DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia...
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DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA:DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA:Ferramenta para Reúso de Efluentes IndustriaisFerramenta para Reúso de Efluentes Industriais
EQE-489 – Engenharia de Processos
2015 / 1
Reinaldo C. Mirre
8/6/2015
INTEGRAÇÃO DE PROCESSOSINTEGRAÇÃO DE PROCESSOS
Prof. Carlos A. G. Perlingeiro
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Objetivo
Apresentar o procedimento algorítmico-heurístico Diagrama de Fontes de Água (DFA), voltado para a identificação de oportunidades de reúso de águas e efluentes industriais..
Integração de Processos (IP)
Redes de Transferência de Massa
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Procedimento para sistemas com um contaminante
Aplicação Industrial
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Sistema de produção industrial
INSUMOS:- Matérias-primas
- Materiais auxiliares- Água
- Ar- Energia
- Produtos finais,principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)- Energia, radiações, vibrações- Produto fora de especificação
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Sistema de produção industrial
INSUMOS:- Matérias-primas
- Materiais auxiliares- Água
- Ar- Energia
- Produtos finais,principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)- Energia, radiações, vibrações- Produto fora de especificação
PROCESSO QUÍMICO
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PROCESSO QUÍMICO
As 4 Sub-tarefas executadas por 4 Sub-Sistemas:
PRODUTOMATÉRIA-PRIMA
Reação Separação Integração Controle
Reação: responsável pela modificação do conjunto de espécies, fazendo aparecer o produto principal.
Controle: responsável pela operação segura e estável do processo.
Integração: responsável pela movimentação de matéria e ajustes de temperatura das correntes.
Separação: responsável pelo ajuste de composição das correntes, separando o produto dos sub-produtos e do excesso de reagentes.
Reação Separação Integração ControleIntegração
Adaptado Prof. Perlingeiro
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PROCESSO QUÍMICO
As 4 Sub-tarefas executadas por 4 Sub-Sistemas:
PRODUTOMATÉRIA-PRIMA
Reação Separação Integração ControleReação Separação Integração ControleIntegração
Adaptado Prof. Perlingeiro
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Reação Separação
Integração
Controle
Reação Separação
Integração
Controle
Integração
SUB-SISTEMAS TOTALMENTE INTEGRADOS, FORMANDO O PROCESSO
S R M
FLUXOGRAMA EMBRIÃO: é o ponto de partida da geração de um fluxograma de processo.
Restrito às duas primeiras operações de cunho material
Adaptado Prof. Perlingeiro
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Reação Separação
Integração
Controle
Reação Separação
Integração
Controle
Integração
SUB-SISTEMAS TOTALMENTE INTEGRADOS, FORMANDO O PROCESSO
S R M
FLUXOGRAMA EMBRIÃO: é o ponto de partida da geração de um fluxograma de processo.
Restrito às duas primeiras operações de cunho material
Adaptado Prof. Perlingeiro
ENGENHARIA DE PROCESSOSÁrea da Engenharia Química dedicada à tarefa de sistematizar o projeto de processos químicos, perfazendo um conjunto de atividades voltadas para concepção, dimensionamento e avaliação de desempenho do processo, visando obter o produto desejado.
Síntese
Selecionar os equipamentos e definir o fluxograma do processo, a partir de uma rota química traçada
Análise
Prever e avaliar o desempenho físico e econômico do processo gerado na síntese
![Page 9: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/9.jpg)
PROBLEMA DE PROJETO
DECISÕES SEQUENCIAIS
3 NÍVEIS
TECNOLÓGICAESTRUTURALPARAMÉTRICA
ESTABELECER O MELHOR PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UM
PRODUTO P, DADO UM CONJUNTO DE ESPECIFICAÇÕES ...
Adaptado Prof. Perlingeiro
ENGENHARIA DE PROCESSOS
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ANÁLISEROTASQUÍMICAS SÍNTESENECESSIDADE:
PRODUZIR P
ROTA SELECIONADAMATÉRIAS PRIMASESPECIFICAÇÕES
FLUXOGRAMAPROPOSTO OUMODIFICADO
OTIMIZAÇÃOPARAMÉTRICA
DIMENSÕESCALCULADAS
NÍVELPARAMÉTRICO
OTIMIZAÇÃOESTRUTURAL
NOVO
S VA
LORE
SDA
S VA
RIÁV
EIS
FLUXOGRAMAOTIMIZADO
PARAMETRICAMENTE
PROP
OSTA
DE
MOD
IFIC
AÇÃO
DO
FLUX
OGRA
MA
NÍVELESTRUTURAL
OTIMIZAÇÃOTECNOLÓGICA
FLUXOGRAMAOTIMIZADO
ESTRUTURALMENTEPR
OPOS
TA D
E NO
VA R
OTA
NÍVELTECNOLÓGICO
DETALHAMENTOMONTAGEM
FLUXOGRAMA FINAL NECESSIDADEATENDIDA
FLUXOGRAMA DA EXECUÇÃO DA BUSCA EM ÁRVORE DO PROBLEMA DE PROJETOAdaptado Prof. Perlingeiro
![Page 11: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/11.jpg)
Reação Separação
Integração
Controle
Reação Separação
Integração
Controle
Integração
SUB-SISTEMAS TOTALMENTE INTEGRADOS, FORMANDO O PROCESSO
S R M
FLUXOGRAMA EMBRIÃO: é o ponto de partida da geração de um fluxograma de processo.
