1. Diagramas de Processos Químicos
Diagramas de Processos Químicos
Introdução à Engenharia Química
Universidade Federal de Uberlândia - Faculdade de Engenharia Química
Curso de Graduação em Engenharia Química
Prof. Adilson J. de Assis - ajassis@ufu.br
2. • TURTON, R., BAILIE, R. C., WHITING, W. B., SHAEIWITZ, J. A. Analysis, synthesis,
and design of chemical processes, 2nd. ed., Prentice Hall, 2003.
• http://en.wikipedia.org/wiki/Piping_and_instrumentation_diagram
• http://en.wikipedia.org/wiki/Process_flow_diagram
• http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Chemical_engineering_symbols
• http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Process_flow_diagrams
• http://dia-installer.de/download/index.html
(software livre e gratuito que permite fazer
diversos diagramas, incluindo de
processos químicos)
Bibliografia
3. Softwares livres e gratuitos
Tutoriais do software DIA:
http://www.youtube.com/watch?v=w3uuOPJvdcQ
http://www.scribd.com/doc/37792589/DIA-Portable-Tutorial
5. 1. Diagramas usados para representar Processos Químicos
• Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD);
• PFD – Process Flow Diagram;
• P&ID – Piping and Instrumentation Diagram
• Diagramas 3D e de realidade aumentada
Programa do Módulo
6. • A maneira mais eficiente de comunicar informações de
um processo é através de diagramas
• A informação visual é a forma mais clara de apresentar os
fluxos materiais do processo
• É também a forma menos provável de gerar
desentendimentos do processo (importante para
operadores)
• Vale ressaltar que para todos os diagramas discutidos neste
módulo não há nenhum padrão universalmente aceito.
O Poder Visual do Diagrama
7. 1. Diagramas usados para representar Processos Químicos
• Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD);
• PFD – Process Flow Diagram;
• P&ID – Piping and Instrumentation Diagram
• Outros Diagramas
Programa do Módulo
8. i. Bastante utilizado nos cursos introdutórios do curso
de Engenharia Química
ii. Muito utilizado em problemas de balanço material e
de energia para converter o enunciado de um
problema em um diagrama de bloco
iii. Consiste em uma série de blocos, os quais
representam equipamentos ou operações unitárias
conectados por correntes de entrada e saída
iv. Informações tais como temperatura, pressão, vazão,
composição e conversão são adicionadas ao
diagrama. Detalhes dos equipamentos não são
incluídos.
Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD)
9. Produção de benzeno pela hidrodealquilação do tolueno
Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD)
10. i. Operações representadas por blocos
ii. Linhas de fluxo representadas por setas indicando a direção do
fluxo
iii. Setas devem ser orientadas da esquerda para a direita sempre
que possível
iv. Fases densas devem ser orientadas em regiões mais baixas e
fases pouco densas em regiões mais altas
v. Informações importantes devem ser apresentadas no diagrama
vi. Em linhas de fluxo que se cruzam, as linhas horizontais devem
ser contínuas e as verticais interrompidas
vii. O balanço material simplificado deve ser apresentado
Convenções para construção de BFDs
12. i. Bastante útil na criação de novos processos
ii. Ajudam a dar um idéia geral do processo
iii. É usado como ponto inicial para o desenvolvimento de
um PFD (Process Flow Diagram)
iv. O primeiro contato de um engenheiro recém contratado
para trabalhar em uma área de uma planta com o
processo seria através de um Diagrama de Blocos da
Planta e depois com o Diagrama de Blocos do processo
específico designado a ele.
