“DIA DA INTEGRAÇÃO” PARA NOVOS COLABORADORES Integração –1º Turma.
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2014 / 1
Colaborador:
Flávio S Francisco
Prof. Responsável:
Carlos Augusto G. Perlingeiro
INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS
Integração Mássica
EQE-489 – Engenharia de Processos
10/03/2014
TPQBq/EQ/UFRJ
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Integração de Processos (IP)
Redes de Transferência de Massa
Diagrama de Fontes de Água (DFA):
Uma ferramenta para gestão do reúso de águas na indústriaProcedimento para sistemas com um contaminante
Procedimento para sistemas com múltiplos contaminantes
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O Recurso Água
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Água: princípio ativo da sustentabilidade ambiental
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DISTRIBUIÇÃO DAS RESERVAS DE ÁGUA NO PLANETA
(Mays, 1996, apud Mierzwa e Hespanhol, 2005)
Volume total de água: 1.385.984.000 km3
Oceanos – 96,50%
Água salobra – 0,97%
Água doce – 2,53%
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DISTRIBUIÇÃO DAS RESERVAS DE ÁGUA NO PLANETA
(Mays, 1996, apud Mierzwa e Hespanhol, 2005)
Volume total de água: 1.385.984.000 km3
Escassez de reservas
Conservação e uso racional
Oceanos – 96,50%
Água salobra – 0,97%
Água doce – 2,53%
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DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA POR ATIVIDADE (ANA, 2002)
Irrigação62,70%
Uso industrial14%
Consumo humano17,90%
Consumo animal5,40%
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Água na Indústria
Matéria-prima
Uso como fluido auxiliar
Uso para geração de energia
Uso como fluido de aquecimento e/ou resfriamento
Transporte e assimilação de contaminantes
DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA POR ATIVIDADE (ANA, 2002)
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Brasil: um país irrigado
68% da matriz energética brasileira vem da água dos rios que são barrados em usinas hidrelétricas
16% de toda a água enviada ao mar pelos rios do planeta sai da bacia Amazônica
11% de toda a água doce da Terra está no Brasil
6 milhões de km² (quase o tamanho da Austrália) é a área da bacia Amazônica, que cobre sete países
Fonte: NATIONAL GEOGRAPHIC BRASIL, Abril 2011
90% do território brasileiro recebe em média entre 1.000 e 3.000 mm de chuvas por ano
34 milhões de litros de água po ano: é o que cada brasileiro teria à sua disposição, considerando-se toda a reserva de rios, lagos e aquíferos do país
132 litros de água é o volume diário médio consumido pelo brasileiro
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E mais...
Maior rioAmazonas (AM) 6.675 km
Mai
or Cac
hoeira
Aracá (AM)
365 m
Maior lagoa
Patos (RS) 10.144 km²
Maior planície inundável
Pantanal 210 mil km²(MT / MS)
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Mais de 68% da água doce disponível no país encontra-se na Região Norte, habitada por menos de 7% da população ¹
Somente 32% dos recursos hídricos estão disponíveis para 93% da população ¹
Fontes: (1) http://www.maenatureza.org.br/
(2) NATIONAL GEOGRAPHIC BRASIL, Abril 2011
35 milhões de brasileiros vivem sem coleta de esgoto ²
10% da população brasileira, ou 19 milhões de pessoas, não tem acesso à água tratada ²
No entanto...
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Além disso...
O desperdício de água no Brasil chega a 40%, segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), bem acima do padrão aceito internacionalmente,
em torno de 20%
Irrigação
Redes mal conservadas para a distribuição de água nas cidades
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Taxas pelo uso da água de rios e pelo descarte de efluentes
Necessidade atual de redução do consumo de água e da geração de efluentes
(Comitês de Bacias Hidrográficas)
No passado...
Água considerada um recurso ilimitado e uma commodity de baixo custo
Mas agora...
