto...................................08 
1.2.4 Seleção da Melhor Solução de Projeto.....................................................10 
1.3 A “Anatomia” de um Processo de Fabricação de Produtos Químicos.......11 
1.3.1 Os Processos Contínuos e Descontínuos..................................................13 
1.4 Organização de um Projeto em Engenharia Química................................14 
1.5 Documentação do Projeto.......................................................................18 
1.6 Normatização e Padrões..........................................................................22 
1.7 Fatores de Segurança (Fatores de Processo).............................................26 
1.8 Sistema de Unidades................................................................................27 
1.9 Balanços Materiais e de Energia...............................................................28 
 
2 Fluxogramas de Processo.........................................................................29 
2.1 Fluxogramas de Blocos (BFD)...................................................................29 
2.2 Fluxogramas de Processo (PFD)................................................................33 
2.2.1 Topologia do Processo.............................................................................34 
2.2.2 Fluxo de Informação................................................................................40 
2.2.3 Informação de Equipamentos..................................................................43 
2.2.4 Combinando Topologia, Fluxo de Dados e Estratégia de Controle............45 
2.3 Fluxograma de Processo e Instrumentação (P&I).....................................49 
2.4 Diagramas, Esquemas e Fluxogramas Adicionais......................................55 
2.5 Representação Tridimensional do Processo.............................................56 
2.6 O Modelo de Planta 3-D...........................................................................64 
 
3 Dimensionamento Básico de Tubulações.................................................67 
3.1 Diagrama P&I..........................................................................................67 
3.2 Seleção de Válvulas.................................................................................68 
3.3 Projeto Mecânico de Redes de Tubulações..............................................70 
3.3.1 Espessura da Parede : Padronização Schedule.........................................70 
3.3.2 Suportes de Tubulações...........................................................................71 
3.3.3 Acessórios para Tubos.............................................................................71 
3.3.4 Cargas de Força (“stressing”) em Tubulações...........................................72 
3.4 Seleção de Tamanho das Tubulações (Diâmetro).....................................72 
 
2 
 
4 Instrumentação e Controle.......................................................................80 
4.1 Instrumentos...........................................................................................80 
 4.1.1 Objetivos de Controle e Instrumentação..................................................81 
4.1.2 Sistemas Automáticos de Controle..........................................................82 
4.2 Sistemas Típicos de Controle....................................................................83 
4.2.1 Controle de Nível.....................................................................................83 
4.2.2 O Controle de Pressão.............................................................................83 
4.2.3 O Controle de Fluxo.................................................................................84 
4.2.4 Trocadores de Calor.................................................................................84 
4.2.5 Controle em Cascata................................................................................86 
4.2.6 Controle de Ratio....................................................................................86 
4.2.7 Controle de Coluna de Destilação............................................................87 
4.2.8 Controle de Reator..................................................................................90 
4.3 Alarmes de Segurança, Trip´s e Intertravamentos...................................91 
4.4 Computadores e Microprocessadores no Controle de Processo...............92 
4.5 Resumo da Simbologia Utilizada em Diagramas P&I................................93 
 
5 Seleção de Equipamentos no Projeto......................................................99 
 
6 Seleção de Materiais de Equipamentos no Projeto................................101 
 
7 Segurança e Prevenção de Perdas..........................................................102 
7.1 Introdução............................................................................................102 
7.2 Aspectos Intrínsecos e Extrínsecos da Segurança...................................103 
7.3 Os Perigos.............................................................................................103 
7.3.1 Toxicidade.............................................................................................104 
7.3.2 Infamabilidade.....................................................................................106 
7.3.3 Explosões..............................................................................................108 
7.3.4 As Fontes de Ignição..............................................................................110 
7.3.5 Radições Ionizantes...............................................................................111 
7.3.6 Pressão..................................................................................................111 
7.3.7 Desvios de Temperatura........................................................................113 
7.3.8 Ruído.....................................................................................................113 
7.4 Índice “Dow” de Incêndio e Explosão....................................................114 
7.4.1 Cálculo do Índice da Dow F&EI...............................................................114 
7.4.2 Potencial de Perda.................................................................................118 
7.4.3 Medidas Básicas Preventivas e de Proteção...........................................120 
7.5 Estudo de Perigos na Operacionalidade (HAZOP)...................................124 
7.5.1 Princípios Básicos do HAZOP..................................................................124 
7.5.2 Explicação da Guia de Palavras..............................................................1267.5.3 Procedimento para o HAZOP.................................................................127 
3 
 
7.6 Análise de Perigos e de Riscos...............................................................132 
7.7 Riscos Aceitáveis e Prioridades de Segurança........................................133 
7.8 Listas de Checagem em Itens de Segurança...........................................135 
7.9 Perigos Associados................................................................................137 
7.9.1 O Software de Computador para Análise Quantitativa de Riscos...........138 
 
8 Análise Econômica e Financeira de Projetos..........................................140 
8.1 Análise das Alternativas de Investimentos.............................................140 
8.2 Orçamento de Capital............................................................................140 
8.3 Custos de Oportunidades.......................................................................140 
8.4 Engenharia Econômica...........................................................................141 
8.5 Princípios Básicos...................................................................................141 
8.6 Custos....................................................................................................143 
8.7 Margem de Contribuição.......................................................................146 
8.8 Ponto de Equilíbrio................................................................................147 
8.9 Margem de Segurança...........................................................................150 
 8.10 Alavancagem Operacional......................................................................150 
8.11 Critérios de Escolha entre Alternativas de Investimentos.......................151 
8.12 Influência do Imposto de Renda na Análise de Investimento.................162 
 8.13 Análise de Sensibilidade........................................................................169 
 
9 Considerações Gerais da Localização da Planta Química........................174 
9.1 Introdução............................................................................................174 
9.2 Localização da Planta e Seleção do Local...............................................174 
9.3 Layout do Local.....................................................................................176 
9.4 Layout da Fábrica..................................................................................178 
9.4.1 Técnicas Utilizadas no Layout do Local e da Fábrica...............................181 
9.5 Utilidades.............................................................................................182 
9.6 Considerações Ambientais....................................................................185 
9.6.1 Gestão de Resíduos..............................................................................185 
9.6.2 Ruído....................................................................................................188 
9.6.3 Impacto Visual......................................................................................188 
9.6.4 Legislação.............................................................................................188 
9.6.5 Auditoria Ambiental.............................................................................189 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO AO PROJETO 
 
1.1. INTRODUÇÃO 
 
 Este capítulo é uma introdução à natureza e metodologia do processo de projeto, 
e a sua aplicação para a concepção de processos de fabricação de produtos químicos. 
 
1.2. NATUREZA DO PROJETO 
 
 Esta seção é uma conceitução geral, um pouco filosófica, a discussão do processo 
de concepção; como um projeto se consolida. O tema deste livro é o projeto de 
engenharia química, mas a metodologia de projeto descrito nesta seção aplicam-se 
igualmente a outros ramos da engenharia de projeto. 
 O projeto é uma atividade criativa, e como tal pode ser uma dos mais gratificante 
e satisfatórias actividades desenvolvidas por um engenheiro. É a síntese, a montar, de 
idéias para alcançar um efeito desejado. O projeto não existe, no início deste processo. 
O engenheiro começa com um objetivo específico em mente, uma necessidade, e 
através do desenvolvimento e avaliação de possíveis projetos, chega ao que ea 
instituição considera a melhor maneira de alcançar o objetivo; seja uma cadeira melhor, 
uma nova ponte, ou para o engenheiro químico, um novo produto químico ou uma fase 
de concepção de um processo de produção. 
 Ao considerar possíveis formas de alcançar este objetivo, o engenheiro terá várias 
restrições em função de muitos fatores, que irá diminuir o número de possíveis projetos; 
mas, não raramente será apenas uma solução possível para o problema, apenas um 
projeto. Vários formas alternativas de atingir o objetivo será normalmente possível, até 
mesmo vários melhores modelos, dependendo da natureza das restrições. Estas 
restrições sobre as possíveis soluções para um problema no projeto surgem de várias 
maneiras. 
 Algumas limitações serão fixadas, invariáveis, como os que surgem a partir de leis 
da física, regulamentações governamentais, e padrões. Outros serão menos rígidas, e 
serão utilizadas pelo engenheiro, com maior flexibilidade, como parte de sua estratégia 
geral em busca do melhor projeto. As restrições que estão fora da influência do 
engenheiro podem ser denominadas de restrições externas. 
 Estas restrições estão mostradas de forma geral na figura 1.1. Dentro dos limites 
de restrições externas, haverá um certo número de modelos de plausíveis delimitados 
por outras restrições, as restrições internas, sobre o qual o engenheiro tem algum 
controle; tais como, a escolha da processo, a escolha de condições de processo, os 
materiais, o equipamento. 
 Considerações econômicas são, obviamente, um grande objetivo (ou restrição) 
em qualquer projeto de engenharia: plantas químicas devem fazer um lucro. 
 O tempo também será uma considerável restrição. O tempo disponível para a 
conclusão de um projeto poderá limitar o número de modelos alternativos que podem 
ser considerados. 
 
