apostila_projeto_químico

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INTRODUO AO PROJETO NA INDSTRIA QUMICA

Francisco de Assis Bertini Moraes, Msc

Julho - 2014

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CONTEDO

1 Introduo ao Projeto.............................................................................04

1.1 Introduo.............................................................................................04

1.2 Natureza do Projeto...............................................................................04

1.2.1 O Objetivo do Projeto.............................................................................06

1.2.2 A Coleta de Dados...................................................................................07

1.2.3 A Gerao de Solues Possveis para um Projeto...................................08

1.2.4 Seleo da Melhor Soluo de Projeto.....................................................10

1.3 A Anatomia de um Processo de Fabricao de Produtos Qumicos.......11

1.3.1 Os Processos Contnuos e Descontnuos..................................................13

1.4 Organizao de um Projeto em Engenharia Qumica................................14

1.5 Documentao do Projeto.......................................................................18

1.6 Normatizao e Padres..........................................................................22

1.7 Fatores de Segurana (Fatores de Processo).............................................26

1.8 Sistema de Unidades................................................................................27

1.9 Balanos Materiais e de Energia...............................................................28

2 Fluxogramas de Processo.........................................................................29

2.1 Fluxogramas de Blocos (BFD)...................................................................29

2.2 Fluxogramas de Processo (PFD)................................................................33

2.2.1 Topologia do Processo.............................................................................34

2.2.2 Fluxo de Informao................................................................................40

2.2.3 Informao de Equipamentos..................................................................43

2.2.4 Combinando Topologia, Fluxo de Dados e Estratgia de Controle............45

2.3 Fluxograma de Processo e Instrumentao (P&I).....................................49

2.4 Diagramas, Esquemas e Fluxogramas Adicionais......................................55

2.5 Representao Tridimensional do Processo.............................................56

2.6 O Modelo de Planta 3-D...........................................................................64

3 Dimensionamento Bsico de Tubulaes.................................................67

3.1 Diagrama P&I..........................................................................................67

3.2 Seleo de Vlvulas.................................................................................68

3.3 Projeto Mecnico de Redes de Tubulaes..............................................70

3.3.1 Espessura da Parede : Padronizao Schedule.........................................70

3.3.2 Suportes de Tubulaes...........................................................................71

3.3.3 Acessrios para Tubos.............................................................................71

3.3.4 Cargas de Fora (stressing) em Tubulaes...........................................72

3.4 Seleo de Tamanho das Tubulaes (Dimetro).....................................72

2

4 Instrumentao e Controle.......................................................................80

4.1 Instrumentos...........................................................................................80

4.1.1 Objetivos de Controle e Instrumentao..................................................81

4.1.2 Sistemas Automticos de Controle..........................................................82

4.2 Sistemas Tpicos de Controle....................................................................83

4.2.1 Controle de Nvel.....................................................................................83

4.2.2 O Controle de Presso.............................................................................83

4.2.3 O Controle de Fluxo.................................................................................84

4.2.4 Trocadores de Calor.................................................................................84

4.2.5 Controle em Cascata................................................................................86

4.2.6 Controle de Ratio....................................................................................86

4.2.7 Controle de Coluna de Destilao............................................................87

4.2.8 Controle de Reator..................................................................................90

4.3 Alarmes de Segurana, Trips e Intertravamentos...................................91

4.4 Computadores e Microprocessadores no Controle de Processo...............92

4.5 Resumo da Simbologia Utilizada em Diagramas P&I................................93

5 Seleo de Equipamentos no Projeto......................................................99

6 Seleo de Materiais de Equipamentos no Projeto................................101

7 Segurana e Preveno de Perdas..........................................................102

7.1 Introduo............................................................................................102

7.2 Aspectos Intrnsecos e Extrnsecos da Segurana...................................103

7.3 Os Perigos.............................................................................................103

7.3.1 Toxicidade.............................................................................................104

7.3.2 Infamabilidade.....................................................................................106

7.3.3 Exploses..............................................................................................108

7.3.4 As Fontes de Ignio..............................................................................110

7.3.5 Radies Ionizantes...............................................................................111

7.3.6 Presso..................................................................................................111

7.3.7 Desvios de Temperatura........................................................................113

7.3.8 Rudo.....................................................................................................113

7.4 ndice Dow de Incndio e Exploso....................................................114

7.4.1 Clculo do ndice da Dow F&EI...............................................................114

7.4.2 Potencial de Perda.................................................................................118

7.4.3 Medidas Bsicas Preventivas e de Proteo...........................................120

7.5 Estudo de Perigos na Operacionalidade (HAZOP)...................................124

7.5.1 Princpios Bsicos do HAZOP..................................................................124

7.5.2 Explicao da Guia de Palavras..............................................................126

7.5.3 Procedimento para o HAZOP.................................................................127

3

7.6 Anlise de Perigos e de Riscos...............................................................132

7.7 Riscos Aceitveis e Prioridades de Segurana........................................133

7.8 Listas de Checagem em Itens de Segurana...........................................135

7.9 Perigos Associados................................................................................137

7.9.1 O Software de Computador para Anlise Quantitativa de Riscos...........138

8 Anlise Econmica e Financeira de Projetos..........................................140

8.1 Anlise das Alternativas de Investimentos.............................................140

8.2 Oramento de Capital............................................................................140

8.3 Custos de Oportunidades.......................................................................140

8.4 Engenharia Econmica...........................................................................141

8.5 Princpios Bsicos...................................................................................141

8.6 Custos....................................................................................................143

8.7 Margem de Contribuio.......................................................................146

8.8 Ponto de Equilbrio................................................................................147

8.9 Margem de Segurana...........................................................................150

8.10 Alavancagem Operacional......................................................................150

8.11 Critrios de Escolha entre Alternativas de Investimentos.......................151

8.12 Influncia do Imposto de Renda na Anlise de Investimento.................162

8.13 Anlise de Sensibilidade........................................................................169

9 Consideraes Gerais da Localizao da Planta Qumica........................174

9.1 Introduo............................................................................................174

9.2 Localizao da Planta e Seleo do Local...............................................174

9.3 Layout do Local.....................................................................................176

9.4 Layout da Fbrica..................................................................................178

9.4.1 Tcnicas Utilizadas no Layout do Local e da Fbrica...............................181

9.5 Utilidades.............................................................................................182

9.6 Consideraes Ambientais....................................................................185

9.6.1 Gesto de Resduos..............................................................................185

9.6.2 Rudo....................................................................................................188

9.6.3 Impacto Visual......................................................................................188

9.6.4 Legislao.............................................................................................188

9.6.5 Auditoria Ambiental.............................................................................189

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1. INTRODUO AO PROJETO 1.1. INTRODUO

Este captulo uma introduo natureza e metodologia do processo de projeto, e a sua aplicao para a concepo de processos de fabricao de produtos qumicos. 1.2. NATUREZA DO PROJETO

Esta seo uma conceituo geral, um pouco filosfica, a discusso do processo de concepo; como um projeto se consolida. O tema deste livro o projeto de engenharia qumica, mas a metodologia de projeto descrito nesta seo aplicam-se igualmente a outros ramos da engenharia de projeto. O projeto uma atividade criativa, e como tal pode ser uma dos mais gratificante e satisfatrias actividades desenvolvidas por um engenheiro. a sntese, a montar, de idias para alcanar um efeito desejado. O projeto no existe, no incio deste processo. O engenheiro comea com um objetivo especfico em mente, uma necessidade, e atravs do desenvolvimento e avaliao de possveis projetos, chega ao que ea instituio considera a melhor maneira de alcanar o objetivo; seja uma cadeira melhor, uma nova ponte, ou para o engenheiro qumico, um novo produto qumico ou uma fase de concepo de um processo de produo. Ao considerar possveis formas de alcanar este objetivo, o engenheiro ter vrias restries em funo de muitos fatores, que ir diminuir o nmero de possveis projetos; mas, no raramente ser apenas uma soluo possvel para o problema, apenas um projeto. Vrios formas alternativas de atingir o objetivo ser normalmente possvel, at mesmo vrios melhores modelos, dependendo da natureza das restries. Estas restries sobre as possveis solues para um problema no projeto surgem de vrias maneiras. Algumas limitaes sero fixadas, invariveis, como os que surgem a partir de leis da fsica, regulamentaes governamentais, e padres. Outros sero menos rgidas, e sero utilizadas pelo engenheiro, com maior flexibilidade, como parte de sua estratgia geral em busca do melhor projeto. As restries que esto fora da influncia do engenheiro podem ser denominadas de restries externas. Estas restries esto mostradas de forma geral na figura 1.1. Dentro dos limites de restries externas, haver um certo nmero de modelos de plausveis delimitados por outras restries, as restries internas, sobre o qual o engenheiro tem algum controle; tais como, a escolha da processo, a escolha de condies de processo, os materiais, o equipamento. Consideraes econmicas so, obviamente, um grande objetivo (ou restrio) em qualquer projeto de engenharia: plantas qumicas devem fazer um lucro. O tempo tambm ser uma considervel restrio. O tempo disponvel para a concluso de um projeto poder limitar o nmero de modelos alternativos que podem ser considerados.

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As fases do desenvolvimento de um projeto, desde a identificao inicial do objetivo para

o projeto final, so mostrados esquematicamente na Figura 1.2. Cada fase discutido em sees

separadas e tratadas a seguir.

A Figura 1.2 mostra o projeto como um processo iterativo; A medida que o projeto se

desenvolve o engenheiro estar ciente de mais possibilidades e mais restries, e estar

constantemente buscando novos dados e idias, e avaliar possveis solues timas de

projeto, para a melhor condio econmica e cumprindo com a legislao pertinente.

2

Projetos Possveis

Projetos Prauzveis

Mate

riais

Restries Externas Restries Internas

Figura 1.1 - Restries de Projeto

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1.2.1. O OBJETIVO DO PROJETO (AS NECESSIDADES)

No projeto de um processo fsico e qumico, a necessidade envolve :

A demanda para um produto, a oportunidade comercial, como previsto pela

organizao de vendas e marketing, seja para um novo produto ou para aumento

de capacidade de produo.