PROCESSOÁgua Primária Efluente
Regulamentação mais Rigorosa
Aumento do Custo
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Redução da vazão de água
Custo da água do processo
Custo do tratamento de efluente
Custo de bombeamento
Custo de tubulação
Quantidade de contaminante
MAIOR INCENTIVO PARA A MINIMIZAÇÃO
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VISÃO GERAL
“Conjunto de atividades que incluem a concepção, o dimensionamento e a avaliação de desempenho do processo para obtenção do produto desejado”
(GIPQ / EQ / UFRJ)
Engenharia de Processos
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SÍNTESE DE PROCESSOS
ANÁLISE DE PROCESSOS
OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS
AVALIAÇÃO ECONÔMICA
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Métodos gerais e sistemáticos para o projeto de
sistemas de produção integrados, desde
processos individuais até complexos industriais,
com ênfase especial no uso eficiente de energia e
na redução de efeitos ao meio ambiente.
Integração de Processos (IP)
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Uma forma sistemática para identificar e corrigir ineficiências em processos
Analisa o processo global e as interações entre suas diferentes etapas no lugar de considerar operações individuais
Leva em conta as restrições econômicas antes do projeto detalhado
Fornece uma análise avançada com software
Complementa as auditorias energéticas convencionais
Integração de Processos (IP)
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INTEGRAÇÃO MÁSSICA INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA
INTEGRAÇÃO MÁSSICA E ENERGÉTICA
Minimização do uso de água
Otimização no uso de hidrogênio
Abordagem termodinâmica
Abordagem heurística
Abordagem por programação matemática
Síntese de ProcessosSíntese de ProcessosReadaptação
“Retrofit”
Readaptação
“Retrofit”
ADAPTADO DE TECLIM / UFBA (2003)
Integração de Processos e Prevenção da Poluição
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Principais Etapas para um Estudo de IP
1. Obter compromisso com a gerência da planta
2. Criar uma equipe de projeto, incluindo um especialista em IP, pessoal da planta e especialista em processo
3. Obter os balanços de massa e energia
4. Aplicar metodologias de IP com software específico:
Potencial para máximas economias
Opções de projeto levam em conta todas as restrições do processo
5. Estudo prévio de Viabilidade Técnico-econômica
6. Seleção de projetos alinhados com as fontes da empresa e um tempo de retorno aceitável e o desenvolvimento de um plano de investimentos
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Auxilia as indústrias em 4 aspectos interrelacionados…
Tempo de retorno : 6 meses a 3 anos
Potencial de economia: 10 a 40%
Custo de estudo de um IP: R$ 30 mil a R$ 1.000 mil
Benefícios da IP
Reduzir consumo de energia e emissões de gases
Reduzir consumo de água e geração de efluentes
Reduzir perdas de matéria-prima
Aumentar a lucratividade
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Polpa & Papel, Petróleo & Gás, Petroquímicos, Químicos, Aço & Metalúrgicas, Alimentos e
bebidas são bons candidatos
Quem pode se beneficiar com a IP?
Integração de Processos pode ser usada por empresas que:• Usam grandes quantidades de energia
(petróleo, gás, carvão) Alto Custo de Energia
• Tem uma rede complexa de água e energia
• Tem gargalo nos sistemas de tratamento e utilidades
• Tem um alto custo de tratamento de efluentes
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Metas da IP
Custo de Investimento
Custo de Energia
Utilização da matéria-prima
Operabilidade(Flexibilidade, Controlabilidade)
Segurança
Emissões
Minimizar Maximizar
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INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS e
MINIMIZAÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA e da
GERAÇÃO DE EFLUENTES
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Processos industriais necessitam rever o padrão de consumo hídrico
Preocupação atual com o uso racional dos recursos hídricos
Ausência de uma metodologia que
proponha um mecanismo eficiente
de reutilização de água na indústria
Reúso por inspeção – não garante o máximo aproveitamento do
potencial hídrico no processo (máximo reúso)
Promover o equilíbrio entre consumo hídrico e produção industrial
Diagrama de Fontes de Água (DFA – GOMES et al., 2007 & 2013)
Procedimento algorítmico-heurístico – geração simultânea de fluxogramas alternativos de processo – Reúso, Regeneração e Reciclo de correntes aquosas
Integração
de
Processos
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1. Reduzir o volume de água
2. Reduzir o volume do efluente
3. Reduzir a quantidade de contaminantes do efluente
Sem fazer mudanças fundamentais no processo!