 
 
 
5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 As fases do desenvolvimento de um projeto, desde a identificação inicial do objetivo para 
o projeto final, são mostrados esquematicamente na Figura 1.2. Cada fase é discutido em seções 
separadas e tratadas a seguir. 
 A Figura 1.2 mostra o projeto como um processo iterativo; A medida que o projeto se 
desenvolve o engenheiro estará ciente de mais possibilidades e mais restrições, e estará 
constantemente buscando novos dados e idéias, e avaliar possíveis soluções “ótimas” de 
projeto, para a melhor condição econômica e cumprindo com a legislação pertinente. 
 
 
 
 
2 
Projetos Possíveis 
Projetos 
Prauzíveis 
M
ate
riais
 
Restrições “Externas” 
Restrições “Internas” 
Figura 1.1 - Restrições de Projeto 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.1. O OBJETIVO DO PROJETO (AS NECESSIDADES) 
 
 No projeto de um processo físico e químico, a necessidade envolve : 
 A demanda para um produto, a oportunidade comercial, como previsto pela 
organização de vendas e marketing,seja para um novo produto ou para aumento 
de capacidade de produção. 
 A necessidade de inovação tecnológica ou maior rendimento do processo com o 
intuito de manter a competitividade no mercado em função de menores custos 
de fabricação com a introdução do novo projeto. 
 A substituição de equipamentos ou processos em função de final de vida útil dos 
equipamentos. 
Objetivo 
(Especificação do Projeto) 
Aquisição e Coleta de Dados 
Propriedades Físicas e 
Químicas 
Métodos de Projetos 
Geração de 
Possíveis Projetos 
Seleção e Avaliação 
do Melhor Projeto 
(Otimização) 
Projeto 
Final 
Figura 1.2 – O Processo de Projeto 
7 
 
 Dentro destes objetivos gerais o engenheiro irá reconhecer sub-objetivos; os 
requisitos das várias unidades que formam o processo global. 
 Antes de iniciar o trabalho o engenheiro deve obter a mais completa declaração 
dos requisitos quanto possível. Se a exigência (necessidade) surge de fora do grupo de 
projeto, de um cliente ou de outro departamento, então ele terá que esclarecer o 
necessidades reais através da discussão. É importante distinguir entre as necessidades 
reais e os desejos. 
 Por exemplo, um especificação especial do produto pode ser considerado desejável 
pelo departamento de vendas, mas pode ser difícil e caro obter, e um relaxamento da 
especificação pode ser possível, produzir um produto vendável, mas mais barato. 
Sempre que ele está em uma posição para fazê-lo, o engenheiro deve sempre questionar 
os requisitos de projeto (o projeto e equipamentos especificados) e mantê-los em 
análise conforme o projeto progride. 
 O engenheiro ou projetista irá gerar especificações para outros setores, como para 
o projeto mecânico ou compra de uma peça de equipamento. Neste caso, ele deve estar 
ciente das restrições que ele está colocando em outros projetos. Uma especificação, 
bem pensada, abrangente, dentro dos requisitos internos e externos define os limites 
dentro dos quais os outros engenheiros, suprimentos, fornecedores, etc., devem 
trabalhar. 
 
1.2.2. A COLETA DE DADOS 
 
 Para prosseguir com um projeto, o designer deve primeiro reunir todos os fatos 
relevantes e os dados requeridos. Para o processo do projeto isso vai incluir 
informações sobre possíveis processos similares já instalados, desempenho de 
equipamentos, e dados de propriedades físicas e químicas. Esta fase pode ser uma das 
mais demoradas e frustrantes, dentro do cronograma ou fase do projeto. Fontes de 
informação e processo propriedades físicas são encontrados no Capítulo 8 de Coulson 
& Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6. 
 Muitas organizações de projeto prepararam um manual de dados básicos, 
contendo todo o processo e "Know-how" em que o projeto deve ser baseado. A maioria 
das organizações terá manuais de projeto abrangendo métodos e dados de projeto 
preferencialmente utilizados para a rotina de projeto e com as devidas normatizações e 
procedimentos internos e até restrições externas. 
 As normas nacionais também são fontes de métodos, procedimentos e de dados; 
além de impor restrições conforme as leis e necessidades locais. 
As restrições, particularmente as externas, devem ser identificados no início do processo 
de projeto. 
 
 
 
 
8 
 
1.2.3. A GERAÇÃO DE SOLUÇÕES POSSÍVEIS PARA UM PROJETO 
 
 A parte criativa do processo de projeto é a geração de possíveis soluções para 
atingir o objetivo em análise e avaliação. Esta atividade do engenheiro vai depender 
em grande parte na experiência anterior, a sua própria e a dos outros. 
 É duvidoso que qualquer projeto é inteiramente novo. A antecedência da maioria 
dos projetos pode normalmente ser facilmente rastreada. Os primeiros automóveis 
eram claramente carruagens que antes eram puxadas por cavalos; e o desenvolvimento 
do desenho do carro moderno pode ser rastreada passo a passo a partir destes 
primeiros protótipos. Na indústria química, os processos de destilação foram 
desenvolvidos a partir dos alambiques antigos usados para a produção de bebidas; e as 
colunas de recheio, primitivas, utilizadas para absorção de gás utilizando gomos de 
bambu ou outros materiais naturais. Então, não é sempre que um engenheiro de 
processo se depara com a tarefa de produzir um projeto para um processo ou 
equipamento completamente novo. 
 Os engenheiros experientes sabiamente preferem os métodos testados e 
aprovados, em vez de possivelmente mais emocionantes, mas inexperiente projetos 
novos. 
 Historicamente, o progresso é feito com mais segurança em pequenos passos. 
Normalmente, sempre que a inovação é procurada, a experiência anterior, através de 
preconceitos já adquiridos na prática, pode inibir a geração e aceitação de novas idéias, 
o que pode prejudicar enormemente a modernização do processo em questão. Este 
cuidado deve ser tomado quando a concorrência também estiver em fase de expansão, 
pois a inovação bem acertada pode significar um diferencial tecnológico e de 
competitividade (menor custo e consequentemente menor preço, por.ex.). 
 Vale salientar que com a tecnologia computacional de modelagem e simulação, 
várias barreiras tecnológicas e preconceitos de projeto estão sendo quebrados, fazendo 
com as inovações sejam implantadas com maior rapidez nos grandes projetos.A 
quantidade de trabalho, e a forma como ele é abordado, vai depender do grau de 
novidade em um projeto. 
 Projetos de engenharia química podem ser divididos em três tipos, dependendo 
das necessidades envolvidas : 
 1. Modificações e adições, a fábrica já existente; geralmente realizada pelo design de 
planta grupo. 
 2. Nova capacidade de produção para atender à crescente demanda de vendas, ea 
venda de estabelecida processos pelos contratantes. Repetição de projetos existentes, 
com design único menor mudanças. 
 3. Novos processos, desenvolvido a partir de pesquisas de laboratório, através da 
planta piloto, a um processo comercial. Mesmo aqui, na maioria das operações unitárias 
e processos de equipamentos usará modelos estabelecidos. 
9 
 
 O primeiro passo na elaboração de um projeto de um novo processo será esboçar, 
normalmente através de diagramas de blocos ou figuras pictóricas, as principais etapas 
do processo; ilustrando claramente a principal função (objetivo) e as principais 
restrições e especificações para cada etapa. A experiência e o conhecimento adquirido, 
através da própria empresa produtora, de empresas de engenharia, de fornecedores e 
de consultoria devem, então, indicar quais os tipos de operações unitárias e 
equipamentos a serem considerados. O chamado “estado da arte” em tecnologia deve 
necessariamente ser considerado. 
 Esta fase de seleção da melhor alternativa de projeto é sem dúvida a mais 
importante de todas e algumas recomendações são oportunas de serem mencionadas : 
1. As especificações e restrições de projeto devem estar claramente definidas e no 
entendimento de todos os envolvidos. 
2. A criação de mais de uma alternativa de projeto é saudável e proporciona um 
ambiente adequado de criação de oportunidades de desenvolvimento do 
negócio. 
3. Reuniões de “braisntorming” e discussão sobre a melhor alternativa, envolvendo 
profissionais de vários setores devem ser efetuadas até a exaustão de opiniões. 
4. Reuniões com empresas consultoras de engenharia, discutindo as melhores 
opções podem gerar mais segurança na escolha da melhor alternativa. 
5. Reuniões com fornecedores, para avaliar e comprovar a tecnologia disponível. 
6. Visitas a instalações semelhantes e sua operabilidade são de muitautilidade na 
avaliação de novas tecnologias. 
7. Considerações econômicas são, obviamente, um grande objetivo (ou restrição) 
em qualquer projeto de engenharia: plantas químicas devem fazer um lucro. 
Portanto, todas a alternativas discutidas devem mostrar claramente as 
possibilidades de retorno do investimento, a qual envolve as futuras receitas 
geradas, sejam por vendas ou por redução de custos versus o investimento 
necessário (ou capital empregado) para implantação do projeto. 
8. Após a escolha e validação pela direção da empresa das melhores alternativas, 
estas devem ser amplamente divulgada aos líderes e profissionais da 
organização para que todos possam contribuir positivamente na escolha da 
melhor alternativa, uma vez que cada setor levará em consideração os seus 
objetivos de trabalho, o que de certa forma é interessante confrontar e verificar 
se tudo foi levado em consideração como deveria e a maior beneficiada será a 
organização como um todo e não uma área específica. 
 