A necessidade de inovao tecnolgica ou maior rendimento do processo com o

intuito de manter a competitividade no mercado em funo de menores custos

de fabricao com a introduo do novo projeto.

A substituio de equipamentos ou processos em funo de final de vida til dos

equipamentos.

Objetivo (Especificao do Projeto)

Aquisio e Coleta de Dados Propriedades Fsicas e

Qumicas Mtodos de Projetos

Gerao de Possveis Projetos

Seleo e Avaliao do Melhor Projeto

(Otimizao)

Projeto Final

Figura 1.2 O Processo de Projeto

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Dentro destes objetivos gerais o engenheiro ir reconhecer sub-objetivos; os

requisitos das vrias unidades que formam o processo global.

Antes de iniciar o trabalho o engenheiro deve obter a mais completa declarao

dos requisitos quanto possvel. Se a exigncia (necessidade) surge de fora do grupo de

projeto, de um cliente ou de outro departamento, ento ele ter que esclarecer o

necessidades reais atravs da discusso. importante distinguir entre as necessidades

reais e os desejos.

Por exemplo, um especificao especial do produto pode ser considerado desejvel

pelo departamento de vendas, mas pode ser difcil e caro obter, e um relaxamento da

especificao pode ser possvel, produzir um produto vendvel, mas mais barato.

Sempre que ele est em uma posio para faz-lo, o engenheiro deve sempre questionar

os requisitos de projeto (o projeto e equipamentos especificados) e mant-los em

anlise conforme o projeto progride.

O engenheiro ou projetista ir gerar especificaes para outros setores, como para

o projeto mecnico ou compra de uma pea de equipamento. Neste caso, ele deve estar

ciente das restries que ele est colocando em outros projetos. Uma especificao,

bem pensada, abrangente, dentro dos requisitos internos e externos define os limites

dentro dos quais os outros engenheiros, suprimentos, fornecedores, etc., devem

trabalhar.

1.2.2. A COLETA DE DADOS

Para prosseguir com um projeto, o designer deve primeiro reunir todos os fatos relevantes e os dados requeridos. Para o processo do projeto isso vai incluir informaes sobre possveis processos similares j instalados, desempenho de equipamentos, e dados de propriedades fsicas e qumicas. Esta fase pode ser uma das mais demoradas e frustrantes, dentro do cronograma ou fase do projeto. Fontes de informao e processo propriedades fsicas so encontrados no Captulo 8 de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6. Muitas organizaes de projeto prepararam um manual de dados bsicos,

contendo todo o processo e "Know-how" em que o projeto deve ser baseado. A maioria

das organizaes ter manuais de projeto abrangendo mtodos e dados de projeto

preferencialmente utilizados para a rotina de projeto e com as devidas normatizaes e

procedimentos internos e at restries externas.

As normas nacionais tambm so fontes de mtodos, procedimentos e de dados;

alm de impor restries conforme as leis e necessidades locais.

As restries, particularmente as externas, devem ser identificados no incio do processo

de projeto.

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1.2.3. A GERAO DE SOLUES POSSVEIS PARA UM PROJETO

A parte criativa do processo de projeto a gerao de possveis solues para

atingir o objetivo em anlise e avaliao. Esta atividade do engenheiro vai depender

em grande parte na experincia anterior, a sua prpria e a dos outros.

duvidoso que qualquer projeto inteiramente novo. A antecedncia da maioria

dos projetos pode normalmente ser facilmente rastreada. Os primeiros automveis

eram claramente carruagens que antes eram puxadas por cavalos; e o desenvolvimento

do desenho do carro moderno pode ser rastreada passo a passo a partir destes

primeiros prottipos. Na indstria qumica, os processos de destilao foram

desenvolvidos a partir dos alambiques antigos usados para a produo de bebidas; e as

colunas de recheio, primitivas, utilizadas para absoro de gs utilizando gomos de

bambu ou outros materiais naturais. Ento, no sempre que um engenheiro de

processo se depara com a tarefa de produzir um projeto para um processo ou

equipamento completamente novo.

Os engenheiros experientes sabiamente preferem os mtodos testados e

aprovados, em vez de possivelmente mais emocionantes, mas inexperiente projetos

novos.

Historicamente, o progresso feito com mais segurana em pequenos passos.

Normalmente, sempre que a inovao procurada, a experincia anterior, atravs de

preconceitos j adquiridos na prtica, pode inibir a gerao e aceitao de novas idias,

o que pode prejudicar enormemente a modernizao do processo em questo. Este

cuidado deve ser tomado quando a concorrncia tambm estiver em fase de expanso,

pois a inovao bem acertada pode significar um diferencial tecnolgico e de

competitividade (menor custo e consequentemente menor preo, por.ex.).

Vale salientar que com a tecnologia computacional de modelagem e simulao,

vrias barreiras tecnolgicas e preconceitos de projeto esto sendo quebrados, fazendo

com as inovaes sejam implantadas com maior rapidez nos grandes projetos.A

quantidade de trabalho, e a forma como ele abordado, vai depender do grau de

novidade em um projeto.

Projetos de engenharia qumica podem ser divididos em trs tipos, dependendo

das necessidades envolvidas :

1. Modificaes e adies, a fbrica j existente; geralmente realizada pelo design de

planta grupo.

2. Nova capacidade de produo para atender crescente demanda de vendas, ea

venda de estabelecida processos pelos contratantes. Repetio de projetos existentes,

com design nico menor mudanas.

3. Novos processos, desenvolvido a partir de pesquisas de laboratrio, atravs da

planta piloto, a um processo comercial. Mesmo aqui, na maioria das operaes unitrias

e processos de equipamentos usar modelos estabelecidos.

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O primeiro passo na elaborao de um projeto de um novo processo ser esboar,

normalmente atravs de diagramas de blocos ou figuras pictricas, as principais etapas

do processo; ilustrando claramente a principal funo (objetivo) e as principais

restries e especificaes para cada etapa. A experincia e o conhecimento adquirido,

atravs da prpria empresa produtora, de empresas de engenharia, de fornecedores e

de consultoria devem, ento, indicar quais os tipos de operaes unitrias e

equipamentos a serem considerados. O chamado estado da arte em tecnologia deve

necessariamente ser considerado.

Esta fase de seleo da melhor alternativa de projeto sem dvida a mais

importante de todas e algumas recomendaes so oportunas de serem mencionadas :

1. As especificaes e restries de projeto devem estar claramente definidas e no

entendimento de todos os envolvidos.

2. A criao de mais de uma alternativa de projeto saudvel e proporciona um

ambiente adequado de criao de oportunidades de desenvolvimento do

negcio.

3. Reunies de braisntorming e discusso sobre a melhor alternativa, envolvendo

profissionais de vrios setores devem ser efetuadas at a exausto de opinies.

4. Reunies com empresas consultoras de engenharia, discutindo as melhores

opes podem gerar mais segurana na escolha da melhor alternativa.

5. Reunies com fornecedores, para avaliar e comprovar a tecnologia disponvel.

6. Visitas a instalaes semelhantes e sua operabilidade so de muita utilidade na

avaliao de novas tecnologias.

7. Consideraes econmicas so, obviamente, um grande objetivo (ou restrio)

em qualquer projeto de engenharia: plantas qumicas devem fazer um lucro.

Portanto, todas a alternativas discutidas devem mostrar claramente as

possibilidades de retorno do investimento, a qual envolve as futuras receitas

geradas, sejam por vendas ou por reduo de custos versus o investimento

necessrio (ou capital empregado) para implantao do projeto.

8. Aps a escolha e validao pela direo da empresa das melhores alternativas,

estas devem ser amplamente divulgada aos lderes e profissionais da

organizao para que todos possam contribuir positivamente na escolha da

melhor alternativa, uma vez que cada setor levar em considerao os seus

objetivos de trabalho, o que de certa forma interessante confrontar e verificar

se tudo foi levado em considerao como deveria e a maior beneficiada ser a

organizao como um todo e no uma rea especfica.

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1.2.4 SELEO DA MELHOR SOLUO DE PROJETO

O engenheiro comea com o conjunto de todas as solues possveis delimitadas

pelas restries externas e internas, e por um processo de avaliao progressiva de

seleo j citada no tem anterior, reduzindo a gama de alternativas e facilitando o

processo de seleo.

No processo de seleo, pode ser considerado percorrer as seguintes etapas:

-Projetos possveis (credvel), dentro dos limites externos.

-Projetos plausveis (vivel), dentro dos limites internos.

-Projetos provveis, considerando as melhores alternativas.

-Melhor projeto (ideal) julgada a melhor soluo para o problema.

O processo de seleo ser cada vez mais refinado, a medida que o que o projeto

progride na zona de solues provveis. Nas fases iniciais de uma grossa triagem

baseada no bom senso, o julgamento de engenharia e custeio ser normalmente

suficiente. Por exemplo, no levaria muitos minutos para refinar a escolha da matria-

prima para a fabricao de amnia a partir dos possveis candidatos de, digamos,

madeira, turfa, carvo, gs natural e petrleo, a uma escolha de entre gs e petrleo,

mas uma anlise mais detalhada estudo seria necessrio para escolher entre o petrleo

e o gs. Para selecionar o melhor projeto do projetos provveis, um trabalho detalhado

de custeio geralmente ser necessrio. Neste custeio deve ser considerado todos os

custos operacionais (custo fixo e variveis) quando da operao deste processo, como

insumos qumicos e energticos, utilidades e suprimentos, manuteno, mo de obra,

necessidades de paradas, etc. , a qual ser confrontado com o capital investido e a

receita gerada pelo empreendimento.

As tcnicas matemticas e de modelagem tm sido desenvolvidos para auxiliar na

otimizao de projetos e desempenho da planta, so brevemente discutidos na Seo

1.10. Rudd e Watson (1968) e Wells (1973) descrevem tcnicas formais para a preliminar

triagem de projetos alternativos.