Objetivos
Redução do Consumo de Água e da Vazão de Efluentes Aquosos Gerados
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Redução da vazão de água
Custo da água do processo
Custo do tratamento de efluente
Custo de bombeamento
Custo de tubulação
Quantidade de contaminante
MAIOR INCENTIVO PARA A MINIMIZAÇÃO
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OPERAÇÃO 1
OPERAÇÃO 2
OPERAÇÃO 3
ÁGUA PRIMÁRIA REJEITO
OPERAÇÃO 1
OPERAÇÃO 2
OPERAÇÃO 3
ÁGUA PRIMÁRIA REJEITOREGENERAÇÃO
OPERAÇÃO 1
OPERAÇÃO 2
OPERAÇÃO 3
ÁGUA PRIMÁRIA REJEITOREGENERAÇÃO
Reúso
Regeneração com Reúso
Regeneração com Reciclo
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SÍNTESE DE REDES DE TRANSFERÊNCIA DE MASSA
Integração mássica
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SÍNTESE DE REDES DE TM
Necessita de um PROCEDIMENTO SISTEMÁTICO para a SÍNTESE DA REDE DE ETM (RETM)
PROBLEMA COMBINATORIAL DE ENCONTRAR OS PARES DE CORRENTES E A
SEQUÊNCIA DE EQUIPAMENTOS DE TM (ETM)
MINIMIZAÇÃO DE ÁGUA DE PROCESSO E EFLUENTES AQUOSOS É UM
PROBLEMA TÍPICO DA ENGENHARIA DE PROCESSOS
AP PODE SER ORIGINADA NA PRÓPRIA PLANTA OU FORNECIDA DE FONTE
EXTERNA, COMO ÁGUA PURA
EM PARTICULAR, TRANSFERIR CONTAMINANTES DAS CORRENTES DE
PROCESSO PARA UTILIDADES (ÁGUA DE PROCESSO => AP)
GERAR, DE UMA FORMA SISTEMÁTICA, A RETM COM UM MÍNIMO CUSTO, COM
O OBJETIVO DE TRANSFERIR CONTAMINANTES DE CORRENTES RICAS
NESTAS ESPÉCIES PARA CORRENTES POBRES
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• CORRENTE DO PROCESSO SE TORNA MENOS CONTAMINADA
• ÁGUA SE TORNA MAIS CONTAMINADA
TROCADOR DE MASSA
PROCESSO
ÁGUA
fp
fA
Cp,OUTCp,IN
CA,INCA,OUT
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TROCADOR DE MASSA
PROCESSO
ÁGUA
fp
fA
Cp,OUTCp,IN
CA,INCA,OUT
Concentração
Carga Mássica
Água
Processo
CA, OUTCP, OUT
CA, IN
CP, IN
fP
fA
(CP – CA), em uma dada carga mássica, é a força motriz de transferência de massa
A força motriz é dada pela diferença entre a concentração do processo e a da água, para uma determinada carga mássica, ou seja, ela é pontual. O objetivo é minimizar esta força motriz, tal como o ∆Tmin, em analogia à integração energética.