 
 
 
 
 
10 
 
1.2.4 SELEÇÃO DA MELHOR SOLUÇÃO DE PROJETO 
 
 O engenheiro começa com o conjunto de todas as soluções possíveis delimitadas 
pelas restrições externas e internas, e por um processo de avaliação progressiva de 
seleção já citada no ítem anterior, reduzindo a gama de alternativas e facilitando o 
processo de seleção. 
 No processo de seleção, pode ser considerado percorrer as seguintes etapas: 
-Projetos possíveis (credível), dentro dos limites externos. 
-Projetos plausíveis (viável), dentro dos limites internos. 
-Projetos prováveis, considerando as melhores alternativas. 
-Melhor projeto (ideal) julgada a melhor solução para o problema. 
 O processo de seleção será cada vez mais refinado, a medida que o que o projeto 
progride na zona de soluções prováveis. Nas fases iniciais de uma grossa triagem 
baseada no bom senso, o julgamento de engenharia e custeio será normalmente 
suficiente. Por exemplo, não levaria muitos minutos para refinar a escolha da matéria-
prima para a fabricação de amônia a partir dos possíveis candidatos de, digamos, 
madeira, turfa, carvão, gás natural e petróleo, a uma escolha de entre gás e petróleo, 
mas uma análise mais detalhada estudo seria necessário para escolher entre o petróleo 
e o gás. Para selecionar o melhor projeto do projetos prováveis, um trabalho detalhado 
de custeio geralmente será necessário. Neste custeio deve ser considerado todos os 
custos operacionais (custo fixo e variáveis) quando da operação deste processo, como 
insumos químicos e energéticos, utilidades e suprimentos, manutenção, mão de obra, 
necessidades de paradas, etc. , a qual será confrontado com o capital investido e a 
receita gerada pelo empreendimento. 
 As técnicas matemáticas e de modelagem têm sido desenvolvidos para auxiliar na 
otimização de projetos e desempenho da planta, são brevemente discutidos na Seção 
1.10. Rudd e Watson (1968) e Wells (1973) descrevem técnicas formais para a preliminar 
triagem de projetos alternativos. 
 Cada vez mais opções modulares que permitam aumentos de produção, linha única 
de alta capacidade de produção, alto nível de automação, menor utilização de mão de 
obra, equipamentos auto monitorados em desempenho de manutenção, facilidade de 
partidas e paradas, fácil operabilidade e entendimento dos operadores e alto nível de 
segurança para as pessoas são requisitos cada vez mais observados, pois contribuem 
enormemente para a continuidade operacional, cada vez mais importante para a 
garantia da qualidade do produto, ambiente adequado de trabalho, e 
consequentemente melhores resultados financeiros. 
 Após a seleção da melhor opção, aprovada pela diretoria da empresa, novamente 
esta opção deve ser amplamente divulgada a todos os líderes da empresa, de forma a 
que todos suportem esta decisão, para que a mesma tenha sucesso na sua implantação 
e operação. 
 
11 
 
1.3. A “ANATOMIA” DE UM PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS 
 
 Os componentes básicos de um processo químico típico são apresentados na 
Figura 1.3, em que cada bloco representa uma fase do processo global para a produção 
de um produto a partir de matérias-primas. Figura 1.3 representa um processo 
generalizado; nem todas as fases será necessário a um processo particular, e a 
complexidade de cada etapa vai depender da natureza do processo. Projeto de 
engenharia química está preocupado com a seleção e organização das etapas, e a 
seleção, especificação e concepção dos equipamentos necessários para realizarem as 
funções de cada etapa do processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compra e 
Estocagem de 
Matéria-Prima 
Preparação e 
Alimentação de 
Produtos 
Reação 
Química 
Separação 
de Produtos 
Purificação 
de Produtos 
Estocagem 
de Produtos 
Vendas 
R
e
ciclo
 d
e
 M
aterial 
 N
ão
 R
e
agid
o
 
Su
b
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ro
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s
 
R
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Fase-1 
 
 
 
Fase-2 
 
 
 
Fase-3 
 
 
Fase-4 
 
 
Fase-5 
 
 
 
Fase-6 
12 
 
Fase 1. Armazenamento de matérias-primas 
 A não ser que as matérias-primas são fornecidas como produtos intermediários de 
uma planta vizinha, algumas disposições tem que ser feito para vários dias, ou semanas, 
de armazenamento para suavizar as flutuações e interrupções no fornecimento. Mesmo 
quando os materiais vêm de uma fábrica adjacente alguma provisão é normalmente 
feita para garantir o fornecimento por algumas horas, ou mesmo dias. O 
armazenamento exigido irá depender da natureza das matérias primas, o método da 
entrega, e que segurança pode ser colocado sobre a continuidade do fornecimento. Se 
os materiais são entregue por navio (petroleiro ou graneleiro) várias semanas podem 
ser necessário; enquanto que se eles são recebidos por via rodoviária ou ferroviária, em 
lotes menores, serão necessários menos espaço de armazenamento. 
Fase 2. Preparação e Alimentação de Produtos 
 Alguma purificação e preparação, de matérias-primas são geralmente necessárias 
antes de serem alimentadas para a fase de reação. Por exemplo, acetileno gerado pelo 
processo de carboneto contém compostos arsenicais e enxofre, e outras impurezas, 
que têm de ser removidos por lavagem com ácido sulfúrico concentrado (ou outros 
processos), antes que seja suficientemente pura para a reação com ácido clorídrico para 
produzir dicloroetano. Alimentações de líquido terá de ser vaporizado antes de ser 
alimentado para reatores de fase gasosa, e sólidos podem necessitar britagem, moagem 
e peneiramento antes de serem processados num reator. 
Fase 3. Reactor 
 A fase da reação é o coração do processo de fabricação de um produto químico. 
No reactor as matérias-primas purificadas são reunidas sob condições que promovam a 
produção do produto desejado; invariavelmente, subprodutos e compostos indesejados 
(impurezas) também serão formados. 
Fase 4. Separação do Produto 
 Nesta primeira etapa, após o reator os produtos e sub-produtos são separados do 
material que não reagiu (depende da conversão atingida no reator). Se, em quantidade 
suficiente, o material que não tenha reagido será reciclado para a entrada da purificação 
de alimentação e fase de preparação ou diretamente para o reactor. Os sub-produtos 
também podem ser separados dos produtos nesta fase. 
Fase 5. Purificação do Produto 
 Antes de venda, o principal produto geralmente precisam de purificação para 
atender a especificação do produto.Se produzida em quantidades econômicas, os subprodutos também podem ser 
purificados para venda. 
Fase 6. Armazenamento do Produto 
 Algum estoque de produto acabado deve ser realizado para combinar produção 
com as vendas. Provisão para a embalagem do produto e transporte também serão 
necessárias, dependendo da natureza do produto. Líquidos serão normalmente 
13 
 
enviadas em tambores e em navios-tanque a granel (rodoviário, ferroviário e mar), 
sólidos em sacos, caixas ou fardos. 
 O estoque realizado dependerá da natureza do produto e do mercado. 
Utilidades e Processos Auxiliares 
 Em adição às principais fases do processo apresentado na Figura 1.3, disposição 
terá de ser feita para a prestação dos serviços (utilidades) necessários; tais como, água 
de processo, a refrigeração água, ar comprimido, vapor. Serão também necessários 
instalações para manutenção, combate a incêndios, escritórios e outros alojamentos e 
laboratórios; consulte o Capítulo 14 de Coulson & Richardson’s, Chemical Engineering 
Design, Volume 6. 
 
1.3.1. OS PROCESSOS CONTÍNUOS E DESCONTÍNUOS 
 
 Os processos contínuos são projetados para operar 24 horas por dia, 7 dias por 
semana, ao longo de do ano. Algum tempo será permitido para a manutenção e, para 
alguns processos, regeneração do catalisador. A eficiência de disponibilidade de 
produção de plantas; isto é, a percentagem de horas disponíveis em um ano em que a 
planta opera, geralmente será de 90 a 95%. 
 
