Capítulo 2 Introdução à Análise e Otimização de Processos

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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.
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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.
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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.
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*** Análise ***
Processo
Químico
Entrada ?
*** Síntese ***
?
Entrada Saída
Tarefas:
• decomposição
• modelagem
• simulação
Tarefas:
• síntese
• avaliação econômica
• otimização
• controle
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.2 Projeto, Análise e Síntese de Processos
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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
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.3 Síntese de Processos
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② Interconectar as etapas individuais para formar um Processo 
Químico completo
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.3 Síntese de Processos
Duas atividades principais:
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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
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.4 A Estrutura Básica de Processo Químico
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Reator converte FEED em PRODUCT e BYPRODUCT
FEED FEED
PRODUCT
BYPRODUCT
Vapor
Reator
Água
Resf.
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.6 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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Processos de separação para isolar o produto desejado
FEED
FEED
PRODUCT
BYPRODUCT
FEED não 
reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
PRODUCT
BYPRODUCT
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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FEED
FEED
PRODUCT
BYPRODUCT
FEED não 
reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
PRODUCT
BYPRODUCTUso de utilidades de maneira 
ineficiente
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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FEED
FEED não 
reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
PRODUCT
BYPRODUCT
Integração Energética 
1Processo
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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FEED
FEED não 
reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
PRODUCT
BYPRODUCT
Integração Energética
2Processo
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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FEED
FEED não 
reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
PRODUCT
BYPRODUCT
Explorar o projeto do reator 
V reator FEED reagido
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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Diferente estratégia de separação
FEED
FEED não 
reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
PRODUCT
BYPRODUCT
FEED reagido
PRODUCT
BYPRODUCT
FEED não 
reagido
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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FEED
FEED
PRODUCT
BYPRODUCT
FEED não 
reagido
FEED
PRODUCTPRODUCT
BYPRODUCT
Novo sistema de separação
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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FEED
BYPRODUCT
FEED
PRODUCT
Novo sistema de separação 
com integração energética
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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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
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.5 O Diagrama Cebola de Projeto de Processos
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Processo 2
Processo 1
Simulação
Criação de Diferentes ProcessosPr
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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Processo 2
Processo 1
Avaliação 
Econômica
Criação de Diferentes Processos
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
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Processo 2
Processo 1
Criação de Diferentes Processos
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
Segurança
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Processo 2
Processo 1
Criação de Diferentes Processos
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Capítulo 2: Introdução à Análise e Otimização de Processos Químicos
2.7 Hierarquia de Projeto de Processos Químicos
Dinâmica e
Controlabilidade
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Processo 2
Processo 1
Criação de Diferentes Processos
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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.