Cada vez mais opes modulares que permitam aumentos de produo, linha nica

de alta capacidade de produo, alto nvel de automao, menor utilizao de mo de

obra, equipamentos auto monitorados em desempenho de manuteno, facilidade de

partidas e paradas, fcil operabilidade e entendimento dos operadores e alto nvel de

segurana para as pessoas so requisitos cada vez mais observados, pois contribuem

enormemente para a continuidade operacional, cada vez mais importante para a

garantia da qualidade do produto, ambiente adequado de trabalho, e

consequentemente melhores resultados financeiros.

Aps a seleo da melhor opo, aprovada pela diretoria da empresa, novamente

esta opo deve ser amplamente divulgada a todos os lderes da empresa, de forma a

que todos suportem esta deciso, para que a mesma tenha sucesso na sua implantao

e operao.

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1.3. A ANATOMIA DE UM PROCESSO DE FABRICAO DE PRODUTOS QUMICOS

Os componentes bsicos de um processo qumico tpico so apresentados na

Figura 1.3, em que cada bloco representa uma fase do processo global para a produo

de um produto a partir de matrias-primas. Figura 1.3 representa um processo

generalizado; nem todas as fases ser necessrio a um processo particular, e a

complexidade de cada etapa vai depender da natureza do processo. Projeto de

engenharia qumica est preocupado com a seleo e organizao das etapas, e a

seleo, especificao e concepo dos equipamentos necessrios para realizarem as

funes de cada etapa do processo.

Compra e Estocagem de Matria-Prima

Preparao e Alimentao de

Produtos

Reao Qumica

Separao de Produtos

Purificao de Produtos

Estocagem de Produtos

Vendas

Re

ciclo d

e M

aterial N

o R

eagid

o

Sub

-Pro

du

tos

Re

sdu

os

Fase-1 Fase-2 Fase-3 Fase-4 Fase-5 Fase-6

12

Fase 1. Armazenamento de matrias-primas

A no ser que as matrias-primas so fornecidas como produtos intermedirios de

uma planta vizinha, algumas disposies tem que ser feito para vrios dias, ou semanas,

de armazenamento para suavizar as flutuaes e interrupes no fornecimento. Mesmo

quando os materiais vm de uma fbrica adjacente alguma proviso normalmente

feita para garantir o fornecimento por algumas horas, ou mesmo dias. O

armazenamento exigido ir depender da natureza das matrias primas, o mtodo da

entrega, e que segurana pode ser colocado sobre a continuidade do fornecimento. Se

os materiais so entregue por navio (petroleiro ou graneleiro) vrias semanas podem

ser necessrio; enquanto que se eles so recebidos por via rodoviria ou ferroviria, em

lotes menores, sero necessrios menos espao de armazenamento.

Fase 2. Preparao e Alimentao de Produtos

Alguma purificao e preparao, de matrias-primas so geralmente necessrias

antes de serem alimentadas para a fase de reao. Por exemplo, acetileno gerado pelo

processo de carboneto contm compostos arsenicais e enxofre, e outras impurezas,

que tm de ser removidos por lavagem com cido sulfrico concentrado (ou outros

processos), antes que seja suficientemente pura para a reao com cido clordrico para

produzir dicloroetano. Alimentaes de lquido ter de ser vaporizado antes de ser

alimentado para reatores de fase gasosa, e slidos podem necessitar britagem, moagem

e peneiramento antes de serem processados num reator.

Fase 3. Reactor

A fase da reao o corao do processo de fabricao de um produto qumico.

No reactor as matrias-primas purificadas so reunidas sob condies que promovam a

produo do produto desejado; invariavelmente, subprodutos e compostos indesejados

(impurezas) tambm sero formados.

Fase 4. Separao do Produto

Nesta primeira etapa, aps o reator os produtos e sub-produtos so separados do

material que no reagiu (depende da converso atingida no reator). Se, em quantidade

suficiente, o material que no tenha reagido ser reciclado para a entrada da purificao

de alimentao e fase de preparao ou diretamente para o reactor. Os sub-produtos

tambm podem ser separados dos produtos nesta fase.

Fase 5. Purificao do Produto

Antes de venda, o principal produto geralmente precisam de purificao para

atender a especificao do produto.

Se produzida em quantidades econmicas, os subprodutos tambm podem ser

purificados para venda.

Fase 6. Armazenamento do Produto

Algum estoque de produto acabado deve ser realizado para combinar produo

com as vendas. Proviso para a embalagem do produto e transporte tambm sero

necessrias, dependendo da natureza do produto. Lquidos sero normalmente

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enviadas em tambores e em navios-tanque a granel (rodovirio, ferrovirio e mar),

slidos em sacos, caixas ou fardos.

O estoque realizado depender da natureza do produto e do mercado.

Utilidades e Processos Auxiliares

Em adio s principais fases do processo apresentado na Figura 1.3, disposio ter de ser feita para a prestao dos servios (utilidades) necessrios; tais como, gua de processo, a refrigerao gua, ar comprimido, vapor. Sero tambm necessrios instalaes para manuteno, combate a incndios, escritrios e outros alojamentos e laboratrios; consulte o Captulo 14 de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6.

1.3.1. OS PROCESSOS CONTNUOS E DESCONTNUOS

Os processos contnuos so projetados para operar 24 horas por dia, 7 dias por semana, ao longo de do ano. Algum tempo ser permitido para a manuteno e, para alguns processos, regenerao do catalisador. A eficincia de disponibilidade de produo de plantas; isto , a percentagem de horas disponveis em um ano em que a planta opera, geralmente ser de 90 a 95%. Disponibilidade Anual (%) = (Horas de Operao) x 100 / (365 x 24) Processos em lote so projetados para operar de forma intermitente. Algumas ou todas as unidades do processo tendo partidas e paradas sincronizadas. Os processos contnuos geralmente sero mais econmicos para a produo em larga escala. Processos em batelada so usados onde alguma flexibilidade requerida na taxa de produo ou especificao de qualidade do produto. A escolha entre o processo em batelada ou a operao contnua no ser clara, mas as seguintes regras podem ser utilizadas como um guia : Contnuo 1. Taxa de produo superior a 5,0 ton/h 2. Produto nico 3. Sem incrustao grave 4. Boa vida do catalisador 5. Comprovado projeto para o processo 6. Mercado estabelecido Batelada 1. Taxa de produo a menos que 5,0 ton/h 2. Uma gama de produtos ou especificaes de produtos 3. Incrustao grave 4. Vida de catalisador curta 5. Novo produto 6. Projeto no totalmente comprovado

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1.4. ORGANIZAO DE UM PROJETO EM ENGENHARIA QUMICA

O trabalho de projeto necessrio na engenharia de um processo de fabricao de produtos qumicos pode ser dividida em duas grandes fases : Fase 1 : Processo do projeto que aborda as etapas da seleo inicial do processo que ser utilizado, com a elaborao e emisso do fluxograma de processos; e incluir a seleo, projeto de engenharia qumica e especificao de equipamentos. Numa organizao tpica, esta fase de responsabilidade do grupo de engenheiros de processo, e o trabalho ser feito principalmente pelos engenheiros qumicos. O grupo de projeto do processo tambm pode ser responsvel pela preparao dos diagramas de tubulao e instrumentao. Fase 2 : O projeto mecnico detalhado de equipamentos.; o estrutural e civil, diagramas e desenhos elticos; e especificao e concepo dos servios auxiliares, sero de responsabilidade dos grupos de design especializados, com experincia em toda a gama de disciplinas de engenharia (mecnica, eltrica, civil, instrumentao, etc.) Outros grupos de especialistas sero responsveis pela estimativa de custos, bem como a elaborao de contratos e aquisio de equipamentos e materiais. A engenharia de segurana e meio ambiente deve necessariamente acompanhar e validar todas as fases do projeto, certificando-se de que esto de acordo com as regras estabelecidas junto aos rgos controladores (agncia ambiental, ministrio do trabalho, seguradora, bombeiros, prefeitura, etc.). A sequncia de etapas do projeto, construo e start-up de uma tpica planta de produo de produtos qumicos esquematizada na Figura 1.4 e a organizao de um tpico grupo de projeto na Figura 1.5. Cada etapa do processo de projeto no ser to claramente separadas uns dos outros como indicado na Figura 1.4; nem a seqncia de eventos ser to claramente definida. Haver um intercmbio e troca constante de informaes entre as vrias sees do projeto, a medida que ele se desenvolve, mas claro que algumas etapas de um projeto devem ser em parte concludas, antes que as outras possam ser iniciadas. Um gerente de projeto, muitas vezes, um engenheiro qumico por formao, comumente responsvel pela coordenao do projeto, como mostrado na Figura 1.5. Como foi dito na Seo 1.2.1, a concepo do projeto deve comear com uma especificao clara do produto, capacidade, matrias-primas, processos e localizao do site. Se o projeto for com base em um processo e produto j estabelecido, uma especificao completa poder ser elaborada j no incio do projeto. Para um novo processo ou produto, a especificao ser desenvolvida a partir de uma avaliao econmica de possveis processos, com base em pesquisas de laboratrio, testes em planta piloto e pesquisa de mercado do produto

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A organizao do projeto do processo qumico discutido em mais detalhe por Rase e Barrow (1984) e Baasel (1994). Algumas das empresas de fabricao de produtos qumicos de maior dimenso tm a sua prpria concepo de projeto, cuja organizao est apta a realizar a concepo do projeto inteiro e engenharia, e, possivelmente, construo, dentro de sua prpria organizao. Mais geralmente, o projeto e construo, e possivelmente assistncia com start-up, confiada a uma das empresas contratantes internacionais. A empresa contratada, muitas vezes, fornece o "know-how" para o processo, e vai trabalhar em estreita colaborao com o contratante em todas as fases do projeto. muito comum os prprios fornecedores dos equipamentos participarem como contratadas na elaborao do projeto, detalhamento, instalao, comissionamento e start-up do novo processo.