 Disponibilidade Anual (%) = (Horas de Operação) x 100 / (365 x 24) 
 
 Processos em lote são projetados para operar de forma intermitente. Algumas ou 
todas as unidades do processo tendo partidas e paradas sincronizadas. 
 Os processos contínuos geralmente serão mais econômicos para a produção em 
larga escala. Processos em batelada são usados onde alguma flexibilidade é requerida 
na taxa de produção ou especificação de qualidade do produto. 
 A escolha entre o processo em batelada ou a operação contínua não será clara, mas 
as seguintes regras podem ser utilizadas como um guia : 
Contínuo 
1. Taxa de produção superior a 5,0 ton/h 
2. Produto único 
3. Sem incrustação grave 
4. Boa vida do catalisador 
5. Comprovado projeto para o processo 
6. Mercado estabelecido 
Batelada 
1. Taxa de produção a menos que 5,0 ton/h 
2. Uma gama de produtos ou especificações de produtos 
3. Incrustação grave 
4. Vida de catalisador curta 
5. Novo produto 
6. Projeto não totalmente comprovado 
 
 
 
 
 
14 
 
1.4. ORGANIZAÇÃO DE UM PROJETO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 O trabalho de projeto necessário na engenharia de um processo de fabricação de 
produtos químicos pode ser dividida em duas grandes fases : 
 Fase 1 : 
 Processo do projeto que aborda as etapas da seleção inicial do processo que será 
utilizado, com a elaboração e emissão do fluxograma de processos; e incluirá a seleção, 
projeto de engenharia química e especificação de equipamentos. Numa organização 
típica, esta fase é de responsabilidade do grupo de engenheiros de processo, e o 
trabalho será feito principalmente pelos engenheiros químicos. O grupo de projeto do 
processo também pode ser responsável pela preparação dos diagramas de tubulação e 
instrumentação. 
 Fase 2 : 
 O projeto mecânico detalhado de equipamentos.; o estrutural e civil, diagramas e 
desenhos eléticos; e especificação e concepção dos serviços auxiliares, serão de 
responsabilidade dos grupos de design especializados, com experiência em toda a gama 
de disciplinas de engenharia (mecânica, elétrica, civil, instrumentação, etc.) 
 Outros grupos de especialistas serão responsáveis pela estimativa de custos, bem 
como a elaboração de contratos e aquisição de equipamentos e materiais. 
 A engenharia de segurança e meio ambiente deve necessariamente acompanhar e 
validar todas as fases do projeto, certificando-se de que estão de acordo com as regras 
estabelecidas junto aos órgãos controladores (agência ambiental, ministério do 
trabalho, seguradora, bombeiros, prefeitura, etc.). 
 A sequência de etapas do projeto, construção e start-up de uma típica planta de 
produção de produtos químicos é esquematizada na Figura 1.4 e a organização de um 
típico grupo de projeto na Figura 1.5. Cada etapa do processo de projeto não será tão 
claramente separadas uns dos outros como é indicado na Figura 1.4; nem a seqüência 
de eventos será tão claramente definida. Haverá um intercâmbio e troca constante de 
informações entre as várias seções do projeto, a medida que ele se desenvolve, mas é 
claro que algumas etapas de um projeto devem ser em parte concluídas, antes que as 
outras possam ser iniciadas. 
 Um gerente de projeto, muitas vezes, um engenheiro químico por formação, 
comumente é responsável pela coordenação do projeto, como mostrado na Figura 1.5. 
Como foi dito na Seção 1.2.1, a concepção do projeto deve começar com uma 
especificação clara do produto, capacidade, matérias-primas, processos e localização do 
site. Se o projeto for com base em um processo e produto já estabelecido, uma 
especificação completa poderá ser elaborada já no início do projeto. Para um novo 
processo ou produto, a especificação será desenvolvida a partir de uma avaliação 
econômica de possíveis processos, com base em pesquisas de laboratório, testes em 
planta piloto e pesquisa de mercado do produto 
15 
 
 
16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A organização do projeto do processo químico é discutido em mais detalhe por 
Rase e Barrow (1984) e Baasel (1994). 
 Algumas das empresas de fabricação de produtos químicos de maior dimensão têm 
a sua própria concepção de projeto, cuja organização está apta a realizar a concepção 
do projeto inteiro e engenharia, e, possivelmente, construção, dentro de sua própria 
organização. Mais geralmente, o projeto e construção, e possivelmente assistência com 
start-up, é confiada a uma das empresas contratantes internacionais. 
 A empresa contratada, muitas vezes, fornece o "know-how" para o processo, e vai 
trabalhar em estreita colaboração com o contratante em todas as fases do projeto. É 
muito comum os próprios fornecedores dos equipamentos participarem como 
contratadas na elaboração do projeto, detalhamento, instalação, comissionamento e 
start-up do novo processo. 
 
 
 
17 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
1.5. DOCUMENTAÇÃO DO PROJETO 
 
 Como mostrado na Figura 1.5 e descritas na Seção 1.4, o design e engenharia de 
um processo químico requer a cooperação de vários grupos de especialistas. A 
cooperação eficaz depende de uma comunicação eficaz, e todas as organizações de 
design têm formais procedimentos para lidar com as informações do projeto e 
documentação. A documentação do projeto incluirão: 
 
1. Uma comunicação formal geral dentro do grupo de projeto e com : 
 departamentos governamentais 
 fornecedores de equipamentos 
 pessoal do site 
 o cliente 
2. Folhas de cálculos : 
 demonstrativos de cálculos de concepção 
 demonstrativos de cálculos de custo 
 computador print-out 
3. Desenhos de : 
 fluxogramas de processo e instrumentação (P&I) 
 diagramas de tubulação e instrumentação 
 diagramas de layout 
 planos de cotas / local do site 
 especificações de equipamentos 
 diagramas de tubulação 
 desenhos arquitetônicos 
 esboços do projeto 
4. folhas de especificação de equipamentos, tais como: 
 trocadores de calor 
 bombas 
4. Ordens de compra : 
 cotações 
 faturas 
 
 A todos os documentos devem ser atribuídos um número de código para facilitar a 
referência ao arquivamento e consulta futura, se necessário.Folhas de Cálculo 
O engenheiro de projeto deve desenvolver o hábito de definir os cálculos para que eles 
possam ser facilmente compreendido e controlado por outros. É uma boa prática para 
incluir no cálculo folhas com as bases utilizadas, e quaisquer hipóteses e aproximações 
feitas, em detalhe suficiente para os métodos utilizados. Cálculos de concepção são 
normalmente estabelecidos em folhas padrão. O título, na parte superior de cada folha 
deve incluir: o título do projeto e do número de identificação e, mais importante ainda, 
a assinatura (ou iniciais) da pessoa que fez o cálculo. 
 
 
19 
 
Desenhos 
 Todos os desenhos do projeto são normalmente feitoss em folhas impressas 
específicas, com o nome da empresa; título do projeto e número; título do desenho e 
número de identificação; nome do executor do desenho e dos revisores com data 
claramente definidos em uma caixa no lado direito inferior canto. Deve, também, ser 
feita para anotar no desenho todas as modificações na versão inicial. 
 Desenhos devem estar de acordo com os padrões de desenho, de preferência as 
previstas para os padrões nacionais. Os símbolos utilizados para fluxogramas e 
tubulações e diagramas e instrumentação são discutidos no Capítulo 4 de de Coulson & 
Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6. Desenhos e esboços são feitos 
normalmente em papel de detalhe (semi-transparente) a lápis, assim modificações pode 
ser feita facilmente, e imprimir quando necessário. 
 Na maioria dos escritórios de projeto, utiliza-se Computer Aided Design (CAD) cujos 
métodos são agora usados para produzir os desenhos necessários para todos os 
aspectos de um projeto: fluxogramas de processo, tubulação e instrumentação, 
trabalho mecânico e civil, etc. 
 
Folhas de especificação 
 Folhas de especificação padrão são normalmente utilizados para transmitir as 
informações necessárias para o projeto detalhado, ou compra, de itens de 
equipamento; tais como, trocadores de calor, bombas, colunas. 
 Além de garantir que a informação seja clara e padronizada onde é facilmente 
apresentada e perceptível a erros, folhas de especificação padrão servem como listas 
de verificação para garantir que todas as informações necessárias estão incluídas. 
Exemplos de folhas de especificação de equipamentos são apresentados no Apêndice G 
de Coulson & Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6. A seguir mostramos 
duas folhas de especificação, como exemplo. 
 
Manuais de Processo 
 Manuais de processo são muitas vezes preparado pelo grupo de projeto de 
processo para descrever o processo e a base do desenho. Juntamente com o fluxograma, 
eles fornecem uma descrição técnica completa do processo. 
 
Manuais de Operação 
 Proporcionam as instruções de operação do processo e equipamentos. Eles 
normalmente são preparados pelos funcionários da empresa, mas também pode ser 
emitida por um contratante, como parte do pacote de contrato por um cliente menos 
experiente, ou uma nova instalação com um novo processo. Os manuais de operação 
são utilizados para instrução e treinamento de operadores, e para a preparação das 
instruções de operação da planta de forma segura e produtiva. 
 