Diagrama de Blocos – (BFD) – Comentários Finais
13. 1. Diagramas usados para representar Processos Químicos
• Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD);
• PFD – Process Flow Diagram;
• P&ID – Piping and Instrumentation Diagram
• Outros Diagramas
Programa do Módulo
14. i. Possui uma quantidade bem maior de informações em
relação ao BFD
ii. Contém os dados maciços de engenharia química para o
projeto de um processo químico
iii. PFDs produzidos por empresas de projeto diferentes
apresentam padrões diferentes
Process Flow Diagram – (PFD)
15. OBS: PFDs produzidos por empresas de projeto diferentes apresentam
informações levemente diferentes
Informações que devem ser apresentadas em um PFD:
●
Todos os equipamentos do processo identificados por um número
juntamente com uma breve descrição do equipamento
●
Todas as correntes do processo identificadas por um número
juntamente com uma breve descrição das condições de operação
do processo e composição química
●
Todas as correntes de utilidades relacionadas ao processo
●
Loops/Malhas de controle básicos
21. Formato Geral = XX-YZZ A/B
XX são as letras de identificação da classificação dos equipamentos
C - Compressor ou Turbina (Compressor / Turbine)
E - Trocador de Calor (Heat Exchanger)
H - Forno (Fired Furnace)
P - Bomba (Pump)
R - Reator (Reactor)
T - Torre (Tower)
TK - Tanque de armazenagem (Storage Tank)
V - Vaso (Vessel)
Y designa uma área dentro da planta. Corresponde à centena
ZZ é o número de cada item em uma classe de equipamento
A/B identifica unidades paralelas ou reservas não mostradas no PFD
Convenções para Identificar Equipamentos em PFDs
22. Exemplo:
P-101 A/B identifica o equipamento como uma bomba
P-101 A/B indica que a bomba está localizada na área 100 da
planta que corresponde a área de produção de benzeno
P-101 A/B indica que esta bomba é a unidade 1 entre as bombas
da área 100
P-101 A/B indica que há uma bomba reserva instalada. Portanto,
há duas bombas idênticas: P-101A e P-101B
Convenções para Identificar Equipamentos em PFDs
P – 101 A/B
23. lps vapor de baixa pressão: 3-5 bar (sat);
mps vapor de média pressão: 10-15 bar (sat)
hps vapor de alta pressão: 40-50 bar (sat)
cw água de resfriamento: torre 30°C – retorno < 45°C
wr água de rio: rio 25°C – retorno < 35°C
rw água refrigerada: entrada 5°C – retorno < 15°C
rb salmoura refrigerada: entrada -45°C – retorno < 0°C
el aquecimento elétrico
ng gás natural
fg gás combustível
fo óleo combustível
Slide
16
Convenções de Utilidades Usadas em PFDs
24. i. Número da corrente
ii. Temperatura (°C)
iii. Pressão (bar)
iv. Fração de vapor
v. Vazão mássica total (kg/h)
vi. Vazão molar total (kmol/h)
vii. Vazão por componente (kmol/h)
Obrigatórias
Informações no Sumário das Correntes em PFDs
25. i. Fração molar por componente;
ii. Fração mássica por componente;
iii. Vazão por componente (Kg/h);
iv. Vazão volumétrica (m3/h);
v. Propriedades físicas significativas:
●
Densidade;
●
Viscosidade;
●
Outras;
vi. Dados termodinâmicos:
Capacidade térmica;
Entalpia;
Constante de equilíbrio K.
Opcionais
Informações no Sumário das Correntes em PFDs
28. Checar o balanço material global do processo de
produção de benzeno
Exemplo 1
Entrada = Saída ?
Entrada: Saída:
Corrente 1 = 10,00 Corrente 15 = 8,21
Corrente 3 = 0,82 Corrente 16 = 2,61
Total = 10,82x103
kg/h Total = 10,82x103
kg/h
Aplicação das Informações do Sumário das Correntes
29. Determinar a conversão de tolueno em R-101 (Reator)
Exemplo 2
Conversão = (ToluenoEntrada – ToluenoSaída) /
ToluenoEntrada
Tolueno na Entrada: Tolueno na Saída:
Corrente 6 = 144,0 Corrente 9 = 36
Corrente 7 = 0,04
Total = 144,04
Conversão = (144,04 – 36) / 144,04 = 0,75 ou 75%
Aplicação das Informações do Sumário das Correntes
30. • PFDs fornecem toda a informação necessária para se
entender um processo químico
• PFDs fornecem informações suficientes a respeito do
balanço material e de energia do processo para se
estabelecer protocolos de controle
• Também possuem informações suficientes para conduzir o
cálculo de estimativas de custo e avaliação econômica do
processo
• PFDs são importantes não apenas durante a fase de
construção da planta. São usados também para treinar
operadores e novos engenheiros, além de ser usado para
diagnosticar problemas de operação, pois é o documento
que melhor descreve o processo
Conclusões sobre PFDs
31. 1. Diagramas usados para representar Processos Químicos
• Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD);
• PFD – Process Flow Diagram;
• P&ID – Piping and Instrumentation Diagram
• Outros Diagramas
Programa do Módulo
32. i. Fornece informação aos engenheiros para iniciar o
planejamento da execução da construção e de
acompanhamento diário da planta
ii. Possui todos os aspectos mecânicos da planta exceto:
•. Condições de operação, T e P;
•. Vazões das correntes;
•. Localização dos equipamentos;
•. Mapeamento da tubulação;
•. Suportes, estruturas e fundações
iii. São necessários vários para cobrir a informação de toda
uma planta
Piping & Instrumentation Diagram – P&ID
33. Convenções para construir P&IDs
Equipamentos - mostrar detalhes incluindo:
Unidades sobressalentes
Unidades paralelas
Detalhes resumidos de cada unidade
Tubulação – incluir todas as linhas, drenos e conexões de
amostragem. Especificar também:
Diâmetro
Espessura
Material de construção
Isolamento térmico
Instrumentos – Identificar:
Indicadores
Registradores
Controladores
Mostrar linhas de instrumentos
Utilidades – Identificar:
