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1Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.1 Objetivo Introduzir os conceitos de projeto, síntese e análise de processos, bem como situar o objeto do curso de AOPQ dentro deste universo. P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q 2.2 O Processo Químico Conjunto de equipamentos, escolhidos pelas suas funções específicas, interligados de modo a possibilitar a transformação de uma matéria-prima em um produto de interesse, de forma econômica, segura e em escala comercial. O objetivo do processo químico é a obtenção de produtos desejados a partir de matérias primas selecionadas ou disponíveis. Processo Químico Matéria Prima Produtos Valor Agregado (Interesse do Mercado) Várias Etapas: • Reação • Separação e/ou Mistura • Aquecimento e/ou Resfriamento • Mudança de Pressão • Redução de tamanho de partículas ou aumento, etc. 2 P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.2 Projeto, Análise e Síntese de Processos Projeto de Processos: O que é? Análise de Processos: O que é? É conceber a forma, é dimensionar, calcular volume, áreas, comprimentos, tamanhos. Envolve basicamente dimensionamento de equipamentos. É calcular as quantidades e propriedades dos produtos a partir das quantidades e propriedades das matérias primas ou vice-versa, dado que os tamanhos e formas dos equipamentos são conhecidos, isto é, a unidade de processo ou um processo como um todo, são conhecidos. Síntese de Processos: O que é? É conceber e ordenar os vários equipamentos da indústria química de forma a se obter um processo completo, isto é, combinar diferentes equipamentos para se executar tarefas de reação, separação, destilação, purificação etc. para transformar matérias-primas em produtos. 3 *** Análise *** Processo Químico Entrada ? *** Síntese *** ? Entrada Saída Tarefas: • decomposição • modelagem • simulação Tarefas: • síntese • avaliação econômica • otimização • controle P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.2 Projeto, Análise e Síntese de Processos 4 Passo 1 Passo 3 Passo N-1 Duas atividades principais: ① Identificar as etapas individuais de um processo Passo 2 aquecimento compressão reação separação Passo N armazenagem P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.3 Síntese de Processos 5 ② Interconectar as etapas individuais para formar um Processo Químico completo P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.3 Síntese de Processos Duas atividades principais: 6 Sistema de Energia Sistema de Controle e Segurança Sistema Reacional Sistema de Separação Entradas do Sistema Saídas do Sistema Reciclo Cinética e Cálculo de Reatores Operações Unitárias Análise e Otimização de Processos Químicos Controle e Segurança de Processos Químicos Processo Químicos Industriais (balanços, reciclo, graus de liberdade, etc.) • Termodinâmica • Fenômenos de Transporte • Física, Química, Cálculo, Numérico • Simulação e Otimização P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.4 A Estrutura Básica de Processo Químico 7 Reator converte FEED em PRODUCT e BYPRODUCT FEED FEED PRODUCT BYPRODUCT Vapor Reator Água Resf. P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.6 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 8 Processos de separação para isolar o produto desejado FEED FEED PRODUCT BYPRODUCT FEED não reagido PRODUCT BYPRODUCT PRODUCT BYPRODUCT P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 9 FEED FEED PRODUCT BYPRODUCT FEED não reagido PRODUCT BYPRODUCT PRODUCT BYPRODUCTUso de utilidades de maneira ineficiente P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 10 FEED FEED não reagido PRODUCT BYPRODUCT PRODUCT BYPRODUCT Integração Energética 1Processo P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 11 FEED FEED não reagido PRODUCT BYPRODUCT PRODUCT BYPRODUCT Integração Energética 2Processo P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 12 FEED FEED não reagido PRODUCT BYPRODUCT PRODUCT BYPRODUCT Explorar o projeto do reator V reator FEED reagido P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 13 Diferente estratégia de separação FEED FEED não reagido PRODUCT BYPRODUCT PRODUCT BYPRODUCT FEED reagido PRODUCT BYPRODUCT FEED não reagido P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 14 FEED FEED PRODUCT BYPRODUCT FEED não reagido FEED PRODUCTPRODUCT BYPRODUCT Novo sistema de separação P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 15 FEED BYPRODUCT FEED PRODUCT Novo sistema de separação com integração energética P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 16 Tratamento de Água e Efluentes Utilidades (Aquecimento e Resfriamento) Recuperação de Energia Sistema de Separação e Reciclo Reator (Sistema de Reação) dita dita dita dita P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.5 O Diagrama Cebola de Projeto de Processos 17 Processo 2 Processo 1 Simulação Criação de Diferentes ProcessosPr o f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 18 Processo 2 Processo 1 Avaliação Econômica Criação de Diferentes Processos P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos 19 Processo 2 Processo 1 Criação de Diferentes Processos P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos Segurança 20 Processo 2 Processo 1 Criação de Diferentes Processos P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos Dinâmica e Controlabilidade 21 Processo 2 Processo 1 Criação de Diferentes Processos P ro f. H u m b e rt o M o li n a r H e n ri q u e (h u m b e rt o @ u fu .b r) In tr o d u ç ã o a A O P Q Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos 2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos Otimização Capítulo 1. Smith, R. (2005). Chemical Process Design and Integration. England: John Wiley & Sons.
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