PQI 3211 Engenharia de Produção e Processos Químicos 3211-Aula-1... · 08/03/2017 1 PQI 3211...

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PQI 3211Engenharia de Produçãoe Processos Químicos

O setor de Indústrias Químicas no Brasil

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DO BRASIL

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3

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1

Produtos químicos de uso industrial

1.006 = Total de fábricas de produtos químicos de uso industrial cadastradas

= 4

7

64

10

= 4

8

2

70

2

5

= 7= 14

4

= 5

= 41 1

1

1

Nordeste = 114Sudeste = 706S l 159

Norte = 15Nordeste = 114industrial cadastradas

no Guia da Indústria Química Brasileira

4

51 = 77

74= 34

555

Fonte: ABIQUIM.

Sul = 159Nordeste 114Sudeste = 706Sul = 159

Fonte: ABIQUIM

Matéria-prima

Petróleo Gás

Minérios

Matéria-prima

Estrutura da Indústria Química

Fonte: ACC -Guide to the Business of Chemistry -

2002

Processo Químico

Produtos Químicos BásicosEnergia

ArÁgua

Biomassa

Processo Químico

8

Intermediários Químicos e Produtos Finais

Indústrias de Transformação

Consumidores Exportação

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Características de uma Indústria Química:

Produto pode ser matéria-prima da própria IQ

Intensiva em capital, matéria-prima e energia

Grande escala, o p e r a ç ã o c o n t í n u a

Permeia demais setores industriais e de consumo

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OBJETIVOS DO CURSO

1. Aquisição de Conceitos sobre Engenharia de Processos Químicos

2. Aprendizado de técnicas de solução de Balanços de Massa e de Energia em Processos da

Indústria Química

Representações de processos industriais:

Etapa 1fluxogramas de processo

Representações de Sequências

de Etapas de Processamento

(Operações)

Etapa 1

Etapa i

(Operações)

Etapa n

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Produção de Café

a partir de água e grãos de café torrado

Fluxograma do Processo de Produção de Café

a partir de água e grãos de café torradoa partir de água e grãos de café torrado

Aquecer água

Água

Café

Extrair café

SepararL-S

(filtrar)

Sólido:

Rejeito

Moer os grãos

Café

(grãos) Líquido: Produto

Etapas (operações)

Conexões (correntes)

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Fluxograma do Processo de Produção de Café


Energia


Aquecer água

Água

Café

Extrair café

SepararL-S

(filtrar)

Sólido:

RejeitoEnergia

Moer os grãos

Café

(grãos) Líquido: Produto

Etapas (operações)

Conexões (correntes)

Produção de Café


Consumo específico, por kg de produto (solução):

1,13 kg água

0,07 kg Café moído

Energia*

Rejeito: 0,20 kg (35% de sólidos)

Invest imento?Invest imento?

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M té i

Estrutura de um Processo Industrial

Reciclos

Matérias-Primas

Preparação Transformações Acabamento

Processos de Tratamento

Produtos

Rejeitos

Efluentes

SINTERIZAÇÃO

Carvão Minério de Ferro

Altos

Processos da Indústria Siderúrgica

REDUÇÃO

COQUEIFICAÇÃOCarvão

OXIGENAÇÃO

Ferro

FornosAciaria

MOLDAGEM -LINGOTAMENTO

Aço

LINGOTAMENTO

Produtos

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Sinterização

Processos da Indústria Siderúrgica

Coqueria

Petróleo cru

Refino de Petróleo

CRAQUEAMENTOS

DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

Tratamentos: hidrotratamentos

etc

Frações pesadas

Frações médias

Frações leves

Tratamentos: reforma catalítica etc

Produtos pesados:Asfalto, óleos pesados

etc

Produtos intermediários:Óleo combustível, diesel,

gasolina, nafta etc

Produtos leves:Solventes, gases

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Representações de processos industriais:

fluxogramas

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Diagrama de Entradas e Saídas

Matérias-primas

A B

A + B C + D

Produtos

C D

Diagrama de Blocos (ou Funções)

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Fluxograma de Processo

Fluxograma de Processo de uma área específica

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Fluxograma de Processo de uma área específica

Fluxograma de Tubulações e Instrumentos (P & I)

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Planta de Tubulações

Desenhos em perspectiva isométrica

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Representações de um mesmo sistema


Unidade de Processamento

Entradas Saidas

. . .

. . .

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Unidade de

Entradas Saidas

. . .

. . .Processamento


Energia


Entradas Saidas

Energia

. . .

. . .