Restrito às duas primeiras operações de cunho material
Adaptado Prof. Perlingeiro
ENGENHARIA DE PROCESSOSÁrea da Engenharia Química dedicada à tarefa de sistematizar o projeto de processos químicos, perfazendo um conjunto de atividades voltadas para concepção, dimensionamento e avaliação de desempenho do processo, visando obter o produto desejado.
Síntese
Selecionar os equipamentos e definir o fluxograma do processo, a partir de uma rota química traçada
Análise
Prever e avaliar o desempenho físico e econômico do processo gerado na síntese
![Page 12: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/12.jpg)
para o projeto de
sistemas de produção integrados,
desde processos individuais
até complexos industriais,
com ênfase especial noenvolve métodos gerais e sistemáticos
uso eficiente de energia
e na redução de efeitos ao meio ambiente.
A Integração de Processos
Combine as palavras e forme uma oração
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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 ProcessosReadaptaçãoReadaptação “ “Retrofit”Retrofit”
Adaptado de TECLIM / UFBA (2003)
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.
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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 Processose
Uso Racional da Água em Processos Químicos
![Page 16: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/17.jpg)
No meu tempo era melhor!!
Impactos ambientais pelas atividades humanas
![Page 18: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/18.jpg)
Prevenir Prevenir na Fonte!na Fonte!
Fim de
Tubo
Fim de
Tubo
Controle da Poluição Prevenção da Poluição
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Sistema de produção industrial
INSUMOS:- Matérias-primas
- Materiais auxiliares- Água
- Ar- Energia
- Produtos finais,principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)- Energia, radiações, vibrações- Produto fora de especificação
PROCESSO QUÍMICO
- ÁGUA
Lei 9.433/97: Política Nacional de Recursos Hídricos
Água: bem de domínio público, recurso natural limitado, dotado de valor econômico
Taxas pelo uso da água de rios e pelo descarte de efluentes (Comitês de Bacias Hidrográficas)
Aumento do custo da água primária
Regulamentação mais rigorosa para descarte de efluentes
Água na IndústriaMatéria-prima
Uso como fluido auxiliar
Uso para geração de energia
Uso como fluido de aquecimento e/ou resfriamento
Transporte e assimilação de contaminantes
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Sistema de produção industrial
INSUMOS:- Matérias-primas
- Materiais auxiliares- Água
- Ar- Energia
- Produtos finais,principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)- Energia, radiações, vibrações- Produto fora de especificação
PROCESSO QUÍMICO
- ÁGUA
Reúso por inspeção – não garante o máximo aproveitamento do potencial hídrico no processo (máximo reúso)
Preocupação atual com o uso racional dos recursos hídricos
Processos industriais necessitam rever o padrão de consumo hídrico
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Sistema de produção industrial
INSUMOS:- Matérias-primas
- Materiais auxiliares- Água
- Ar- Energia
- Produtos finais,principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)- Energia, radiações, vibrações- Produto fora de especificação
PROCESSO QUÍMICO
- ÁGUA
Reúso por inspeção – não garante o máximo aproveitamento do potencial hídrico no processo (máximo reúso)
Diversas técnicas:
Procedimento algorítmico heurístico
Integração de Processos
Water Pinch Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Programação Matemática
Diagrama de Fontes de Água (DFA)Geração simultânea de fluxogramas alternativos de processo – Reúso, Regeneração e Reciclo de correntes aquosas
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1. Reduzir o volume de água2. 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
![Page 23: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/24.jpg)
http://oglobo.globo.com/rio/estado-ameaca-cortar-licenca-de-grandes-industrias-que-nao-empregarem-agua-de-reuso-15183821
http://oglobo.globo.com/rio/industrias-que-captam-agua-do-guandu-serao-obrigadas-fazer-reuso-15183821
![Page 25: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/25.jpg)
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
Necessita de um Necessita de um PROCEDIMENTO SISTEMÁTICOPROCEDIMENTO SISTEMÁTICO para a para a SÍNTESE DA SÍNTESE DA REDE DE ETM (RETM)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 as de
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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TROCADOR DE MASSA
PROCESSO
ÁGUA
fp
fA
Cp,OUTCp,IN
CA,INCA,OUT
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 na integração energética.