 
 
 
 
20 
 
 
21 
 
 
 
 
 
 
22 
 
1.6. NORMATIZAÇÃO E PADRÕES 
 
 A necessidade de padronização surgiu no início da evolução da engenharia na 
indústria moderna; Whitworth introduziu a primeira linha de parafuso padrão para dar 
uma medida de intercambialidade entre diferentes fabricantes em 1841. Padrões de 
engenharia, cobrem uma função muito mais ampla do que a simples troca de peças. Na 
prática da engenharia eles cobrem: 
1. Materiais, propriedades e composições. 
2. Procedimentos de teste de desempenho, composições de qualidade. 
3 tamanhos preferenciais.; por exemplo, tubos, chapas, perfis. 
4. Métodos de projeto, inspeção, fabricação. 
5. Códigos de conduta, para operação e segurança da planta. 
 Os termos padrão e normas são usados como sinônimos, embora a norma deve 
realmente ser reservada para uma forma de conduta que abrange por exemplo, um 
procedimento de projeto ou de funcionamento recomendado; e padrão para os 
tamanhos preferenciais, composições, etc. 
 Todos os países desenvolvidos, e muitos dos países em desenvolvimento, têm 
organizações de padrões, responsáveis pela emissão e manutenção de normas para a 
indústrias de transformação, e para a proteção dos consumidores (No Brasil é a ABNT). 
No Reino Unido a elaboração e promulgação de normas nacionais são da 
responsabilidade da British Standards Institution (BSI). A Instituição tem um 
secretariado e uma série de pessoal técnico, mas a preparação dos padrões é em grande 
parte de responsabilidade das comissões de pessoas das indústrias, as instituições 
profissionais de engenharia e outras organizações interessadas. 
 Nos Estados Unidos, a organização governamental responsável pela coordenação 
da informação em padrões é o National Bureau of Standards; normas são emitidas por 
instituição federal , estadual e várias organizações comerciais. As principais normas de 
interesse para engenhaeiros químico são as emitidas pelo American National Standards 
Institute (ANSI), o American Petroleum Institute (API), American Society for Testing 
Materials (ASTM), e pela American Society of Mechanical Engineers (ASME) (vasos de 
pressão). Burklin (1979) apresenta uma lista abrangente dos códigos e padrões 
americanos. 
 A Organização Internacional de Normalização (ISO) coordena a publicação de 
padrões internacionais. Todos os padrões britânicos publicados são listados, e o seu 
âmbito e aplicação descrita, no Instituto Catálogo British Standards; que o projetista 
deve consultar. O catálogo está disponível on-line, vá para a página inicial do grupo BSI, 
www.bsi-global.com. 
 Assim como as várias normas e padrões nacionais, as entidades de projeto de maior 
dimensão terão seus próprios padrões (in-house). Grande parte do detalhe no trabalho 
de projeto de engenharia é rotineiro e repetitivo, e economiza tempo e dinheiro, e 
garante uma conformidade entre projetos, se os padrões são usados sempre que 
possível. 
 Os fabricantes de equipamentos também trabalham com os padrões para a 
produção de projetos de equipamentos em dirversos tamanhos de acordo com a 
capacidade; tais como motores elétricos, bombas, tubos e acessórios de tubulação . Eles 
estarão em conformidade com as normas nacionais, quando existem, ou, aqueles 
emitidos por associações comerciais. É evidente que é mais económico de produzir uma 
23 
 
gama limitada de tamanhos padronizados do que ter de tratar cada pedido como um 
trabalho especial. 
 Para o projetista, o uso de um componente de tamanho normalizado permite a 
integração fácil de uma peça de equipamento para o resto da planta. Por exemplo, se 
um padrão de bombas centrífugas é especificado, as dimensões da bomba será 
conhecida, e isto facilita o projeto das placas de fundações, conexões de tubos e a 
seleção dos motores de acionamento: seriam utilizados motores eléctricos 
convencionais. 
 Para uma empresa que opera, a padronização de projetos de equipamentos e 
tamanhos aumenta permutabilidade e reduz o estoque de peças de reposição que 
devem ser realizadas em lojas de manutenção. 
 Embora há claramente vantagens consideráveis a serem obtidos com o uso de 
padrões no projeto, há também algumas desvantagens. Padrões impõe certas restrições 
para o projetista. O tamanho padrão mais próximo poderá ser aceito para completar um 
cálculo de projeto (arredondamento para cima), mas isso não será, necessariamente, o 
tamanho ideal; embora, com o tamanho normatizado será mais barato do que um 
tamanho especial, ele geralmente será a melhorescolha do ponto de vista do custo de 
capital inicial. Métodos de projeto padrão devem, pela sua natureza, devem 
necessariamente incorporar as técnicas mais recentes, comprovadas pelas organizações 
de normatização e padrões. 
 O uso de padrões de desenho encontra-se ilustrado na discussão do recipiente de 
pressão padrões de projeto (códigos) no capítulo 13 de Coulson & Richardson’s, 
Chemical Engineering Design, Volume 6. 
 Como exemplos de utilização de padrões, a seguir mostramos apenas dois casos 
para ilustrar os comentários acima realizados e uma explanação sobre vasos de pressão, 
face a importância da segurança no trabalho : 
 
 
Exemplo de Padrões para o projeto de “selas” de suportação de um tanque : 
 
 As selas devem ser concebidas para suportar a carga imposta pelo peso do tanque 
e conteúdo. Eles são construídos de tijolos ou de concreto, ou são fabricadas a partir de 
chapas de aço. O ângulo de contacto não deve ser inferior a 120⁰, e não será 
normalmente maior do 150⁰. Placas de desgaste são freqüentemente soldada à parede 
do reservatório para reforçar a parede sobre a área de contato com a sela. 
 As dimensões típicas "padrão" de projetos de sela são apresentados na Figura 
13.26. Os procedimentos para o desenho dos suportes de sela são dadas por Brownell 
e Young (1959), Megyesy (2001), Escoe (1994) e Moss (2003). 
24 
 
 
 
 
 
25 
 
Exemplo de Padrões de projeto para flanges de tubulação : 
 
 
 
 
Códigos e normas de Vasos de Pressão 
 
 Em todos os principais países industrializados, o projeto e fabricação de vasos de 
pressão são cobertos por normas e códigos de práticas nacionais. Na maior parte dos 
países, a normas e códigos são juridicamente vinculativos. 
 No Reino Unido, todos os vasos de pressão convencionais para uso na indústria 
química e das indústrias conexas, invariavelmente, devem ser concebidos e fabricados 
de acordo com o Padrão PD 5500 ou a Norma Europeia EN 13445; ou um código 
equivalente tal como Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos código Seção VIII 
(o código ASME). Os códigos e normas devem cobrir projeto, materiais de construção, 
fabricação (fabricação e mão de obra) e inspeção e testes. Eles formam uma base de 
acordo entre o fabricante e o cliente, e também a companhia de seguros do cliente. 
 Na União Europeia, o projeto, fabricação e uso de sistemas de pressão também é 
abrangida pela Directiva de Equipamentos de Pressão (Directiva do Conselho 97/23/EC), 
cuja utilização tornou-se obrigatória em Maio de 2002. 
26 
 
 A corrente edição do PD 5500 abrange embarcações fabricadas em carbono e ligas 
de aços, e alumínio. O projeto dos navios construídos a partir de plástico reforçado é 
coberto pela BS 4994. O código ASME cobre aços, metais não-ferrosos, fibras-
reforçadas e materiais plásticos. 
 Onde códigos nacionais não estão disponíveis, os códigos britânicos, europeus ou 
americanos deveriam ser utilizados. Informação e orientação sobre os códigos de vasos 
de pressão podem ser encontrados na Internet; www.bsi-global.com. 
 Uma ampla revisão do código ASME é dada por Chuse e Carson (1992) e Yokell 
(1986); ver também Perry et al. (1997). 
 Os códigos e normas nacionais determinam os requisitos mínimos, e dar orientação 
geral para a concepção e construção; qualquer extensão para além da exigência do 
código mínimo será determinado por acordo entre o fabricante e o cliente. 
 Os códigos e normas são elaboradas por comitês de engenheiros com experiência 
em desenho das embarcações e técnicas de fabricação, e são uma mistura de teoria, 
experiência e inovação. Eles são revisados periodicamente, e as revisões emitidas para 
acompanhar a evolução na concepção, análise de tensão, fabricação e testes. A última 
versão do respetivo código nacional ou padrão deve ser sempre consultada antes de 
empreender o projeto de qualquer vaso de pressão. 
 Os programas de computador para auxiliar na concepção de navios para PD 5500 
e o código ASME são disponível a partir de várias organizações comerciais e pode ser 
encontrada fazendo uma pesquisa de a World Wide Web. 
 