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Concentração
Carga mássica
Água
Processo
fP
fAREDUÇÃO DAVAZÃO DE ÁGUA
AUMENTO DACONCENTRAÇÃO DE SAÍDA
(menos água)
C OUT, MAX
REDUÇÃO DA VAZÃO DE ÁGUA
Mínima vazão ou máxima concentração de saída
Inclinação da reta → inverso da vazão
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• CÁLCULO DA MASSA DE CONTAMINANTES TRANSFERIDA PARA O EFLUENTE AQUOSO
• MASSA DE CONTAMINANTES TRANSFERIDA IGUAL À VAZÃO DA ÁGUA VEZES A VARIAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO
m = F * C• UNIDADES:
g / h = ton / h * ppm
BASE DE CÁLCULO
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NOTA
A CONCENTRAÇÃO TOMA COMO BASE A VAZÃO DE
ÁGUA E NÃO A VAZÃO DA MISTURA
* C = m / F
* C = m / (Fm + F) NÃO
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FLUXOGRAMA DO PROCESSO
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IDENTIFICAR OS PROCESSOS QUE UTILIZAM ÁGUA
E ESTABELECER O BALANÇO HÍDRICO
ÁGUA PRIMÁRIA
EFLUENTE
EFLUENTE
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Processo Original
OPERAÇÃO 4
OPERAÇÃO 3
OPERAÇÃO 2
OPERAÇÃO 120 t/h
62,5 t/h
40 t/h
8 t/h
130,5 t/h
0 ppm
Água tratada
D M
20 t/h
62,5 t/h
40 t/h
8 t/h
100 ppm
80 ppm
750 ppm
500 ppm
130,5 t/h
Efluente aquoso
![Page 39: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/39.jpg)
OPERAÇÃO 4∆m = 4 kg/h
OPERAÇÃO 3∆m = 30 kg/h
OPERAÇÃO 2∆m = 5 kg/h
OPERAÇÃO 1∆m = 2 kg/h
20 t/h
62,5 t/h
40 t/h
8 t/h
130,5 t/h
0 ppm
Água tratada
D M
20 t/h
62,5 t/h
40 t/h
8 t/h
100 ppm
80 ppm
750 ppm
500 ppm
130,5 t/h
Efluente aquoso
Processo Original Quantidade de massa transferida
Δm = fL . (Cout – Cin)
![Page 40: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/40.jpg)
OPERAÇÃO 4∆m = 4 kg/h
OPERAÇÃO 3∆m = 30 kg/h
OPERAÇÃO 2∆m = 5 kg/h
OPERAÇÃO 1∆m = 2 kg/h
Água tratada
D M
100 ppm
100 ppm
800 ppm
800 ppm
Efluente aquoso
Novas Concentrações de SaídaValores “Máximos”
(100 ppm)
(80 ppm)
(750 ppm)
(500 ppm)
AGORA PERMITA QUE A CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA ATINJA O MÁXIMO
![Page 41: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/41.jpg)
OPERAÇÃO 4∆m = 4 kg/h
OPERAÇÃO 3∆m = 30 kg/h
OPERAÇÃO 2∆m = 5 kg/h
OPERAÇÃO 1∆m = 2 kg/h
Água tratada
D M
100 ppm
100 ppm
800 ppm
800 ppm
Efluente aquoso
Novas Concentrações de SaídaNovas Vazões - m
20 t/h
50 t/h
37,5 t/h
5 t/h
112,5 t/h
20 t/h
50 t/h
37,5 t/h
5 t/h
112,5 t/h
SOLUÇÃOΔm = fL . (Cout – Cin)
![Page 42: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/42.jpg)
CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA MÁXIMA
Mínima força motriz de transferência de massa
Mínima vazão requerida
Limite de corrosão
Limite de deposição
Máxima concentração de entrada para tratamento da corrente
Solubilidade máxima
![Page 43: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/43.jpg)
Resumo Parcial
Processo Consumo Água - 0 ppm (t/h)
Original 130,5
Novas Concentrações de Saída 112,5
m constante
![Page 44: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/44.jpg)
OPERAÇÃO 4∆m = 4 kg/h
OPERAÇÃO 3∆m = 30 kg/h
OPERAÇÃO 2∆m = 5 kg/h
OPERAÇÃO 1∆m = 2 kg/h
Água tratada
M
100 ppm
100 ppm
800 ppm
800 ppm
Efluente aquoso
Novas Concentrações de EntradaValores “Máximos”
0 ppm
50 ppm
50 ppm
400 ppm
Possibilidade de Reúso
![Page 45: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/45.jpg)
Resumo
Processos que usam água podem ser
representados em um gráfico de concentração
versus QC
As formas tradicionais para minimização de água,
minimizando a vazão, são limitadas pelo máximo
de concentração de saída
![Page 46: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/46.jpg)
NOVAS CONCENTRAÇÕES DE ENTRADA
Qual a nova vazão de água tratada correspondente?