Entrada e saídas das utilidades
Saída para tratamentos de efluentes e rejeitos
36. A elaboração de P&IDs é um dos últimos estágios do projeto de processo.
Baseado nos P&IDs:
• Engenheiros mecânicos e civis irão projetar e instalar os
equipamentos
• Engenheiros de instrumentos irão especificar, instalar e checar
os sistemas de controle
• Engenheiros de tubulações irão desenvolver o layout da
planta e desenhos de elevação de equipamentos
• Engenheiros de projeto irão desenvolver a programação da
construção da planta
Utilização de P&IDs
37. P&IDs também tem o propósito de treinar operadores no startup da
planta, quando o sistema de controle está desligado.
Através dos P&IDs os operadores são expostos a uma situação e estes
devem ser capazes de:
• indicar qual válvula deve ser mudada;
• como a válvula deve ser mudada
• o que deve ser monitorado a fim de observar o efeito da
mudança da válvula
O elemento final de controle de quase todos os loops
de controle de uma planta é uma válvula
Utilização de P&IDs
38. Produção de Benzeno CH4 e H2
Evolução dos Diagramas
e
Maturação do Projeto
BFD (com a coluna de destilação destacada)
43. 1. Diagramas usados para representar Processos Químicos
• Diagrama de Blocos – Block Flow Diagram (BFD);
• PFD – Process Flow Diagram;
• P&ID – Piping and Instrumentation Diagram
• Outros Diagramas
Programa do Módulo
(3D, isométricos, realidade aumentada etc)
44. Ao se construir uma nova planta é preciso levar em consideração:
• Localização de trocadores de calor que permita a remoção dos
tubos para executar limpeza e manutenção (espaço suficiente para
esta tarefa)
• Localização das bombas que permita fácil acesso para substituição
e manutenção. Algumas vezes deve haver espaço suficiente para o
acesso de um guindaste
• Válvulas e válvulas de controle devem ser facilmente acessadas
por operadores
• Pontos de amostragem devem ter fácil acesso
Necessidade de um diagrama que dê noção espacial dos
equipamentos
Outros Diagramas
46. Diagramas 3D
Vista isométrica de um
modelo de layout de planta
3D preliminar para o
processo de produção de
DME (DiMetil Éter ou éter
dimetílico) a partir da
desidratação do metanol (ver
PDF mostrado no slide
seguinte).
O CH3OCH3 é utilizado
primordialmente em
aerosóis. Também pode ser
utilizado como combustível
automotivo, substituindo o
GLP ou o diesel e pode ser
produzido a partir de
matérias-primas fósseis (gás
natural e carvão) e de
renováveis (biomassa).
49. Padrão brasileiro para as cores das tubulações industriais
NBR 6493 (1994) - Emprego de cores para
identificação de tubulações
50. Diagramas 3D
Intergraph SmartPlant P&ID 4, SmartPlant 3D é o software adotado atualmente
pela PETROBRAS e prestadoras de serviço para seus fluxogramas:
www.intergraph.com e http://www.youtube.com/watch?v=OKZPI0mAbiY
51. Diagramas 3D
PDS −
Plant Design System
www.intergraph.com
Veja o vídeo abaixo:
http://bit.ly/9dzttx
Intergraph® 2009
Golden Valve Award -
1st Place Animation -
Augusto Munhão,
Promon Engenharia
S.A. This animation
depicts a walkthrough
of the Alunorte
Refinery
http://bit.ly/TnB98B
PDMS CAD 3D plant
design model review
56. Diagrama em realidade aumentada
Google:
Google: best augmented reality iPhone apps ou best augmented reality android apps
Ver: Augmented Reality - Power Industry Demo: http://www.youtube.com/watch?v=CbMNg1sR9xQ