1.7. FATORES DE SEGURANÇA (Fatores de Projeto) 
 
 O projeto é uma arte inexata; erros e incertezas surgirão no projeto em função das 
incertezas dos dados disponíveis e nas aproximações necessárias nos cálculos de 
projeto. Para assegurar que a especificação do projeto seja cumprida, os fatores são 
incluídos para dar uma margem de segurança no desenho; segurança no sentido de que 
o equipamento não deixará de realizar de forma satisfatória, e que vai operar com 
segurança : isto é,não irá causar um perigo. "Factor de projeto" é um termo melhor para 
usar, uma vez que não confundi com factores de segurança e de desempenho. 
 Na concepção mecânica e estrutural, a magnitude dos factores de projeto usados 
para permitir as incertezas nas propriedades dos materiais, métodos de projeto, 
fabricação e cargas operacionais estão bem estabelecidos. Por exemplo, um fator de 
cerca de 4 a resistência à tração, ou cerca 2.5 sobre o estresse, é normalmente usado 
em design estrutural. A seleção de fatores de projeto em engenharia mecânica é 
ilustrada na discussão do design de vaso de pressão no Capítulo 13 de Coulson & 
Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6. 
 Fatores de projeto também são aplicados na concepção do processo para dar 
alguma tolerância no projeto. Por exemplo, a média de fluxo de processo calculados a 
partir de balanços materiais são geralmente aumentado por um fator, geralmente 10 
por cento, para dar alguma flexibilidade no processo operação. Esse fator irá definir os 
fluxos máximos de equipamentos, instrumentação e projeto de tubulação. Quando são 
introduzidos fatores de projeto para dar um pouco de contingência em um projeto de 
processso, devem ser acordados no âmbito da organização do projeto, e claramente na 
documentação do projeto (desenhos, folhas de cálculo e manuais). Se isso não for feito, 
ocorre o risco de que cada um dos grupos especialistas de projeto irá adicionar seu 
27 
 
próprio "fator de segurança"; resultando em desnecessário excesso de design. Quando 
se seleciona o fator de projeto, deve-se estar atento ao equilíbrio para garantir que o 
projeto seja adequado e a necessidade de projetar a margens apertadas para este rojeto 
permanecer competitivo. Quanto maior a incerteza nos métodos de projeto e dados, 
maior será o fator de concepção que deve ser usado. 
 
1.8. SISTEMAS DE UNIDADES 
 
 Na prática, os métodos de projeto, dados e normas que o projetista vai usar são 
muitas vezes apenas disponível nas unidades científicas e de engenharia tradicionais. A 
engenharia química sempre usou uma diversidade de unidades; desde os sistemas 
científicos e até o CGS e MKS, e ambos os sistemas de engenharia americanos e 
britânicos. Os engenheiros das indústrias mais antigas também tiveram que lidar com 
algumas unidades tradicionais bizarras; tal como graus Twaddle (densidade) e de barris 
em quantidade. É desejável a todos adotar um conjunto consistente de unidades, como 
SI mundial, é improvável que isso aconteça por muitos anos, e os projetistas devem lidar 
com qualquer sistema, ou a combinação de sistemas, ou aquele que sua organização 
usa. Para aqueles que trabalham em empresas consultoras de engenharia significará 
trabalhar com qualquer sistema de unidades, ou seja, o que o cliente necessita. 
 Geralmente é a melhor prática trabalhar com cálculos de projeto nas unidades em 
que o resultado deve ser apresentado; mas, se puder trabalhar em unidades do SI é o 
melhor, os dados podem ser convertidos para unidades do SI, o cálculo feito, e o 
resultado convertido para o que as unidades são necessárias. 
 Fatores deconversão para o sistema SI da maioria das unidades científicas e de 
engenharia utilizados em projeto de engenharia química são apresentados no Apêndice 
D de Coulson & Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6. As temperaturas 
são dadas em graus Celsius; e graus Kelvin são usados apenas quando a temperatura 
absoluta é requerido no cálculo. Pressões muitas vezes são dadas em bar (ou atm), em 
vez de Pascal (N/m2), pois isso dá uma sensação melhor para a magnitude das pressões. 
 Nos cálculos de técnicos com bar pode ser considerado como equivalente a uma 
atmosfera, seja qual for definição é usado para atmosfera. As abreviaturas bara e barg 
são muitas vezes utilizados para denotar manómetro absoluto e manométrico; análogo 
ao psia e psig quando a pressão é expressa em libra por polegada quadrada. Quando a 
unidade bar é usada por conta própria, sem indicação, é normalmente tomada como 
absoluta. 
 Para stress, N/mm2 tem sido utilizado, uma vez que estas unidades são agora 
geralmente aceite pelos engenheiros, e o uso de uma pequena unidade de área de ajuda 
para indicar que o stress é a intensidade de força em um ponto (como é também de 
pressão). Por quantidade, kmol são geralmente utilizados de preferência a mol, e para 
o fluxo, kmol / h em vez de mol / s, pois isso dá mais ordem de tamanho, que também 
estão mais perto do mais familiarizados lb / h. 
 Para identificar o volume e fluxo volumétrico, m3 e m3 / h são utilizados de 
preferência a m3 / s, o que dá ridiculamente pequeno pequenos valores em cálculos de 
engenharia. Litros por segundo são usados para pequenos fluxos, pois esta é a unidade 
preferida para especificações da bomba. 
 Alguns fatores de conversão aproximados para unidades SI são apresentados na 
Tabela 1.1. Os factores de conversão exatos também são mostrados na tabela. 
28 
 
 Uma tabela mais abrangente de fatores de conversão é dada no Apêndice D de 
Coulson & Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6 . Engenheiros precisam 
estar cientes da diferença entre US galões e galões imperiais (UK) ao usar a literatura 
americana e catálogos de equipamentos. Equipamentos cotados em um catálogo 
americano em galões americanos ou gpm (galões por minuto) terá apenas 80 por cento 
da capacidade nominal, quando medido em galões imperiais. 
 A freqüência de alimentação elétrica nestes dois países também é diferente: 60 Hz 
nos EUA e 50 Hz no RU. Assim, uma bomba especificada como 50 GPM (galões 
americanos), rodando a 1.750 rpm (rotações por segundo) nos EUA somente atingirá 35 
imp gpm se operado no Reino Unido; onde a velocidade do motor será reduzida a 1460 
rpm: por isso tome cuidado. 
 
 
 
 
1.9 BALANÇOS MATERIAIS E DE ENERGIA 
 
 
 
 
 
 
29 
 
2. FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 
 Um projeto de uma planta química é feito de palavras, números e desenhos. Um 
engenheiro pensa naturalmente em termos de esboços e desenhos que são suas 
"fotos”. Assim, para resolver um problema de balanço de material, ele vai começar com 
um bloco para representar o equipamento e, em seguida, irá mostrar os fluxos que 
entram e saem com seus valores e propriedades. Ou pedir-lhe para descrever um 
processo e ele vai começar esboçar o equipamento, mostrar como estão interligados, e 
mostrar os fluxos e as condições de funcionamento. Tais esboços desenvolver em 
fluxogramas, que são desenhos para elaborar representações esquemáticas dos 
equipamentos, a seqüência de operações, e o desempenho esperado de uma proposta 
ou o desempenho real de um já em funcionamento. 
 Por razões de clareza e para satisfazer as necessidades das várias pessoas 
envolvidas no projeto, estimativa de custos, compras, fabricação, operação, 
manutenção e gestão, vários tipos diferentes de fluxogramas são necessário. Os 
principais tipos serão descritos e ilustrados. 
 
2.1. FLUXOGRAMAS DE BLOCOS (BFD) 
 
 Numa fase inicial ou para fornecer uma visão geral de um processo complexo ou 
planta, um desenho é feito com blocos retangulares para representar processos 
individuais ou grupos de operações, em conjunto com quantidades e outras 
propriedades pertinentes de fluxos importantes entre os blocos e a partir do processo 
como um todo. Tal fluxogramas são feitos no início de um processo de projeto para fins 
de orientação ou mais tarde, como um resumo do balanço de material do processo. 
 
Tabela 1.1 
Convenções e formato recomendado para colocar para fora um fluxograma de blocos 
1. Operações mostradas por blocos 
2. Principais linhas de fluxo mostrado com setas dando direção do fluxo 
3. Fluxo vai da esquerda para a direita, sempre que possível 
4. Fluxo Light (gases) em direção a parte superior com fluxo pesado (líquidos e sólidos) 
em direção inferior 
5. Informação crítica única para processar fornecido 
6. Se linhas se cruzam, a linha horizontal é contínua ea linha vertical está quebrado. 
7. Balanço de material simplificado previsto 
 
O exemplo a seguir : 
Tolueno e hidrogénio são convertidos em um reactor para a produção de benzeno e de 
metano. Excesso de tolueno é necessário. Gases não condensáveis são separados e 
descarregados. O produto de benzeno e tolueno que não tenha reagido são em seguida, 
separado por destilação. O tolueno é, em seguida reciclado de volta ao reactor e o 
benzeno removido na corrente de produto. 
30 
 
 
 
Este diagrama de blocos dá uma visão clara da produção de benzeno, sem considerar 
muitos detalhes relacionados com o processo. Cada bloco no diagrama representa uma 
função do processo e pode, na verdade, ser composto de vários equipamentos. O 
formato geral e as convenções utilizadas na preparação de diagramas de processo de 
fluxo de bloco são apresentados na Tabela 1.1. Embora muita informação está faltando 
a partir da Figura 1.1, é claro que tal diagrama é muito útil para "ter uma ideia" do 
processo. Diagramas de processo de fluxo de bloco muitas vezes formam o ponto de 
partida para o desenvolvimento de um PFD. Eles também são muito útil na conceituação 
de novos processos e explicar as principais características do processo sem entrar nos 
detalhes. 
 