USO DO DFA
![Page 47: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/47.jpg)
Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes Aquosos
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Sistemas Unicomponentes
Máximo Reúso
![Page 48: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/48.jpg)
(GOMES, 2002; GOMES et al., 2007; GOMES et al., 2013)
Procedimento algorítmico-heurístico voltado para identificação de
oportunidades realinhamento de correntes hídricas para máximo reúso
Conceitos da Tecnologia Pinch (WANG e SMITH, 1994)
Além de máximo reúso, a análise pode considerar:
Alcançar o consumo mínimo de água considerando todas as
combinações possíveis entre correntes
Procedimento para Redução da Vazão de Efluentes Aquosos
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Restrição de vazão
Múltiplas fontes de água
Perdas inerentes ao processoRegeneração com reúso
Regeneração com reciclo
UM CONTAMINANTE MÚLTIPLOS CONTAMINANTES
![Page 49: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/49.jpg)
Operação Massa de contaminante
(kg/h)
CIN (ppm)
COUT (ppm)
Vazão limite (t/h)
1 2 0 100 20
2 5 50 100 100
3 30 50 800 40
4 4 400 800 10
CIN e COUT Melhor que sejam os máximos
Tabela de Oportunidades
(Wang & Smith, 1994)
Exemplo
![Page 50: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/50.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 1
![Page 51: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/51.jpg)
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
![Page 52: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/52.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 2
Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 1
![Page 53: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/53.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
![Page 54: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/54.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 2
Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 3
Determinação da quantidade transferida por intervalo: m = flim C
Passo 1
Trocador de massa
Operação (k)
Corrente de processo
Corrente de água
Cproc,ik
Cfk Cik
Cproc,fk
Δmk = Gk x (Cproc,ik - Cproc,fk ) = Fk x (Cfk - Cik)
Torna-se menos contaminada!
Torna-se mais contaminada!
![Page 55: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/55.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
![Page 56: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/56.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
![Page 57: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/57.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 2
Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 3
Determinação da quantidade transferida por intervalo: m = flim C
Passo 4
Regra 1: Uso de fontes externas quando não houver fonte interna disponível
Regra 2: Priorizar o uso da fonte de água com maior concentração
Regra 3: Para uma dada operação, a fonte utilizada em certo intervalo deve assimilar a quantidade de massa a ser transferida (m do respectivo intervalo)
Determinação do consumo de fontes de água: f = m/Cint
Passo 1
![Page 58: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/58.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
Δm = fL . (Cout – Cin) f = Δm / (Cout – Cin)
20 20
50 50
20 20 20 40
20
5,7 5,7
Ұ f t/h a 0 ppmFontes disponíveis
Priorizar reúso de fonte mais “suja” nas OP’s
20 t/h a 50 ppm (OP1, i=1 → OP1, i=2)
Ұ f t/h a 0 ppm
20 t/h a 100 ppm (OP1)
50 t/h a 100 ppm (OP2)
20 t/h a 100 ppm (OP3, i=2 → OP3, i=3)Ұ f t/h a 0 ppm
40 t/h a 400 ppm (OP3, i=3 → OP3, i=4)50 t/h a 100 ppm (OP2)
Ұ f t/h a 0 ppm
![Page 59: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/59.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
Δm = fL . (Cout – Cin) f = Δm / (Cout – Cin)
20 20
50 50
20 20 20 40
20
5,7 5,7
![Page 60: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/60.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
20 20
50 50
20 20 20 40
20
5,7 5,7
90 90 45,7 45,7 Pinch
![Page 61: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/61.jpg)
2
D M
D 4
3
1
90 t/h
50 t/h 50 t/h 5,7 t/h
40 t/h
20 t/h 20 t/h
40 t/h
5,7 t/h
44,3 t/h
20 t/h
0 ppm
0 ppm
0 ppm
100 ppm
100 ppm
0 ppm 50 ppm
100 ppm
100 ppm
800 ppm
800 ppm
Legal, mas e se eu quisesse usar somente a Operação 2
como fonte de reúso?