Variáveis de Processo:

VazãoTemperaturaPressãoComposição

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Exemplo: Unidade de Evaporação

Energia


Solução aquosa salina

Solução Concentrada (salmoura)

Energia

Água

1122

33

Variáveis de Processo:

VazãoTemperaturaPressãoComposição

3 Correntes:

Corrente 1: água; salCorrente 2: Água; salCorrente 3: Água

Total: 11 variáveis (Correntes)+ taxa de consumo de energia


11

33

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17 Correntes:

Total: 67 variáveis (Correntes)+ taxa de consumo de energia em cada estágio

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OBJETIVOS DO CURSO

1. Aquisição de Conceitos sobre Engenharia de Processos Químicos

2. Aprendizado de técnicas de solução de Balanços de Massa e de Energia em Processos da

Indústria Química

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PROFESSORES

Prof. Roberto Guardani

Prof. Moisés Teles dos Santos

www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi3211

Bibliografia

HIMMELBLAU, D.M. RIGGS, J.B. Engenharia Química - Princípios e Cálculos. Trad. da 7ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2006. 888p.

REKLAITIS, G.V. Introduction to Material and Energy Balances. J. Wiley, New York, 1983. 683p.

FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos Químicos. Trad. da 3ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005. 604p.

TURTON, R., BAILIE, R.C., WHITING, W.B., SHAEIWITZ, J.A., Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, 2nd. Ed., Prentice Hall, Upper Saddle River 2007 987pUpper Saddle River, 2007. 987p.

McCABE, W. L., SMITH, J. C., HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th. Ed., McGraw-Hill, 2001.

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Aula Tema

1 Apresentação do curso Introdução Conceituação de

PQI 3211

1 Apresentação do curso. Introdução. Conceituação de processos industriais; fluxogramas de processo.

2 Variáveis de processo, unidades, conversão de unidades.

3

4

Balanços de Massa: formulação geral – Análise de Graus de Liberdade.

Balanços de Massa em Sistemas com Múltiplas Unidades de Processamento.

5 Aplicação de BM a processos com reações químicas. Reatores Químicos Industriais.

PROVA P1PROVA P1

Aula Tema

6 Balanço de Energia.



9 Operações da Indústria Química: Trocadores de Calor

PROVA P2PROVA P2

10

11

12

Operações da Indústria Química: Processos de Separação e Purificação

Operações da Indústria Química: Processos de Separação e Purificação

O õ d I dú t i Q í i Utilid d E i12

13

Operações da Indústria Química: Utilidades, Energia

Estimativas de Custo para Processos Químicos

PROVA P3PROVA P3

PROVA SUBPROVA SUB

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Critério de Aprovação

Média de 3 provas, com pesos 1,0, 1,5 e 1,5:

P = (P1 + 1,5 P2 + 1,5 P3)/4

OBJETIVOS DO CURSO

1.Aquisição de conceitos sobre Balanços de Massa e de Energia em Processos Químicos

Industriais

2 Aquisição de habilidades na solução de2.Aquisição de habilidades na solução de equações relacionadas aos Balanços de Massa e

de Energia

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Exemplo:

Processo de Produção de Etileno Glicol

Etapa 1: Eteno (Etileno) + Oxigênio → Óxido de Etileno

Etapa 2: Óxido de Etileno + Água → Etileno Glicol

Aditivos sist. Refrigeração

Produção de PoliesterPoliester

Exemplo:


Etapa 1: C2H4+ ½ O2 → C2H4O (g), catalisada

C2H4+ 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O (g)

Condições:Temperatura, pressão, proporção molar C2H4 : O2

Etapa 2: C2H4O+ H2O → C2H4(OH)2 (Líq.)

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Ar H2O

C2H4(OH)2

H2O, C2H4O, outros

?? ??

Reator 1 Reator 2C2H4 C2H4O

C2H4(OH)2

C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4

Gás,l T l

Líquido,Temperatura e Pressão ambientes

alta Temperatura, alta Pressão

Ar H2O

C2H4(OH)2

H2O, C2H4O, outros


C2H4(OH)2

C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4

Produto

RejeitosRecicláveis

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Ar H2O

?? ??


C2H6O2

São necessárias etapas intermediárias com as seguintes funções:

1.Mudança de condição termodinâmica (Temperatura, Pressão)

2.Separação de componentes das misturas

3.Recuperação ou descarte de alguns componentes

Ar H2O

?? ??


C2H6O2

Operações Unitárias:

1.Trocadores de calor, bombas, compressores, ...

2.Colunas de destilação, absorção, ...

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