Um exemplo de um diagrama de fluxo de bloco de planta para um complexo químico 
completo é ilustrado a figura 1.2. Este diagrama de blocos da planta de fluxo de carvão 
paara vários alcoois. Claramente, este é um processo complicado em que há uma série 
de álcoois combustíveis produzidos a partir de uma matéria-prima de carvão. Cada bloco 
neste Diagrama representa um processo químico completo (compressores e turbinas 
são também como trapézios), e poderíamos, se quiséssemos, desenhar um diagrama do 
processo de fluxo de bloco para cada bloco na figura 1.2. A vantagem de um diagrama, 
tal como a Figura 1.2 é que ele nos permite obter uma imagem completa do que esta 
planta faz e como tudo os diferentes processos interagem. Por outro lado, a fim de 
manter o diagrama relativamente organizado, a informação etá limitada sobre cada 
unidade de processo. As convenções para desenho de diagramas de fluxo de plantas 
são, essencialmente, o mesmo que o apresentado na Tabela 1.1. 
 
31 
 
 
 
 
 
 
 Ambos os tipos de diagramas de fluxo de bloco, tanto da Figura 2.1 como o da 
Figura 2.2 são úteis para explicar o funcionamento global de fábricas de produtos 
químicos. Por exemplo, considere que você acabou de se juntar a uma grande empresa 
de fabricação de produto químico que produz uma vasta gama de produtos químicos do 
local para o qual foram atribuídos. A você provavelmente seria dado um diagrama de 
blocos para orientá-lo para os produtos e áreas importantes de operação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Outro exemplo é mostrado abaixo, ilustrando os fluxos básicos em lb/h, para a obtenção 
devários produtos a partir do carvão : 
 
33 
 
 
 
 
2.2. FLUXOGRAMAS DE PROCESSO (PFD) 
 
 A PFD contém a maior parte os dados necessários de engenharia química para a 
concepção de um processo químico. A PFD de uma empresa provavelmente irá conter 
ligeiramente diferente informação do que o PFD para o mesmo processo a partir de 
outra empresa. Tendo-se este ponto em consideração, é justo dizer que a maioria dos 
PFDs irá transmitir informações muito similares. 
 
A PFD comercial típica conterá as seguintes informações: 
1. Todas as principais partes de equipamentos no processo estarão representados no 
diagrama, juntamente com uma descrição dos equipamentos. A cada equipamento será 
atribuído um número exclusivo e um descritivo. 
2. Todas as correntes de fluxo de processo serão identificadas por um número. Uma 
descrição das condições de processo e da composição química de cada fluxo estarão 
incluídos. Estes dados serão exibidos diretamente na PFD ou incluído em um quadro-
resumo que acompanha o fluxo. 
3. Todos os fluxos de utilidades (água, ar, vapor, efluentes, etc) prestados aos principais 
equipamentos que fornece um processo função serão mostradas. 
4. Malhas de controle básicos, ilustrando a estratégia de controle usados para operar o 
processo durante as operações normais, será mostrado. 
 
34 
 
 É claro que o PFD é um diagrama complexo, que requer um esforço substancial 
para se preparar. É essencial que, para evitar erros na apresentação e interpretação ele 
deve permanecer organizado e ser fácil de seguir. Muitas vezes, PFDs são desenhados 
em grandes folhas de papel (tamanho D: 24 "x 36"), e várias folhas ligadas pode ser 
necessária por um processo complexo. Especificamente, certos informações serão 
apresentadas em tabelas que acompanham e apenas o essencial de informações do 
processo serão incluído no PFD. Os PFDs resultantes devem ter clareza de apresentação, 
e o leitor deve referir-se aos equipamentos de fluxo e tabelas de resumo, a fim de extrair 
todas as informações necessárias sobre o processo. 
 O processo que estará como exemplo é o hidrodealquilação do tolueno para 
produzir o benzeno. isto é um processo comercial bem estudado e bem entendido que 
é usado ainda hoje. O PFD que apresentamos neste capítulo para este processo é 
tecnicamente possível, mas não é de forma optimizada. Na verdade, existem muitas 
melhorias para a tecnologia de processo e desempenho econômico que pode ser feito. 
Muitos destes melhoramentos se tornará evidente, quando o material apropriado é 
apresentado. Isto permite as técnicas fornecidas ao longo deste texto a ser aplicado para 
identificar tanto problemas técnicos e económicos no processo e para fazer as 
necessárias melhorias de processo. Portanto, à medida que avançamos ao longo do 
texto, vamos identificar pontos fracos no design, fazer melhorias, e mover-se em direção 
a um otimizado Diagrama de Fluxo do Processo. 
 A informação básica é fornecida por um PFD pode ser categorizado, considerando 
: 
1. Topologia do Processo 
2. Transmitir Informações 
3. Informações de Equipamentos 
 Vamos olhar para cada aspecto do PFD separadamente. Depois de ter abordado 
cada um dos três temas, vamos trazer todas as informações juntas e apresentar o PFD 
para o processo de benzeno. 
 
2.2.1 TOPOLOGIA DO PROCESSO 
 A Figura 1.3 representa um diagrama de fluxo do processo para a produção do 
benzeno (ver também o diagrama de fluxo de processo de bloco na figura 1.1). Este 
diagrama ilustra no diagrama a localização dos principais equipamentos e as ligações 
que o correntes de processo fazem entre os equipamentos. A localização e a interação 
entre equipamento e as correntes do processo é referido como a topologia do processo. 
Equipamento é representado simbolicamente por "ícones" que identificam unidade 
específica operações. Embora a American Society of Mechanical Engineers (ASME) [2] 
publica um conjunto de símbolos para usar na preparação de fluxogramas, não é 
incomum para as empresas a usar símbolos internos. Um conjunto abrangente de 
símbolos também é dada por Austin [3]. O que quer que conjunto de símbolos é usado, 
raramente há um problema na identificação da operação representada por cada ícone. 
A Figura 1.4 contém uma lista dos símbolos utilizados nos esquemas de processos 
apresentados no presente texto. Esta lista abrange mais de 90% dos símbolos que são 
necessários nos processos de fluido (gás ou líquido). 
 A Figura 1.3 mostra que a maior parte de cada equipamento do processo é 
identificado por um número no diagrama. A lista dos números de equipamentos, 
juntamente com um breve descritivo do nome para o equipamento é impressa na parte 
35 
 
superior do diagrama. A localização destes números e nomes dos equipamentos 
correspondem aproximadamente à localização horizontal da parte correspondente do 
equipamento. A convenção para formatação e identificar o equipamento do processo é 
apresentada na Tabela 1.2. A Tabela 1.2 fornece as informações necessárias para a 
identificação dos equipamentos de processo mostrados em um PFD. Como um exemplo 
de como usar esta informação, considerar a operação da unidade P-101A /B e o que 
cada número ou letra significa. 
 
 
 
 
 
P-101A / B identifica o equipamento como uma bomba 
 
P-101A / B indica que a bomba está localizado na área 100 da planta 
 
P-101A / B indica que esta bomba específica é o número 01 na unidade 100 
 
P-101A / B indica que uma bomba de back-up está instalado. Assim, há dois idênticas 
bombas 
 
P-101A e P-101B. Uma bomba estará operando enquanto o outro está ocioso. 
 
 
 
 
 
 
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37 
 
 
 
 
 
 
 
 A designação de área 100 vai ser usada para o processo de benzeno ao longo deste 
texto. Outros processos apresentados no texto levará outras de área. 
 Ao longo do topo da PFD, cada peça de equipamento do processo é atribuído um 
descritivo. A partir da figura 1.3 pode ver-se que a bomba P-101 é chamado de "bomba 
de alimentação de tolueno”. Este nome será utilizado nas discussões sobre o processo 
e será referida como P-101. 
 Durante a vida da planta, muitas modificações serão feitas para o processo; e 
frequentemente será necessário para substituir ou eliminar equipamentos de processo. 
Quando uma peça de equipamento desgasta e é substituída por uma unidade nova, que 
proporciona essencialmente a mesma função de processo como o aparelho usado, 
então não é incomum para a nova peça de equipamento herdar o nome e número 
(muitas vezes um adicional do velho equipamento sufixo vai ser utilizado, por exemplo, 
H-101 pode tornar-se H-101A). Por outro lado, se uma modificação significativa de 
processo ocorre, então é comum usar novos números de equipamentos e nomes. O 
exemplo que se segue, feita a partir da Figura 1.3, ilustra este conceito. 
 