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1.5. DOCUMENTAO DO PROJETO

Como mostrado na Figura 1.5 e descritas na Seo 1.4, o design e engenharia de um processo qumico requer a cooperao de vrios grupos de especialistas. A cooperao eficaz depende de uma comunicao eficaz, e todas as organizaes de design tm formais procedimentos para lidar com as informaes do projeto e documentao. A documentao do projeto incluiro: 1. Uma comunicao formal geral dentro do grupo de projeto e com :

departamentos governamentais

fornecedores de equipamentos

pessoal do site

o cliente 2. Folhas de clculos :

demonstrativos de clculos de concepo

demonstrativos de clculos de custo

computador print-out 3. Desenhos de :

fluxogramas de processo e instrumentao (P&I)

diagramas de tubulao e instrumentao

diagramas de layout

planos de cotas / local do site

especificaes de equipamentos

diagramas de tubulao

desenhos arquitetnicos

esboos do projeto 4. folhas de especificao de equipamentos, tais como:

trocadores de calor

bombas 4. Ordens de compra :

cotaes

faturas

A todos os documentos devem ser atribudos um nmero de cdigo para facilitar a referncia ao arquivamento e consulta futura, se necessrio. Folhas de Clculo O engenheiro de projeto deve desenvolver o hbito de definir os clculos para que eles possam ser facilmente compreendido e controlado por outros. uma boa prtica para incluir no clculo folhas com as bases utilizadas, e quaisquer hipteses e aproximaes feitas, em detalhe suficiente para os mtodos utilizados. Clculos de concepo so normalmente estabelecidos em folhas padro. O ttulo, na parte superior de cada folha deve incluir: o ttulo do projeto e do nmero de identificao e, mais importante ainda, a assinatura (ou iniciais) da pessoa que fez o clculo.

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Desenhos Todos os desenhos do projeto so normalmente feitoss em folhas impressas especficas, com o nome da empresa; ttulo do projeto e nmero; ttulo do desenho e nmero de identificao; nome do executor do desenho e dos revisores com data claramente definidos em uma caixa no lado direito inferior canto. Deve, tambm, ser feita para anotar no desenho todas as modificaes na verso inicial. Desenhos devem estar de acordo com os padres de desenho, de preferncia as previstas para os padres nacionais. Os smbolos utilizados para fluxogramas e tubulaes e diagramas e instrumentao so discutidos no Captulo 4 de de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6. Desenhos e esboos so feitos normalmente em papel de detalhe (semi-transparente) a lpis, assim modificaes pode ser feita facilmente, e imprimir quando necessrio. Na maioria dos escritrios de projeto, utiliza-se Computer Aided Design (CAD) cujos mtodos so agora usados para produzir os desenhos necessrios para todos os aspectos de um projeto: fluxogramas de processo, tubulao e instrumentao, trabalho mecnico e civil, etc. Folhas de especificao Folhas de especificao padro so normalmente utilizados para transmitir as informaes necessrias para o projeto detalhado, ou compra, de itens de equipamento; tais como, trocadores de calor, bombas, colunas. Alm de garantir que a informao seja clara e padronizada onde facilmente apresentada e perceptvel a erros, folhas de especificao padro servem como listas de verificao para garantir que todas as informaes necessrias esto includas. Exemplos de folhas de especificao de equipamentos so apresentados no Apndice G de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6. A seguir mostramos duas folhas de especificao, como exemplo. Manuais de Processo Manuais de processo so muitas vezes preparado pelo grupo de projeto de processo para descrever o processo e a base do desenho. Juntamente com o fluxograma, eles fornecem uma descrio tcnica completa do processo. Manuais de Operao Proporcionam as instrues de operao do processo e equipamentos. Eles normalmente so preparados pelos funcionrios da empresa, mas tambm pode ser emitida por um contratante, como parte do pacote de contrato por um cliente menos experiente, ou uma nova instalao com um novo processo. Os manuais de operao so utilizados para instruo e treinamento de operadores, e para a preparao das instrues de operao da planta de forma segura e produtiva.

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1.6. NORMATIZAO E PADRES A necessidade de padronizao surgiu no incio da evoluo da engenharia na indstria moderna; Whitworth introduziu a primeira linha de parafuso padro para dar uma medida de intercambialidade entre diferentes fabricantes em 1841. Padres de engenharia, cobrem uma funo muito mais ampla do que a simples troca de peas. Na prtica da engenharia eles cobrem: 1. Materiais, propriedades e composies. 2. Procedimentos de teste de desempenho, composies de qualidade. 3 tamanhos preferenciais.; por exemplo, tubos, chapas, perfis. 4. Mtodos de projeto, inspeo, fabricao. 5. Cdigos de conduta, para operao e segurana da planta. Os termos padro e normas so usados como sinnimos, embora a norma deve realmente ser reservada para uma forma de conduta que abrange por exemplo, um procedimento de projeto ou de funcionamento recomendado; e padro para os tamanhos preferenciais, composies, etc. Todos os pases desenvolvidos, e muitos dos pases em desenvolvimento, tm organizaes de padres, responsveis pela emisso e manuteno de normas para a indstrias de transformao, e para a proteo dos consumidores (No Brasil a ABNT). No Reino Unido a elaborao e promulgao de normas nacionais so da responsabilidade da British Standards Institution (BSI). A Instituio tem um secretariado e uma srie de pessoal tcnico, mas a preparao dos padres em grande parte de responsabilidade das comisses de pessoas das indstrias, as instituies profissionais de engenharia e outras organizaes interessadas. Nos Estados Unidos, a organizao governamental responsvel pela coordenao da informao em padres o National Bureau of Standards; normas so emitidas por instituio federal , estadual e vrias organizaes comerciais. As principais normas de interesse para engenhaeiros qumico so as emitidas pelo American National Standards Institute (ANSI), o American Petroleum Institute (API), American Society for Testing Materials (ASTM), e pela American Society of Mechanical Engineers (ASME) (vasos de presso). Burklin (1979) apresenta uma lista abrangente dos cdigos e padres americanos. A Organizao Internacional de Normalizao (ISO) coordena a publicao de padres internacionais. Todos os padres britnicos publicados so listados, e o seu mbito e aplicao descrita, no Instituto Catlogo British Standards; que o projetista deve consultar. O catlogo est disponvel on-line, v para a pgina inicial do grupo BSI, www.bsi-global.com. Assim como as vrias normas e padres nacionais, as entidades de projeto de maior dimenso tero seus prprios padres (in-house). Grande parte do detalhe no trabalho de projeto de engenharia rotineiro e repetitivo, e economiza tempo e dinheiro, e garante uma conformidade entre projetos, se os padres so usados sempre que possvel. Os fabricantes de equipamentos tambm trabalham com os padres para a produo de projetos de equipamentos em dirversos tamanhos de acordo com a capacidade; tais como motores eltricos, bombas, tubos e acessrios de tubulao . Eles estaro em conformidade com as normas nacionais, quando existem, ou, aqueles emitidos por associaes comerciais. evidente que mais econmico de produzir uma

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gama limitada de tamanhos padronizados do que ter de tratar cada pedido como um trabalho especial. Para o projetista, o uso de um componente de tamanho normalizado permite a integrao fcil de uma pea de equipamento para o resto da planta. Por exemplo, se um padro de bombas centrfugas especificado, as dimenses da bomba ser conhecida, e isto facilita o projeto das placas de fundaes, conexes de tubos e a seleo dos motores de acionamento: seriam utilizados motores elctricos convencionais. Para uma empresa que opera, a padronizao de projetos de equipamentos e tamanhos aumenta permutabilidade e reduz o estoque de peas de reposio que devem ser realizadas em lojas de manuteno. Embora h claramente vantagens considerveis a serem obtidos com o uso de padres no projeto, h tambm algumas desvantagens. Padres impe certas restries para o projetista. O tamanho padro mais prximo poder ser aceito para completar um clculo de projeto (arredondamento para cima), mas isso no ser, necessariamente, o tamanho ideal; embora, com o tamanho normatizado ser mais barato do que um tamanho especial, ele geralmente ser a melhor escolha do ponto de vista do custo de capital inicial. Mtodos de projeto padro devem, pela sua natureza, devem necessariamente incorporar as tcnicas mais recentes, comprovadas pelas organizaes de normatizao e padres. O uso de padres de desenho encontra-se ilustrado na discusso do recipiente de presso padres de projeto (cdigos) no captulo 13 de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6. Como exemplos de utilizao de padres, a seguir mostramos apenas dois casos para ilustrar os comentrios acima realizados e uma explanao sobre vasos de presso, face a importncia da segurana no trabalho : Exemplo de Padres para o projeto de selas de suportao de um tanque : As selas devem ser concebidas para suportar a carga imposta pelo peso do tanque e contedo. Eles so construdos de tijolos ou de concreto, ou so fabricadas a partir de chapas de ao. O ngulo de contacto no deve ser inferior a 120, e no ser normalmente maior do 150. Placas de desgaste so freqentemente soldada parede do reservatrio para reforar a parede sobre a rea de contato com a sela. As dimenses tpicas "padro" de projetos de sela so apresentados na Figura 13.26. Os procedimentos para o desenho dos suportes de sela so dadas por Brownell e Young (1959), Megyesy (2001), Escoe (1994) e Moss (2003).

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Exemplo de Padres de projeto para flanges de tubulao :

Cdigos e normas de Vasos de Presso Em todos os principais pases industrializados, o projeto e fabricao de vasos de presso so cobertos por normas e cdigos de prticas nacionais. Na maior parte dos pases, a normas e cdigos so juridicamente vinculativos. No Reino Unido, todos os vasos de presso convencionais para uso na indstria qumica e das indstrias conexas, invariavelmente, devem ser concebidos e fabricados de acordo com o Padro PD 5500 ou a Norma Europeia EN 13445; ou um cdigo equivalente tal como Sociedade Americana de Engenheiros Mecnicos cdigo Seo VIII (o cdigo ASME). Os cdigos e normas devem cobrir projeto, materiais de construo, fabricao (fabricao e mo de obra) e inspeo e testes. Eles formam uma base de acordo entre o fabricante e o cliente, e tambm a companhia de seguros do cliente. Na Unio Europeia, o projeto, fabricao e uso de sistemas de presso tambm abrangida pela Directiva de Equipamentos de Presso (Directiva do Conselho 97/23/EC), cuja utilizao tornou-se obrigatria em Maio de 2002.

