Ementa:
O
processo como um sistema. As etapas da criação de um processo. Síntese de
processo. Geração de rotas químicas e de fluxogramas otimizados
de sistemas de reação, separação, integração energética e de controle. Sistemas
especialistas. Métodos de otimização. Análise de
processo: aplicação de métodos numéricos de resolução de sistemas algébricos,
de otimização e de avaliação econômica, ao
dimensionamento ótimo e a simulação de processos. Técnicas computacionais aplicadas
à análise e à síntese de processos.
Programa:
1. Introdução
Geral.
Sistema:
conceito e exemplos em diversos campos do conhecimento. O processo como um
sistema. Os sub-sistemas de reação, de separação, de
integração material e energética e de controle. O projeto como um problema de
otimização decomposto em três sub-problemas interdependentes: seleção de rota química,
concepção do fluxograma (síntese), dimensionamento, otimização e simulação
(análise). Estratégia geral de resolução do problema de projeto. Os objetivos e
a estruturação da disciplina Engenharia de Processos (2 h)
2.
Introdução à Análise de Processos.
A
análise como ferramenta para a previsão e a avaliação do desempenho de
processos. A natureza numérica da análise. Metodologia de análise de processos.
Modelos matemáticos. Elementos de informação nos modelos: equações, variáveis
especificadas, calculadas e de projeto. Graus de liberdade, multiplicidade de
soluções. Dimensionamento, simulação e otimização.
Ferramentas básicas para análise de processos: cálculo de equipamentos,
termodinâmica, avaliação econômica, métodos numéricos e computação. (2 h)
3. Resolução
de Modelos de Equipamentos.
Estrutura
de informação dos modelos. Fluxo de informação e estratégias de cálculo em
problemas de dimensionamento e de simulação. Emprego de métodos numéricos de
resolução de equações e de sistemas de equações. Partição dos modelos em sub-sistemas acíclicos e cíclicos. Abertura de ciclos de
informação. (6 h)
4. Avaliação
Econômica.
Critérios
de avaliação econômica. Níveis de precisão exigidos nas sucessivas etapas do
projeto. Estimativas preliminares de custos de investimento e de operação. (2 h)
5.
Otimização.
A
origem do problema de otimização nos graus de
liberdade do projeto. Conceitos preliminares: função objetivo, variáveis de
projeto, restrições, região viável. Método analítico. Métodos numéricos simples
de otimização univariável (Ex.: Seção Áurea) e
multivariável (Ex.: Hooke & Jeeves, Simplex). (6 h)
6.
Dimensionamento, Simulação e Otimização de Processos.
Estrutura
de fluxogramas de processos. Localização e abertura de ciclos (“tearing”).
Procedimentos modular e global (por equações). Estrutura de programas
executivos. (8 h)
7. Introdução
à Síntese de Processos.
A
natureza combinatória do problema de síntese. Multiplicidade de soluções.
Métodos heurístico, evolutivo e algorítmicos. Decomposição do problema de
síntese do processo em sub-problemas interdependentes
de síntese dos sistemas de reação, de separação, de integração material e
energética e de controle. Fluxograma material preliminar (embrião). (4 h)
8. Síntese
de Sistemas de Reação.
Escolha
do tipo de reator. Dimensionamento preliminar.
(2 h)
9. Síntese
de Sistemas de Separação.
Escolha
do tipo de processo de separação. Métodos aproximados de dimensionamento.
Aplicação dos procedimentos de síntese a seqüências de separadores. (8 h)
10.
Síntese de Sistemas de Integração Energética.
Identificação
de correntes quentes e frias. Análise termodinâmica e identificação de gargalos
(“pinchs”) energéticos no processo. Aplicação dos procedimentos de síntese a
redes de trocadores de calor. (8h)
11.
Síntese de Sistemas de Controle.
Identificação
e classificação das variáveis do processo. Aplicação dos procedimentos de síntese
a malhas de controle. (2 h)
12.
Síntese do Processo.
Unificação
da síntese dos sub-sistemas na síntese do fluxograma
do processo. Exame de alternativas plausíveis.
(6 h)
13.
Sistemas de Processos.
Os
elementos da estrutura de um setor da indústria química: matérias primas,
produtos intermediários, produtos finais, processos de produção, coeficientes
técnicos, custos. Estruturação e análise de conjuntos de processos. (4 h)
REQUISITOS
RECOMENDADOS:
EQE 363 - Termodinâmica I
EQE 365 - Cinética e Cálculo de Reatores
EQE 483 - Operações Unitárias II
Bibliografia básica:
1. BIEGLER,
L.T., GROSSMAN, I.E., WESTERBERG, A.W.: Systematic Methods of Chemical Process
Design, Prentice Hall. 1997.
2.
3. EDGAR, T.F., HIMMELBLAU, D.M: Optimization of
Chemical Processes. McGraw-Hill, 1988.
4. PERLINGEIRO, C.A.G.: Engenharia de Processos. Edgard Blucher, 2005.
5. SEIDER, W.,
SEADER, J.D., LEWIN, D.R.: Product and Process Design Principles. John Wiley. 2004.