Poderia??
![Page 62: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/62.jpg)
20
Vazão limite (t/h)
100
40
10
0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
Δm = fL . (Cout – Cin) f = Δm / (Cout – Cin)
20 20
50 50
20 20 20 40
20
5,7 5,7
Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso
![Page 63: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/63.jpg)
2
D M
D 4
3
1
90 t/h
50 t/h 50 t/h 5,7 t/h
40 t/h
20 t/h 20 t/h
40 t/h
5,7 t/h
24,3 t/h
20 t/h
0 ppm
0 ppm
0 ppm
100 ppm
100 ppm
0 ppm 50 ppm
100 ppm
100 ppm
800 ppm
800 ppm
20 t/h100 ppm
Outra possibilidade de fluxograma
![Page 64: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/64.jpg)
Resumo
Processo Consumo de Água - 0 ppm (t/h)
Original 130,5
Novas Concentrações de Saída 112,5
Com Reúso 90
m constante
![Page 65: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/65.jpg)
Informações Necessárias para Aplicação do DFA
Fluxograma completo do processo
Balanço Hídrico
Caracterização dos contaminantes
Vazões das fontes de abastecimento (externas e internas)
Correntes de entrada e saída das operações (vazões x C)
Especificações (conc’s máximas em cada operação)
![Page 66: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/66.jpg)
Possibilidades de Aplicação do DFA
Máximo reúso
Restrição de vazão
Múltiplas fontes de água
Perdas inerentes ao processo
Regeneração com reúso
Regeneração com reciclo
UM CONTAMINANTE
MÚLTIPLOS CONTAMINANTES
![Page 67: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/67.jpg)
Agora é com você!!!
![Page 68: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/68.jpg)
Exemplo 2
Operação Massa de contaminante
(kg/h)
CIN (ppm)
COUT (ppm)
Vazão limite (t/h)
1 6 0 150 40
2 14 100 800 20
3 24 700 1000 80
FONTE DE ÁGUA I: 0 ppm
![Page 69: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/69.jpg)
Procedimento para Minimização de Vazão de Efluentes Aquosos
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Restrição de Vazão
![Page 70: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/70.jpg)
Muitos processos necessitam de uma vazão fixa de água
Limpeza de vasos;
Transporte hidráulico;
Operações com mangueiras
Alguns processos têm uma vazão fixa de água que é perdida e não pode ser reusada
Make-up para torres de resfriamento;
Água que sai com o produto
![Page 71: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/71.jpg)
Operação Massa de contaminante
(kg/h)
CIN (ppm)
COUT (ppm)
Vazão limite (t/h)
1 2 0 100 20
2 5 50 100 100
3 30 50 800 40
4 4 400 800 10
Voltando aos dados do Exemplo 1...