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A corrente edio do PD 5500 abrange embarcaes fabricadas em carbono e ligas de aos, e alumnio. O projeto dos navios construdos a partir de plstico reforado coberto pela BS 4994. O cdigo ASME cobre aos, metais no-ferrosos, fibras-reforadas e materiais plsticos. Onde cdigos nacionais no esto disponveis, os cdigos britnicos, europeus ou americanos deveriam ser utilizados. Informao e orientao sobre os cdigos de vasos de presso podem ser encontrados na Internet; www.bsi-global.com. Uma ampla reviso do cdigo ASME dada por Chuse e Carson (1992) e Yokell (1986); ver tambm Perry et al. (1997). Os cdigos e normas nacionais determinam os requisitos mnimos, e dar orientao geral para a concepo e construo; qualquer extenso para alm da exigncia do cdigo mnimo ser determinado por acordo entre o fabricante e o cliente. Os cdigos e normas so elaboradas por comits de engenheiros com experincia em desenho das embarcaes e tcnicas de fabricao, e so uma mistura de teoria, experincia e inovao. Eles so revisados periodicamente, e as revises emitidas para acompanhar a evoluo na concepo, anlise de tenso, fabricao e testes. A ltima verso do respetivo cdigo nacional ou padro deve ser sempre consultada antes de empreender o projeto de qualquer vaso de presso. Os programas de computador para auxiliar na concepo de navios para PD 5500 e o cdigo ASME so disponvel a partir de vrias organizaes comerciais e pode ser encontrada fazendo uma pesquisa de a World Wide Web. 1.7. FATORES DE SEGURANA (Fatores de Projeto) O projeto uma arte inexata; erros e incertezas surgiro no projeto em funo das incertezas dos dados disponveis e nas aproximaes necessrias nos clculos de projeto. Para assegurar que a especificao do projeto seja cumprida, os fatores so includos para dar uma margem de segurana no desenho; segurana no sentido de que o equipamento no deixar de realizar de forma satisfatria, e que vai operar com segurana : isto ,no ir causar um perigo. "Factor de projeto" um termo melhor para usar, uma vez que no confundi com factores de segurana e de desempenho. Na concepo mecnica e estrutural, a magnitude dos factores de projeto usados para permitir as incertezas nas propriedades dos materiais, mtodos de projeto, fabricao e cargas operacionais esto bem estabelecidos. Por exemplo, um fator de cerca de 4 a resistncia trao, ou cerca 2.5 sobre o estresse, normalmente usado em design estrutural. A seleo de fatores de projeto em engenharia mecnica ilustrada na discusso do design de vaso de presso no Captulo 13 de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6. Fatores de projeto tambm so aplicados na concepo do processo para dar alguma tolerncia no projeto. Por exemplo, a mdia de fluxo de processo calculados a partir de balanos materiais so geralmente aumentado por um fator, geralmente 10 por cento, para dar alguma flexibilidade no processo operao. Esse fator ir definir os fluxos mximos de equipamentos, instrumentao e projeto de tubulao. Quando so introduzidos fatores de projeto para dar um pouco de contingncia em um projeto de processso, devem ser acordados no mbito da organizao do projeto, e claramente na documentao do projeto (desenhos, folhas de clculo e manuais). Se isso no for feito, ocorre o risco de que cada um dos grupos especialistas de projeto ir adicionar seu

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prprio "fator de segurana"; resultando em desnecessrio excesso de design. Quando se seleciona o fator de projeto, deve-se estar atento ao equilbrio para garantir que o projeto seja adequado e a necessidade de projetar a margens apertadas para este rojeto permanecer competitivo. Quanto maior a incerteza nos mtodos de projeto e dados, maior ser o fator de concepo que deve ser usado. 1.8. SISTEMAS DE UNIDADES Na prtica, os mtodos de projeto, dados e normas que o projetista vai usar so muitas vezes apenas disponvel nas unidades cientficas e de engenharia tradicionais. A engenharia qumica sempre usou uma diversidade de unidades; desde os sistemas cientficos e at o CGS e MKS, e ambos os sistemas de engenharia americanos e britnicos. Os engenheiros das indstrias mais antigas tambm tiveram que lidar com algumas unidades tradicionais bizarras; tal como graus Twaddle (densidade) e de barris em quantidade. desejvel a todos adotar um conjunto consistente de unidades, como SI mundial, improvvel que isso acontea por muitos anos, e os projetistas devem lidar com qualquer sistema, ou a combinao de sistemas, ou aquele que sua organizao usa. Para aqueles que trabalham em empresas consultoras de engenharia significar trabalhar com qualquer sistema de unidades, ou seja, o que o cliente necessita. Geralmente a melhor prtica trabalhar com clculos de projeto nas unidades em que o resultado deve ser apresentado; mas, se puder trabalhar em unidades do SI o melhor, os dados podem ser convertidos para unidades do SI, o clculo feito, e o resultado convertido para o que as unidades so necessrias. Fatores de converso para o sistema SI da maioria das unidades cientficas e de engenharia utilizados em projeto de engenharia qumica so apresentados no Apndice D de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6. As temperaturas so dadas em graus Celsius; e graus Kelvin so usados apenas quando a temperatura absoluta requerido no clculo. Presses muitas vezes so dadas em bar (ou atm), em vez de Pascal (N/m2), pois isso d uma sensao melhor para a magnitude das presses. Nos clculos de tcnicos com bar pode ser considerado como equivalente a uma atmosfera, seja qual for definio usado para atmosfera. As abreviaturas bara e barg so muitas vezes utilizados para denotar manmetro absoluto e manomtrico; anlogo ao psia e psig quando a presso expressa em libra por polegada quadrada. Quando a unidade bar usada por conta prpria, sem indicao, normalmente tomada como absoluta. Para stress, N/mm2 tem sido utilizado, uma vez que estas unidades so agora geralmente aceite pelos engenheiros, e o uso de uma pequena unidade de rea de ajuda para indicar que o stress a intensidade de fora em um ponto (como tambm de presso). Por quantidade, kmol so geralmente utilizados de preferncia a mol, e para o fluxo, kmol / h em vez de mol / s, pois isso d mais ordem de tamanho, que tambm esto mais perto do mais familiarizados lb / h. Para identificar o volume e fluxo volumtrico, m3 e m3 / h so utilizados de preferncia a m3 / s, o que d ridiculamente pequeno pequenos valores em clculos de engenharia. Litros por segundo so usados para pequenos fluxos, pois esta a unidade preferida para especificaes da bomba. Alguns fatores de converso aproximados para unidades SI so apresentados na Tabela 1.1. Os factores de converso exatos tambm so mostrados na tabela.

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Uma tabela mais abrangente de fatores de converso dada no Apndice D de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6 . Engenheiros precisam estar cientes da diferena entre US gales e gales imperiais (UK) ao usar a literatura americana e catlogos de equipamentos. Equipamentos cotados em um catlogo americano em gales americanos ou gpm (gales por minuto) ter apenas 80 por cento da capacidade nominal, quando medido em gales imperiais. A freqncia de alimentao eltrica nestes dois pases tambm diferente: 60 Hz nos EUA e 50 Hz no RU. Assim, uma bomba especificada como 50 GPM (gales americanos), rodando a 1.750 rpm (rotaes por segundo) nos EUA somente atingir 35 imp gpm se operado no Reino Unido; onde a velocidade do motor ser reduzida a 1460 rpm: por isso tome cuidado.

1.9 BALANOS MATERIAIS E DE ENERGIA

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2. FLUXOGRAMAS DE PROCESSO Um projeto de uma planta qumica feito de palavras, nmeros e desenhos. Um engenheiro pensa naturalmente em termos de esboos e desenhos que so suas "fotos. Assim, para resolver um problema de balano de material, ele vai comear com um bloco para representar o equipamento e, em seguida, ir mostrar os fluxos que entram e saem com seus valores e propriedades. Ou pedir-lhe para descrever um processo e ele vai comear esboar o equipamento, mostrar como esto interligados, e mostrar os fluxos e as condies de funcionamento. Tais esboos desenvolver em fluxogramas, que so desenhos para elaborar representaes esquemticas dos equipamentos, a seqncia de operaes, e o desempenho esperado de uma proposta ou o desempenho real de um j em funcionamento. Por razes de clareza e para satisfazer as necessidades das vrias pessoas envolvidas no projeto, estimativa de custos, compras, fabricao, operao, manuteno e gesto, vrios tipos diferentes de fluxogramas so necessrio. Os principais tipos sero descritos e ilustrados. 2.1. FLUXOGRAMAS DE BLOCOS (BFD) Numa fase inicial ou para fornecer uma viso geral de um processo complexo ou planta, um desenho feito com blocos retangulares para representar processos individuais ou grupos de operaes, em conjunto com quantidades e outras propriedades pertinentes de fluxos importantes entre os blocos e a partir do processo como um todo. Tal fluxogramas so feitos no incio de um processo de projeto para fins de orientao ou mais tarde, como um resumo do balano de material do processo. Tabela 1.1 Convenes e formato recomendado para colocar para fora um fluxograma de blocos 1. Operaes mostradas por blocos 2. Principais linhas de fluxo mostrado com setas dando direo do fluxo 3. Fluxo vai da esquerda para a direita, sempre que possvel 4. Fluxo Light (gases) em direo a parte superior com fluxo pesado (lquidos e slidos) em direo inferior 5. Informao crtica nica para processar fornecido 6. Se linhas se cruzam, a linha horizontal contnua ea linha vertical est quebrado. 7. Balano de material simplificado previsto O exemplo a seguir : Tolueno e hidrognio so convertidos em um reactor para a produo de benzeno e de metano. Excesso de tolueno necessrio. Gases no condensveis so separados e descarregados. O produto de benzeno e tolueno que no tenha reagido so em seguida, separado por destilao. O tolueno , em seguida reciclado de volta ao reactor e o benzeno removido na corrente de produto.