Concentração
Carga mássica
Corrente do processo torna-se menos contaminada
Água torna-se mais contaminada
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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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Base de CálculoMassa de contaminantes transferida para o efluente
aquoso= (vazão de água) * (variação de concentração)
m = F * CUnidades:
g / h = ton / h * ppm
A concentração toma como base a vazão de água, e não a vazão da mistura
NOTA
C = m / FC = m / F
C = m / (Fm + F) C = m / (Fm + F) NÃONÃO
![Page 30: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/30.jpg)
FLUXOGRAMA DO PROCESSO
![Page 31: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/31.jpg)
Identificar os processos que utilizam água
E estabelecer o BALANÇO HÍDRICO
ÁGUA PRIMÁRIA
EFLUENTE
EFLUENTE
![Page 32: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/32.jpg)
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/h0 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 33: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/33.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/h0 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 34: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/34.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 35: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/35.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 36: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/36.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 37: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/37.jpg)
Resumo Parcial
Processo Consumo Água - 0 ppm (t/h)
Original 130,5
Novas Concentrações de Saída 112,5
m constante
![Page 38: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/38.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 39: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/39.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 40: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/40.jpg)
1
COUT,MAX
2
CIN,MAX
Δm = f . (COUT,MAX – CIN,MAX)
Quando permitimos que a concentração de entrada em uma operação seja a máxima, isto significa que estamos permitindo um desejável reúso com água mais “suja”.
Com CIN,MAX, ∆C ↓ e f ↑; porém, esta vazão
corresponde à de água mais “suja” (CIN,MAX) para o reúso
![Page 41: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/41.jpg)
NOVAS CONCENTRAÇÕES DE ENTRADA
Qual a nova vazão de água tratada correspondente?
USO DO DFA
O DFA, Diagrama de Fontes de Água, é um procedimento algorítmico-heurístico voltado para identificação de oportunidades
de realinhamento de correntes hídricas para máximo reúso
Utiliza conceitos de Tecnologia Pinch (Water Pinch) para definição do ponto de consumo mínimo de água limpa
O objetivo é alcançar o mínimo consumo de água e a mínima geração de efluentes, considerando as combinações possíveis
entre as correntes
![Page 42: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/42.jpg)
Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes Aquosos
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Sistemas com um componente
Máximo Reúso
(GOMES, 2002; GOMES et al., 2007)
![Page 43: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/43.jpg)
DFA
Balanço Hídrico: dados de vazão de água e concentração de contaminantes (entrada e saída de cada operação)
Fluxograma de processos
Identificar operações que usam água Fluxograma de processos hídricos
Tabela de oportunidadesPasso a passo do DFA
► Ordem crescente de concentrações ► Criação de intervalos► Representação de operações, incluindo vazões e limites de concentrações
► Cálculo de carga mássica (∆m) de contaminantes a ser assimilada em cada intervalo, e para cada operação
► Alocar vazão por intervalo de operação, considerando a carga mássica fixa, e de acordo com as fontes de água (internas e externas) disponíveis no intervalo observado
Δm = fL . (Cout – Cin)
f = Δm / (Cout – Cin)
► Caso a vazão disponível de uma fonte não seja suficiente para assimilar o ∆m da operação no intervalo, deve-se então utilizar água de qualidade mais limpa disponível (prioridade), em relação à concentração inicial da operação no intervalo em análise, de acordo com as fontes (internas e externas) disponíveis► Sempre que possível, utilizar água de fonte de qualidade menos limpa disponível para alocar às operações subsequentes
► Elaborar o fluxograma da rede a partir do DFA
►
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Tabela de Oportunidades
Original
Reúso DFA
130,5 t/h (0 ppm)
90 t/h (0 ppm)
DFA
![Page 45: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/45.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
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C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo ReúsoPasso 1
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0 50 100 400 800
Concentração (ppm)
Fontes internasFonte externa
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
![Page 48: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/48.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 2Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 1
![Page 49: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/49.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 50: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/50.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 2Identificar 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!
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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 52: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/52.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 53: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/53.jpg)
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Intervalos de concentração: Limites
DFA – Máximo Reúso
Passo 2Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 3
Determinação da quantidade transferida por intervalo: m = flim C
Passo 4
Determinação do consumo de fontes de água: f = m/Cint
Passo 1
![Page 54: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/54.jpg)
DFA – Máximo Reúso
Regras para alocação (vazão) das fontes de água
Regra 1: prioridade de uso de uma fonte interna para o intervalo seguinte da mesma operação
1
2
3
4
Evita dividir operação!