 
38 
 
 
 
 
Exemplo 2.1 
 Operadores relatam problemas freqüentes com E-102, que estão a ser investigados. O PFD 
para a área 100 da usina é então observado, e E-102 é identificado como o "Resfriador do fluxo 
efluente do reator". A corrente de processo que entra no arrefecedor é uma mistura de gases 
condensáveis e não condensáveis a 654 ° C, que são parcialmente condensados para formar uma 
mistura de duas fases. O líquido de arrefecimento é a água a 30 ° C. Essas condições caracterizam 
um problema de transferência de calor complexo. Os operadores tem notado que a queda de 
pressão através E-102 oscila descontroladamente em determinado vezes, fazendo com que o 
controle do processo fique difícil. Por causa dos problemas frequentes com este trocador de calor 
(resfriador), recomenda-se que o E-102 seja substituído por dois permutadores de calor 
separados. o primeiro permutador arrefece o gás efluente e gera vapor necessáriona planta. O 
segundo permutador usa água de arrefecimento para atingir a temperatura desejada de saída 
de 38 ° C. Estes trocadores devem ser designados como E-107 (Evaporador pelo efluente do 
reator) e E-108 (Condensador do efluente do reator). 
 A designação E-102 é eliminada e não permite-se a transferência para um novo 
equipamento. Assim evita-se qualquer erro, pois E-107 e E-108 são novas unidades neste 
processo e E-102 não existe mais. 
 
 
 Reportando-nos novamente à Figura 1.3, que pode ser visto que cada um dos fluxos 
de processo é identificado por um número na caixa de losângulo localizado na linha de 
fluxo. A direção do fluxo é identificado por uma ou mais setas. Os números de corrente 
de processo são usados para identificar os fluxos no PFD, e o tipo de informação que 
está normalmente dado para cada fluxo é discutido na próxima seção. 
Também identificado na Figura 1.3 são fluxos de utilidades. Utilidades são serviços 
necessários que estão disponíveis na fábrica. Fábricas de produtos químicos são 
supridas com um centro de utilidades que incluem energia elétrica, ar comprimido, água 
de refrigeração, vapor, retorno de condensado, gás inerte, esgoto químico, resíduos do 
tratamento de água,etc. Uma lista dos serviços comuns é dada na Tabela 1.3, que 
também fornece um guia para a identificação dos fluxos do processo. 
 Cada utilidade é identificado pelas iniciais fornecidos na Tabela 1.3. Como um 
exemplo, vamos localizar E-102 na Figura 1.3. A notação, cw, associado com a corrente 
que flui para a L-102 indica que a água de arrefecimento é utilizada como refrigerante. 
 A electricidade utilizada para motores e geradores de energia é uma utilidade 
adicional que não é identificada diretamente no PFD ou na Tabela 1.3, e é tratado 
separadamente. A maioria das utilidades apresentadas estão relacionadas a 
equipamentos que irão adicionar ou remover calor de dentro do processo, a fim de 
controlar as temperaturas. Isso é comum para a maioria dos processos de produção de 
produtos químicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2.2 FLUXO DE INFORMAÇÃO 
 A partir do diagrama de fluxo de processo, Figura 1.3, a identificação dos fluxos do 
processo fica clara. Para os pequenos diagramas contendo apenas algumas operações, 
as características das correntes, tais como as temperaturas, pressões, composições e 
vazões podem ser mostradas diretamente na figura, ao lado do fluxo. Iste não é prático 
para um diagrama mais complexo. Neste caso, só o número de fluxo será fornecido no 
diagrama. Estes índices com os números dos fluxos, fornecem um resumo de 
informações do fluxo, que é muitas vezes fornecida abaixo no diagrama de fluxo do 
processo. Neste texto a tabela de resumo de fluxo é fornecido como um acessório 
separado para o PFD. 
 A informação de fluxo que é normalmente dado em um quadro-resumo de fluxo é 
apresentados na Tabela 1.4. Ele é dividido em dois grupos : informação essencial e 
informação opcional que podem ser importantes para processos específicos. A tabela 
para oprocesso de produção do benzeno, Figura 1.3, é apresentada na Tabela 1.5 e 
contém todas as informações necessárias listadas na Tabela 1.4. 
 Com as informações do PFD (Figura 1.3) e do quadro-resumo do fluxo (Tabela 1.5), 
problemas com relação ao saldos de fluxos e outros são facilmente analisados. Para 
começar a ganhar experiência em trabalhar com as informações do PFD, os exemplos 
que se seguem são fornecidos. 
 
 
 
 
 
 
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Exemplo 2.2 
Confira o balanço dos materiais em geral para o processo de benzeno mostrado na Figura 1.3. 
do figura, identificamos a entrada de fluxos de Fluxo 1 (alimentação tolueno) e Fluxo 3 
(hidrogênio ração) e os fluxos de saída como a Stream 15 (benzeno produto) e Corrente 16 (gás 
combustível). 
A partir da tabela resumo fluxo, estes fluxos são listados como (unidades estão em (103 kg) / h): 
Entrada: Saída: 
Fluxo 3 : 0.82 Fluxo 15 : 8,21 
Fluxo 1 : 10,00 Fluxo 16 : 2,61 
Total de 10,82 × 103 kg / h Total 10,82 × 103 kg / h 
O equilíbrio é alcançado desde Saída = Entrada. 
 
 
 
Exemplo 2.3 
Determinar a conversão, por cada passagem de tolueno para benzeno em I-101 na Figura 1.3. 
Conversão é definido como: 
 
ε = (benzeno produzido) / (total de tolueno introduziram) 
 
Desde o PFD, a entrada de fluxos de R-101 são mostrados como Fluxo 6 (alimentação do reator) 
e fluxo 7 (reciclagem de têmpera a gás), o fluxo de saída é Fluxo 9 (efluente do reator). 
 
A partir de As informações da Tabela 1.5 (unidades são kmol / h): 
tolueno introduzido = 144 (Stream 6) + 0,04 (Stream 7) = 144,04 kmol / h 
benzeno produzido = 116 (fluxo 9) - 7,6 (fluxo 6) - 0,37 (Stream 7) = 108,03 kmol / h 
 
ε = 108.03/144.04 = 0,75 
 
Alternativamente, podemos escrever 
moles de benzeno produzido = tolueno - tolueno out = 144,04-36,00 = 108,04 kmol / h 
 
ε = 108.04/144.04 = 0,75 
 
43 
 
2.2.3 INFORMAÇÃO DE EQUIPAMENTOS 
 O elemento final do PFD é o resumo de informações sobre os equipamentos. Este 
resumo fornece as informações necessárias para estimar os custos de equipamentos e 
fornecer o base para o projeto detalhado dos equipamentos. A Tabela 1.6 fornece as 
informações necessários para a síntese de equipamentos para a maioria dos 
equipamentos encontrados em processos de fluidos. 
A informação apresentada na Tabela 1.6 é utilizado na preparação dos equipamentos 
como resumo do PFD para o processo de benzeno. O resumo de equipamentos para o 
processo de benzeno é apresentada na Tabela 1.7, e os detalhes de como estimar e 
escolher os vários parâmetros do equipamento são discutidos no Capítulo 9 de Coulson 
& Richardson’s, Chemical Engineering Design, Volume 6. 
 
 
44 
 
 
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2.2.4 COMBINANDO TOPOLOGIA, FLUXO DE DADOS, E ESTRATÉGIA DE CONTROLE 
 Um exemplo mais representativo de um PFD é o processo que está representado 
na figura 1.5. Este esquema inclui todos os elementos que se encontram em Figura 1.3, 
algumas das informações encontradas na Tabela 1.5, além de informações adicionais 
sobre os principais circuitos de controle utilizados no processo. 
 Informações de fluxo é adicionada ao diagrama com "informações bandeiras”. A 
forma dos sinalizadores indica a informação específica fornecida na bandeira. A Figura 
1.6 ilustra todos os sinalizadores utilizados no presente texto. Esses sinalizadores de 
informação desempenham um papel duplo. Eles fornecem informações necessárias no 
projeto da planta levando em conta a construção da fábrica e na análise de problemas 
de funcionamento durante a vida do planta. 
 Um exemplo que ilustra as diferentes informações apresentadas no PFD é dado 
abaixo. Com a adição dos circuitos de controle de processos e os sinalizadores de 
informação, o PFD começa a tornar-se confuso. Portanto, a fim de preservar a clareza, é 
necessário limitar os dados que são apresentados com essas bandeiras de informação. 
Felizmente, bandeiras em um PFD são fáceis de adicionar, remover e mudar, e até 
mesmo bandeiras temporários podem ser fornecida ao longo do tempo. 
 As informações fornecidas com as bandeiras também estão incluídas na tabela de 
resumo de cada fluxo do processo.No entanto, muitas vezes, é muito mais conveniente 
quando se analisa o PFD ter certos dados diretamente no diagrama. 
 
 
 
 
 
 
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Exemplo 2.4 
No Fluxo 1 na Figura 1.5 e observe que, imediatamente após a identificação de fluxo “1” no 
losângulo ocorre a fixação de três bandeiras contendo os seguintes dados: 
1. Temperatura de 25 ° C 
2. Pressão