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Este diagrama de blocos d uma viso clara da produo de benzeno, sem considerar muitos detalhes relacionados com o processo. Cada bloco no diagrama representa uma funo do processo e pode, na verdade, ser composto de vrios equipamentos. O formato geral e as convenes utilizadas na preparao de diagramas de processo de fluxo de bloco so apresentados na Tabela 1.1. Embora muita informao est faltando a partir da Figura 1.1, claro que tal diagrama muito til para "ter uma ideia" do processo. Diagramas de processo de fluxo de bloco muitas vezes formam o ponto de partida para o desenvolvimento de um PFD. Eles tambm so muito til na conceituao de novos processos e explicar as principais caractersticas do processo sem entrar nos detalhes. Um exemplo de um diagrama de fluxo de bloco de planta para um complexo qumico completo ilustrado a figura 1.2. Este diagrama de blocos da planta de fluxo de carvo paara vrios alcoois. Claramente, este um processo complicado em que h uma srie de lcoois combustveis produzidos a partir de uma matria-prima de carvo. Cada bloco neste Diagrama representa um processo qumico completo (compressores e turbinas so tambm como trapzios), e poderamos, se quisssemos, desenhar um diagrama do processo de fluxo de bloco para cada bloco na figura 1.2. A vantagem de um diagrama, tal como a Figura 1.2 que ele nos permite obter uma imagem completa do que esta planta faz e como tudo os diferentes processos interagem. Por outro lado, a fim de manter o diagrama relativamente organizado, a informao et limitada sobre cada unidade de processo. As convenes para desenho de diagramas de fluxo de plantas so, essencialmente, o mesmo que o apresentado na Tabela 1.1.

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Ambos os tipos de diagramas de fluxo de bloco, tanto da Figura 2.1 como o da Figura 2.2 so teis para explicar o funcionamento global de fbricas de produtos qumicos. Por exemplo, considere que voc acabou de se juntar a uma grande empresa de fabricao de produto qumico que produz uma vasta gama de produtos qumicos do local para o qual foram atribudos. A voc provavelmente seria dado um diagrama de blocos para orient-lo para os produtos e reas importantes de operao.

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Outro exemplo mostrado abaixo, ilustrando os fluxos bsicos em lb/h, para a obteno de vrios produtos a partir do carvo :

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2.2. FLUXOGRAMAS DE PROCESSO (PFD) A PFD contm a maior parte os dados necessrios de engenharia qumica para a concepo de um processo qumico. A PFD de uma empresa provavelmente ir conter ligeiramente diferente informao do que o PFD para o mesmo processo a partir de outra empresa. Tendo-se este ponto em considerao, justo dizer que a maioria dos PFDs ir transmitir informaes muito similares. A PFD comercial tpica conter as seguintes informaes: 1. Todas as principais partes de equipamentos no processo estaro representados no diagrama, juntamente com uma descrio dos equipamentos. A cada equipamento ser atribudo um nmero exclusivo e um descritivo. 2. Todas as correntes de fluxo de processo sero identificadas por um nmero. Uma descrio das condies de processo e da composio qumica de cada fluxo estaro includos. Estes dados sero exibidos diretamente na PFD ou includo em um quadro-resumo que acompanha o fluxo. 3. Todos os fluxos de utilidades (gua, ar, vapor, efluentes, etc) prestados aos principais equipamentos que fornece um processo funo sero mostradas. 4. Malhas de controle bsicos, ilustrando a estratgia de controle usados para operar o processo durante as operaes normais, ser mostrado.

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claro que o PFD um diagrama complexo, que requer um esforo substancial para se preparar. essencial que, para evitar erros na apresentao e interpretao ele deve permanecer organizado e ser fcil de seguir. Muitas vezes, PFDs so desenhados em grandes folhas de papel (tamanho D: 24 "x 36"), e vrias folhas ligadas pode ser necessria por um processo complexo. Especificamente, certos informaes sero apresentadas em tabelas que acompanham e apenas o essencial de informaes do processo sero includo no PFD. Os PFDs resultantes devem ter clareza de apresentao, e o leitor deve referir-se aos equipamentos de fluxo e tabelas de resumo, a fim de extrair todas as informaes necessrias sobre o processo. O processo que estar como exemplo o hidrodealquilao do tolueno para produzir o benzeno. isto um processo comercial bem estudado e bem entendido que usado ainda hoje. O PFD que apresentamos neste captulo para este processo tecnicamente possvel, mas no de forma optimizada. Na verdade, existem muitas melhorias para a tecnologia de processo e desempenho econmico que pode ser feito. Muitos destes melhoramentos se tornar evidente, quando o material apropriado apresentado. Isto permite as tcnicas fornecidas ao longo deste texto a ser aplicado para identificar tanto problemas tcnicos e econmicos no processo e para fazer as necessrias melhorias de processo. Portanto, medida que avanamos ao longo do texto, vamos identificar pontos fracos no design, fazer melhorias, e mover-se em direo a um otimizado Diagrama de Fluxo do Processo. A informao bsica fornecida por um PFD pode ser categorizado, considerando : 1. Topologia do Processo 2. Transmitir Informaes 3. Informaes de Equipamentos Vamos olhar para cada aspecto do PFD separadamente. Depois de ter abordado cada um dos trs temas, vamos trazer todas as informaes juntas e apresentar o PFD para o processo de benzeno. 2.2.1 TOPOLOGIA DO PROCESSO A Figura 1.3 representa um diagrama de fluxo do processo para a produo do benzeno (ver tambm o diagrama de fluxo de processo de bloco na figura 1.1). Este diagrama ilustra no diagrama a localizao dos principais equipamentos e as ligaes que o correntes de processo fazem entre os equipamentos. A localizao e a interao entre equipamento e as correntes do processo referido como a topologia do processo. Equipamento representado simbolicamente por "cones" que identificam unidade especfica operaes. Embora a American Society of Mechanical Engineers (ASME) [2] publica um conjunto de smbolos para usar na preparao de fluxogramas, no incomum para as empresas a usar smbolos internos. Um conjunto abrangente de smbolos tambm dada por Austin [3]. O que quer que conjunto de smbolos usado, raramente h um problema na identificao da operao representada por cada cone. A Figura 1.4 contm uma lista dos smbolos utilizados nos esquemas de processos apresentados no presente texto. Esta lista abrange mais de 90% dos smbolos que so necessrios nos processos de fluido (gs ou lquido). A Figura 1.3 mostra que a maior parte de cada equipamento do processo identificado por um nmero no diagrama. A lista dos nmeros de equipamentos, juntamente com um breve descritivo do nome para o equipamento impressa na parte

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superior do diagrama. A localizao destes nmeros e nomes dos equipamentos correspondem aproximadamente localizao horizontal da parte correspondente do equipamento. A conveno para formatao e identificar o equipamento do processo apresentada na Tabela 1.2. A Tabela 1.2 fornece as informaes necessrias para a identificao dos equipamentos de processo mostrados em um PFD. Como um exemplo de como usar esta informao, considerar a operao da unidade P-101A /B e o que cada nmero ou letra significa.

P-101A / B identifica o equipamento como uma bomba P-101A / B indica que a bomba est localizado na rea 100 da planta P-101A / B indica que esta bomba especfica o nmero 01 na unidade 100 P-101A / B indica que uma bomba de back-up est instalado. Assim, h dois idnticas bombas P-101A e P-101B. Uma bomba estar operando enquanto o outro est ocioso.

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A designao de rea 100 vai ser usada para o processo de benzeno ao longo deste texto. Outros processos apresentados no texto levar outras de rea. Ao longo do topo da PFD, cada pea de equipamento do processo atribudo um descritivo. A partir da figura 1.3 pode ver-se que a bomba P-101 chamado de "bomba de alimentao de tolueno. Este nome ser utilizado nas discusses sobre o processo e ser referida como P-101. Durante a vida da planta, muitas modificaes sero feitas para o processo; e frequentemente ser necessrio para substituir ou eliminar equipamentos de processo. Quando uma pea de equipamento desgasta e substituda por uma unidade nova, que proporciona essencialmente a mesma funo de processo como o aparelho usado, ento no incomum para a nova pea de equipamento herdar o nome e nmero (muitas vezes um adicional do velho equipamento sufixo vai ser utilizado, por exemplo, H-101 pode tornar-se H-101A). Por outro lado, se uma modificao significativa de processo ocorre, ento comum usar novos nmeros de equipamentos e nomes. O exemplo que se segue, feita a partir da Figura 1.3, ilustra este conceito.

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Exemplo 2.1 Operadores relatam problemas freqentes com E-102, que esto a ser investigados. O PFD para a rea 100 da usina ento observado, e E-102 identificado como o "Resfriador do fluxo efluente do reator". A corrente de processo que entra no arrefecedor uma mistura de gases condensveis e no condensveis a 654 C, que so parcialmente condensados para formar uma mistura de duas fases. O lquido de arrefecimento a gua a 30 C. Essas condies caracterizam um problema de transferncia de calor complexo. Os operadores tem notado que a queda de presso atravs E-102 oscila descontroladamente em determinado vezes, fazendo com que o controle do processo fique difcil. Por causa dos problemas frequentes com este trocador de calor (resfriador), recomenda-se que o E-102 seja substitudo por dois permutadores de calor separados. o primeiro permutador arrefece o gs efluente e gera vapor necessrio na planta. O segundo permutador usa gua de arrefecimento para atingir a temperatura desejada de sada de 38 C. Estes trocadores devem ser designados como E-107 (Evaporador pelo efluente do reator) e E-108 (Condensador do efluente do reator). A designao E-102 eliminada e no permite-se a transferncia para um novo equipamento. Assim evita-se qualquer erro, pois E-107 e E-108 so novas unidades neste processo e E-102 no existe mais.