Regra 2: Uso de fontes externas quando não houver fonte interna disponível
Fontes internas => máximo aproveitamento
Fonte externa (0 ppm) Fontes internas
Regra 3: Priorizar o uso da fonte de água com maior concentração
i = 1 i = 2 i = 3 i = 4
Passo 4
1
2
3
4
![Page 55: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/55.jpg)
DFA – Máximo Reúso
Regra 2: Uso de fontes externas quando não houver fonte interna disponível
Regras para alocação (vazão) das fontes de água
Regra 4: Assimilar a quantidade de massa a ser transferida com a fonte utilizada na operação, para cada intervalo (m do respectivo intervalo)
Regra 1: prioridade de uso de uma fonte interna para o intervalo seguinte da mesma operação
1
2
3
4
(1) (1)
(5)
(2) (12)
(4)
(16)
Regra 3: Priorizar o uso da fonte de água com maior concentração
Δm = fL . (Cout – Cin)
Passo 4
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100 400
i = 3
(12)
20
50
20 20 40
20
Δm = 20 . (400 – 100) = 6.000 g/h
Por exemplo, analisando a operação 3, no intervalo 3:
Mas devem ser assimilados (12.000 g/h) !
Com 20 t/h desta operação vindos do intervalo anterior
Ou seja, 20 t/h só conseguem assimilar 6.000 g/h
Então aloca-se esta vazão (20 t/h), que irá assimilar 6.000 g/h, e calcula-se o quanto ainda falta a ser assimilado (Δm
remanescente). Neste caso: (12.000 – 6.000) g/h = 6.000 g/h
Com o Δm restante, calcula-se a vazão adicional para sua assimilação, considerando a fonte de onde se buscará esta
vazão. Neste caso, a 100 ppm (prioridade do reúso).
Assim, a vazão adicional será de 20 t/h, provenientes da operação 1 (ou operação 2), e que será somada à vazão
da operação 3 (reúso), totalizando 40 t/h
f = Δm / (Cout – Cin)
![Page 57: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/57.jpg)
iniciando a aplicação do DFA por intervalo de
concentrações
Então,
![Page 58: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/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
Obtida com base no Δm restante, após assimilação
parcial com 20 t/h
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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: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/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: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/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: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/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: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/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
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Resumo
Processo Consumo de Água - 0 ppm (t/h)
Original 130,5
Novas Concentrações de Saída 112,5
Com Reúso 90
m constante
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Muito interessante...
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DFA - Revisão
Balanço Hídrico: dados de vazão de água e concentração de contaminantes (entrada e saída de cada operação)
Fluxograma de processos
Identificar operações que usam água Fluxograma de processos hídricos
Tabela de oportunidadesPasso a passo do DFA
► Ordem crescente de concentrações ► Criação de intervalos► Representação de operações, incluindo vazões e limites de concentrações
► Cálculo de carga mássica (∆m) de contaminantes a ser assimilada em cada intervalo, e para cada operação
► Alocar vazão por intervalo de operação, considerando a carga mássica fixa, e de acordo com as fontes de água (internas e externas) disponíveis no intervalo observado
Δm = fL . (Cout – Cin)
f = Δm / (Cout – Cin)
► Caso a vazão disponível de uma fonte não seja suficiente para assimilar o ∆m da operação no intervalo, deve-se então utilizar água de qualidade mais limpa disponível (prioridade), em relação à concentração inicial da operação no intervalo em análise, de acordo com as fontes (internas e externas) disponíveis► Sempre que possível, utilizar água de fonte de qualidade menos limpa disponível para alocar às operações subsequentes
► Elaborar o fluxograma da rede a partir do DFA
►
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Máximo reúso
Restrição de vazão
Múltiplas fontes de água
Perdas inerentes ao processo
Regeneração com reúso
Regeneração com reciclo
UM CONTAMINANTE
MÚLTIPLOS CONTAMINANTES
Além de máximo reúso, o DFA considera outras possibilidades para
aplicação
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Método para identificação de oportunidades de reúso de águas e efluentes industriais
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Agora é com você!!!
![Page 69: DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA: Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais EQE-489 – Engenharia de Processos 2015 / 1 Reinaldo C. Mirre 8/6/2015 INTEGRAÇÃO.](https://reader036.fdocumentos.tips/reader036/viewer/2022062316/570638501a28abb8238f826c/html5/thumbnails/69.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: 0 ppm
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Pausa para relaxamento...
... Na forca!
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Descubra a palavra chave!
Acertou!!!
Errou!!!
5 tentativas 5 tentativas !!!!!!
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Descubra a palavra chave!
F O R Ç A M O T R I Z
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