Vamos admitir agora que as vazões das operações 1, 2, 3 e 4 sejam fixas
![Page 72: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/72.jpg)
20
100
40
10
0 50 100 400 800
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
20 20
50 50
20 20 20 40
20
5,7 5,7
4,3
50
![Page 73: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/73.jpg)
2
D M
D
4
3
1
90 t/h
50 t/h 100 t/h
10 t/h
40 t/h
20 t/h 20 t/h
40 t/h
10 t/h
44,3 t/h
20 t/h
0 ppm
0 ppm
0 ppm
100 ppm
100 ppm
0 ppm 50 ppm
100 ppm
100 ppm
800 ppm
800 ppm
M
50 t/h
100 ppm
100 t/h
50 ppm
50 t/hD
M
5,7 t/h
100 ppm
D5,7 t/h
800 ppm400 ppm
4,3 t/h
800 ppm
Reciclo local
Reciclo local
![Page 74: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/74.jpg)
Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso
20
100
40
10
0 50 100 400 800
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
20 20
50 50
20 20 20 40
20
5,7 5,7
4,3 4,3
Pode-se reusar, além de 5,7 t/h, 4,3 t/h da operação 2, de modo a alcançar 10 t/h, dispensando o reciclo local
50
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2
D M
D
4
3
1
90 t/h
50 t/h 100 t/h
10 t/h
40 t/h
20 t/h 20 t/h
40 t/h
10 t/h
40 t/h
20 t/h
0 ppm
0 ppm
0 ppm
100 ppm
100 ppm
0 ppm 50 ppm
100 ppm
100 ppm
500 ppm
800 ppm
M
50 t/h
100 ppm
100 t/h
50 ppm
50 t/hD
10 t/h
100 ppm
100 ppm
Reciclo local
Para este problema, mesmo com as restrições de vazão, a meta continua sendo 90 t/h
![Page 76: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/76.jpg)
Quer mesmo saber
?!!
Por que não?
Muito bom, chefe! Mas o que acontece se o reciclo
local não for aceitável?
![Page 77: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/77.jpg)
Meta e projeto obtidos por outros métodos
1111,4 t/h 20 t/h
2
91,4 t/h
4
3
D M D
D
M
MD
20 t/h
80 t/h
100 t/h
11,4 t/h
100 t/h 10 t/h
10 t/h
28,6 t/h
40 t/h
40 t/h
111,4 t/h61,4 t/h
90 t/h
![Page 78: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/78.jpg)
Mas então o DFA não
resolve tudo!!!
Diacho!!Fui enganado!!!
ha ha!!
![Page 79: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/79.jpg)
DFA
Ferramenta para o gerenciamento de recursos hídricos no ambiente industrial
Cálculos de fácil execução (Praticidade!)
Preserva o projeto existente
Geração simultânea de fluxogramas alternativos para o processo
Maximiza o reúso
Considera outras restrições de processo
Para cada situação, uma ferramenta diferente!
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Exemplo 1
Reúso 90 t/h
Reúso com restrição de vazão e reciclo local
Reúso com restrição de vazão e sem reciclo local
90 t/h
111,4 t/h
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Resumo
Restrição de mínima vazão fixa pode ser obtida utilizando reciclo local
O procedimento é facilmente modificado para incorporar restrição de vazão usando reciclo local
Se o reciclo local não for aceitável, é necessário uma solução alternativa
![Page 82: 2014 / 1 Colaborador: Flávio S Francisco Prof. Responsável: Carlos Augusto G. Perlingeiro INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS Integração Mássica EQE-489 – Engenharia.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062303/552fc130497959413d8d4b5e/html5/thumbnails/82.jpg)
Agora é com você!!!
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Exemplo 2
Operação Massa de contaminante
(kg/h)
CIN (ppm)
COUT (ppm)
Vazão limite (t/h)
1 6 0 150 40
2 14 100 800 20
3 24 700 1000 80
Todas as vazões estão fixadas nos seus valores limites
Projete uma rede que atinja a meta especificada satisfazendo as restrições de vazão usando reciclo local