Reportando-nos novamente Figura 1.3, que pode ser visto que cada um dos fluxos de processo identificado por um nmero na caixa de losngulo localizado na linha de fluxo. A direo do fluxo identificado por uma ou mais setas. Os nmeros de corrente de processo so usados para identificar os fluxos no PFD, e o tipo de informao que est normalmente dado para cada fluxo discutido na prxima seo. Tambm identificado na Figura 1.3 so fluxos de utilidades. Utilidades so servios necessrios que esto disponveis na fbrica. Fbricas de produtos qumicos so supridas com um centro de utilidades que incluem energia eltrica, ar comprimido, gua de refrigerao, vapor, retorno de condensado, gs inerte, esgoto qumico, resduos do tratamento de gua,etc. Uma lista dos servios comuns dada na Tabela 1.3, que tambm fornece um guia para a identificao dos fluxos do processo. Cada utilidade identificado pelas iniciais fornecidos na Tabela 1.3. Como um exemplo, vamos localizar E-102 na Figura 1.3. A notao, cw, associado com a corrente que flui para a L-102 indica que a gua de arrefecimento utilizada como refrigerante. A electricidade utilizada para motores e geradores de energia uma utilidade adicional que no identificada diretamente no PFD ou na Tabela 1.3, e tratado separadamente. A maioria das utilidades apresentadas esto relacionadas a equipamentos que iro adicionar ou remover calor de dentro do processo, a fim de controlar as temperaturas. Isso comum para a maioria dos processos de produo de produtos qumicos.

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2.2.2 FLUXO DE INFORMAO A partir do diagrama de fluxo de processo, Figura 1.3, a identificao dos fluxos do processo fica clara. Para os pequenos diagramas contendo apenas algumas operaes, as caractersticas das correntes, tais como as temperaturas, presses, composies e vazes podem ser mostradas diretamente na figura, ao lado do fluxo. Iste no prtico para um diagrama mais complexo. Neste caso, s o nmero de fluxo ser fornecido no diagrama. Estes ndices com os nmeros dos fluxos, fornecem um resumo de informaes do fluxo, que muitas vezes fornecida abaixo no diagrama de fluxo do processo. Neste texto a tabela de resumo de fluxo fornecido como um acessrio separado para o PFD. A informao de fluxo que normalmente dado em um quadro-resumo de fluxo apresentados na Tabela 1.4. Ele dividido em dois grupos : informao essencial e informao opcional que podem ser importantes para processos especficos. A tabela para oprocesso de produo do benzeno, Figura 1.3, apresentada na Tabela 1.5 e contm todas as informaes necessrias listadas na Tabela 1.4. Com as informaes do PFD (Figura 1.3) e do quadro-resumo do fluxo (Tabela 1.5), problemas com relao ao saldos de fluxos e outros so facilmente analisados. Para comear a ganhar experincia em trabalhar com as informaes do PFD, os exemplos que se seguem so fornecidos.

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Exemplo 2.2 Confira o balano dos materiais em geral para o processo de benzeno mostrado na Figura 1.3. do figura, identificamos a entrada de fluxos de Fluxo 1 (alimentao tolueno) e Fluxo 3 (hidrognio rao) e os fluxos de sada como a Stream 15 (benzeno produto) e Corrente 16 (gs combustvel). A partir da tabela resumo fluxo, estes fluxos so listados como (unidades esto em (103 kg) / h): Entrada: Sada: Fluxo 3 : 0.82 Fluxo 15 : 8,21 Fluxo 1 : 10,00 Fluxo 16 : 2,61 Total de 10,82 103 kg / h Total 10,82 103 kg / h O equilbrio alcanado desde Sada = Entrada. Exemplo 2.3 Determinar a converso, por cada passagem de tolueno para benzeno em I-101 na Figura 1.3. Converso definido como: = (benzeno produzido) / (total de tolueno introduziram) Desde o PFD, a entrada de fluxos de R-101 so mostrados como Fluxo 6 (alimentao do reator) e fluxo 7 (reciclagem de tmpera a gs), o fluxo de sada Fluxo 9 (efluente do reator). A partir de As informaes da Tabela 1.5 (unidades so kmol / h): tolueno introduzido = 144 (Stream 6) + 0,04 (Stream 7) = 144,04 kmol / h benzeno produzido = 116 (fluxo 9) - 7,6 (fluxo 6) - 0,37 (Stream 7) = 108,03 kmol / h = 108.03/144.04 = 0,75 Alternativamente, podemos escrever moles de benzeno produzido = tolueno - tolueno out = 144,04-36,00 = 108,04 kmol / h = 108.04/144.04 = 0,75

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2.2.3 INFORMAO DE EQUIPAMENTOS O elemento final do PFD o resumo de informaes sobre os equipamentos. Este resumo fornece as informaes necessrias para estimar os custos de equipamentos e fornecer o base para o projeto detalhado dos equipamentos. A Tabela 1.6 fornece as informaes necessrios para a sntese de equipamentos para a maioria dos equipamentos encontrados em processos de fluidos. A informao apresentada na Tabela 1.6 utilizado na preparao dos equipamentos como resumo do PFD para o processo de benzeno. O resumo de equipamentos para o processo de benzeno apresentada na Tabela 1.7, e os detalhes de como estimar e escolher os vrios parmetros do equipamento so discutidos no Captulo 9 de Coulson & Richardsons, Chemical Engineering Design, Volume 6.

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2.2.4 COMBINANDO TOPOLOGIA, FLUXO DE DADOS, E ESTRATGIA DE CONTROLE

Um exemplo mais representativo de um PFD o processo que est representado na figura 1.5. Este esquema inclui todos os elementos que se encontram em Figura 1.3, algumas das informaes encontradas na Tabela 1.5, alm de informaes adicionais sobre os principais circuitos de controle utilizados no processo. Informaes de fluxo adicionada ao diagrama com "informaes bandeiras. A forma dos sinalizadores indica a informao especfica fornecida na bandeira. A Figura 1.6 ilustra todos os sinalizadores utilizados no presente texto. Esses sinalizadores de informao desempenham um papel duplo. Eles fornecem informaes necessrias no projeto da planta levando em conta a construo da fbrica e na anlise de problemas de funcionamento durante a vida do planta. Um exemplo que ilustra as diferentes informaes apresentadas no PFD dado abaixo. Com a adio dos circuitos de controle de processos e os sinalizadores de informao, o PFD comea a tornar-se confuso. Portanto, a fim de preservar a clareza, necessrio limitar os dados que so apresentados com essas bandeiras de informao. Felizmente, bandeiras em um PFD so fceis de adicionar, remover e mudar, e at mesmo bandeiras temporrios podem ser fornecida ao longo do tempo. As informaes fornecidas com as bandeiras tambm esto includas na tabela de resumo de cada fluxo do processo.No entanto, muitas vezes, muito mais conveniente quando se analisa o PFD ter certos dados diretamente no diagrama.

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Exemplo 2.4 No Fluxo 1 na Figura 1.5 e observe que, imediatamente aps a identificao de fluxo 1 no losngulo ocorre a fixao de trs bandeiras contendo os seguintes dados: 1. Temperatura de 25 C 2. Presso de 1,9 bar 3. Taxa de fluxo de massa de 10,0 x 103 kg / h As unidades para cada varivel de processo so indicados na chave fornecida no lado esquerdo da Figura 1.5.

Nem todas as informaes do processo de igual importncia. As diretrizes gerais para quais os dados que devem ser includos em bandeiras de informao sobre o PFD so difceis de definir. No entanto, no mnimo, as informaes crticas para a segurana e a operao devem ser dadas na planta. Isto inclui a temperaturas e presses associadas com o reator, vazes de fluxos de alimentao e de produtos, e as presses e temperaturas que so substancialmente mais elevados do que o resto do processo. Adicional necessidades so especficas de cada processo. Alguns exemplos de onde por informaes deve ser diretamente includa no PFD, so dados abaixo : Exemplo 2.5 O cido acrlico sensvel temperatura e polimeriza a 90 C, quando presente em alta concentrao. separado por destilao e sai da parte inferior da torre. Neste caso, um sinalizador de temperatura e presso seriam fornecidas para o fluxo de sada do refervedor. Exemplo 2.6 No processo de benzeno, a alimentao do reator substancialmente mais quente do que o resto do processar e crucial para o funcionamento do processo. Alm disso, a reao exotrmica, e a temperatura do efluente do reator deve ser cuidadosamente controlada. Por esta razo Fluxo 6 (entrando) e Fluxo 9 (deixando) tm bandeiras de temperatura. Exemplo 2.7 As presses dos fluxos de e para o R-101 no processo de benzeno tambm so importantes. A diferena de presso entre as duas correntes do a queda de presso ao longo do reactor. Este, por sua vez, d uma indicao de qualquer m distribuio de gs atravs do recheio de catalisador. Por esta razo, bandeiras de presso tambm so includos nas correntes 6 e 9.

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De importncia secundria o fato de que os sinalizadores so teis na reduo do tamanho da tabela de resumo de fluxo. Para bombas, compressores e trocadores de calor, a fluxos de massa so os mesmos nas entradas e sadas, sendo que desta forma no necessrio repetir na tabela do resumo. Exemplo 2.8 O fluxo 13 que sai do topo da coluna de benzeno no PFD do benzeno dado na figura 1.5 e na Tabela 1.5. Este fluxo passa atravs do condensador de benzeno, E-104, e para o tambor de refluxo, V-102. A maior parte desta corrente, em seguida, flui para a bomba de refluxo, P-102, e sai como fluxo 14, enquanto o restantes no condensveis deixa o tambor de refluxo em Fluxo 19. A vazo de massa e vazo de componentes de todas as correntes so dadas em Tabela 1.5, com excessso de alguns. O fluxo de sada de E-104 no est includo na tabela de fluxo. Em vez disso, existe uma bandeira para a temperatura (112 C) no diagrama (sem condensao indicando sub-resfriamento). Um parmetro adicional, mostrando a presso a seguir bomba, tambm mostrado. Neste caso, a entrada para o fluxo 14 pode ser omitido da tabela de fluxo, porque simplesmente a soma dos fluxos 12 e 15, e nenhuma informao seria perdida.

Mais informaes podero ser includas na Figura 1.5 pois ainda tem suficiente espao. mais importante que o PFD permanece organizado e fcil de seguir, a fim de evitar erros e mal-entendidos. Adicionando material adicional a Figura 1.5 ocorre riscos de sacrificar a nitidez. A tabela de fluxo apresentado na Tabela 1.5, o resumo equipamentos apresentados Tabela 1.7 e a Figura 1.5 tomadas em conjunto, constituem todas as informaes contidas em um PFD produzido comercialmente.

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O PFD o primeiro diagrama detalhado desenhado para quaisquer novas instalaes ou processo. Ele fornece todas as informaes necessrias para compreender a qumica processo. Alm disso, informaes suficientes so fornecidas no equipamento, balano de energia e balanos materiais para estabelecer protocolo de controle de processo e preparar estimativas de custo para determinar a viabilidade econmica do processo. Muitos desenhos adicionais so necessrios para construir a planta qumica. Todas as informaes do processo necessria pode ser feita a partir deste PFD. Tal como descrito na narrativa no incio deste captulo, o desenvolvimento do PFD mais frequentemente realizado pela empresa operadora. Atividades subseqentes no projeto da planta so muitas vezes das empresas contratadas. O valor da PFD no termina com a construo da planta. No final do projeto existir o documento PFD que descreve melhor o processo, e utilizado na formao de operadores e de novos engenheiros. Ele consultado regularmente para diagnosticar problemas operacionais que surgem e para prever os efeitos das mudanas sobre o processo. 2.3 FLUXOGRAMA DE PROCESSO E INSTRUMENTAO (P & I D) O diagrama de tubulao e instrumentao (P & I D) ou diagrama de fluxo mecnico (MFD) fornece as informaes necessrias pelos engenheiros para iniciar o planejamento para a construo da planta. A P & ID inclui todos os aspectos mecnicos da planta, exceto a informao dada na Tabela 1.8. As convenes gerais utilizados em desenho P & IDs so apresentados na Tabela 1.9. Cada PFD vai exigir muitos P & IDs para fornecer os dados necessrios. A figura 1.7 um representante P & ID para a seo de destilao do processo benzeno mostrada na Figura 1.5. A P & ID apresentado na Figura 1.7 fornece informaes sobre as tubulaes, e esta includa como parte do diagrama. Como alternativa, cada tubo pode ser numerado, e as especificidades de cada linha podem ser fornecidos em um tabela separada que acompanha este diagrama. Quando possvel, o tamanho fsico das operaes unitrias reflectido pelo tamanho do smbolo no diagrama. Conexes de utilidades so identificadas por uma caixa numerada na P & ID. o nmero dentro da caixa identifica a utilidade especfica. A chave para identificar as conexes de utilidades so mostradas em uma tabela resumo no P & ID. Todas as informaes de processo que podem ser medidos na planta so mostradas na P & ID por bandeiras circulares. Isto inclui a informao a ser gravada e utilizada em malhas de controle de processos. As bandeiras circulares no diagrama indicam onde as informaes so obtidas no processo e identificam as medies tomadas e como a informao tratada. A Tabela 1.10 resume as convenes usadas para identificar informaes relacionadas instrumentao e controle. O exemplo da figura 1.7 da destilao do benzeno, a seguir, ilustra a interpretao de instrumentao e controle e os smbolos utilizados.

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Tabela 1.8 Excluses do Fluxogram P & I

1. Condies de funcionamento T, P 2. Correntes de fluxo 3. Localizaes dos equipamentos 4. Encaminhamento da tubulao a. Comprimentos de tubulao b. Acessrios para tubos 5. Suportao, estruturas e fundaes

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Um elemento sensor de nvel (LE) est localizado sobre o tambor de refluxo V-104. Um transmissor de nvel (LT), tambm localizado no V-104 envia um sinal elctrico (designado por uma linha tracejada) para um indicador de nvel e controlador (LIC). Este LIC est localizado na sala de controle no painel de controle ou console (como indicado pela linha horizontal LIC) e podem ser observados pelos operadores. A partir do LIC, um sinal elctrico enviado para um instrumento (LY) que calcula a correta posio da vlvula e, por sua vez envia um sinal pneumtico (indicada por uma linha slida) para ativar a vlvula de controle (LCV). A fim de alertar os operadores do potencial problemas, dois alarmes so colocados na sala de controle. Trata-se de um alarme de nvel alto (LAH) e um alarme de nvel baixo (LAL), e que recebem o mesmo sinal a partir do transmissor de nvel. Este circuito fechado de controle tambm indicado na PFD da Figura 1.5. No entanto, os detalhes de toda a instrumentao so condensadas num nico smbolo (LIC), que descreve adequadamente a funo de controle de processo essencial a ser realizado. A ao de controle que ocorre no descrito explicitamente em qualquer desenho. No entanto, uma questo simples para inferir que, se existe um aumento no nvel de lquido em V-104, a vlvula de controle ir abrir ligeiramente e o fluxo de produto de benzeno aumenta, tendendo a baixar o nvel de V-104. Para obter uma reduo no nvel de lquido, a vlvula fecha ligeiramente. Os detalhes sobre os outros circuitos de controle nas Figuras 1.5 e 1.7 so deixados para intrpretao do estudante. Vale ressaltar que em praticamente todos os casos de controle de processo dos processos qumicos, o elemento de comando uma vlvula. Assim, toda a lgica de controle baseada no efeito que uma alterao em um determinado set-point tem sobre uma determinada varivel. A chave para entender a lgica de controle identificar qual vazo est sendo manipulada para controlar qual varivel. Uma vez que isto tenha sido feito, uma questo relativamente simples para ver em que direo a vlvula deve mudar. O tempo de resposta do sistema e o tipo de ao de controle usado para atingir o set-point, proporcional, integral ou diferencial- deixado para os engenheiros de instrumentao e no abordado neste texto.

O fluxograma P & ID a ltima etapa do projeto de processo e serve como guia por aqueles que sero responsveis pelo projeto final e construo. Com base neste diagrama : 1. Engenheiros mecnicos e engenheiros civis iro projetar e instalar peas de equipamentos. 2. Engenheiros de instrumentao iro especificar, instalar e verificar sistemas de controle. 3. Engenheiros de tubulao iro desenvolver desenhos de layout da planta e de elevao. 4. Engenheiros de projeto iro desenvolver programaes de plantas e de construo. Antes da aceitao final, a P & IDs servir como uma lista de controle de cada item da planta.

O elemento final de controle em quase todos os loopsde controle dos processos qumicos uma vlvula.

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A P & ID tambm utilizada para treinar operadores. Quando a planta construda e est em funcionamento, h limites para o que os operadores podem fazer em termos de faixas de utilizao de set-point. Na maior parte do processo as aes so para ter o correto desempenho no abrir, fechar ou alterar a posio de uma vlvula. Parte do treinamento poderia representar situaes e exigir que os operadores sejam capazes de descrever como a vlvula especfica deve mudar, e o que observar, a fim de monitorar os efeitos da mudana. Simuladores da planta qumica (semelhantes aos simuladores de vo) so, por vezes, envolvidos em treinamento de operadores. Estes programas so sofisticados, simuladores de processos em tempo real, que mostram a um operador em treinamento como uma mudana de set-point afeta rapidamente as variveis controladas e como propagam atravs do processo. tambm possvel para tais programas exibir cenrios de perturbao do processo de modo que os operadores possam reconhece-las e corrigir tais situaes. Esses tipos de programas so muito teis e apresenta exelente custo-benefcio no comissionamento e start-up da planta. Para tanto, a utilizao de P & IDs muito importante a este respeito, na identificao de estratgias de controle. A P & ID particularmente importante para o desenvolvimento de procedimentos de comissionamento e start-up, principalmente em partidas e paradas, onde a planta no est sob a influncia de sistemas de controle do processo instalado. Exemplo 2.10 Considere o start-up da coluna de destilao mostrado na Figura 1.7. Que seqncia deveria ser seguidos para a partida ? O procedimento est fora do escopo deste texto, mas seria desenvolvido a partir de uma srie de perguntas, tais como a. Qual vlvula deve ser aberta pela primeira vez? b. O que deve ser feito quando a temperatura. . . atinge. . . ? c. At que valor deve ser definido o controlador? d. Quando o sistema pode ser colocado em controle automtico?

O desenvolvimento de um processo atravs de um BFD simples, a seguir atravs do PFD e finalmente para o P & ID. Cada etapa mostrou informaes adicionais. Isto pode ser visto por seguir no progresso da unidade de destilao a medida que se move atravs dos trs diagramas descritos :

1. Bloco Diagrama de Fluxo (BFD) (ver Figura 1.1): A coluna foi mostrado como um parte de um dos trs blocos de processo.

2. Do fluxograma de processo (PFD) (ver Figura 1.5): A coluna foi mostrado como o seguinte conjunto de equipamento individual: uma torre, condensador, tambor de refluxo, reboiler, bombas de refluxo e controles de processo associados.

3. Da tubulao e instrumentao Diagrama (P & ID) (ver Figura 1.7):. A coluna foi mostrado como um diagrama detalhado que inclui detalhes adicionais como tamanhos de tubos, fluxos de utilidades, linhas e vlvulas de amostras, inmeros indicadores, etc.

O valor destes diagramas no termina com a entrada em operao da planta. Os valores do projeto no diagrama so alteradas para representar os valor

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