Integração de processos

Integração de processos é um termo em engenharia química que tem dois significados possíveis.

  1. Uma abordagem holística ao design de processos que enfatiza a unidade do processo e considera as interações entre diferentes operações unitárias desde o início, em vez de otimizá-las separadamente. Isso também pode ser chamado de projeto integrado de processos ou síntese de processos . El-Halwagi (1997 e 2006) e Smith (2005) descrevem bem a abordagem. Um primeiro passo importante é muitas vezes o design do produto (Cussler e Moggridge 2003), que desenvolve a especificação do produto para cumprir a sua finalidade exigida.
  2. Análise de pitada , uma técnica para projetar um processo para minimizar o consumo de energia e maximizar a recuperação de calor, também conhecida como integração de calor , integração de energia ou tecnologia de pitada . A técnica calcula metas de energia termodinamicamente atingíveis para um determinado processo e identifica como alcançá-las. Um insight importante é a temperatura de aperto , que é o ponto mais restrito do processo. A explicação mais detalhada das técnicas é de Linnhoff et al. (1982), Shenoy (1995), Kemp (2006) e Kemp e Lim (2020), e também aparece fortemente em Smith (2005). Esta definição reflete o fato de que o primeiro grande sucesso para a integração de processos foi a análise de compressão térmica abordando problemas de energia e iniciada por Linnhoff e colegas de trabalho. Posteriormente, outras análises de pinça foram desenvolvidas para diversas aplicações, como redes de troca de massa (El-Halwagi e Manousiouthakis, 1989), minimização de água (Wang e Smith, 1994) e reciclagem de materiais (El-Halwagi et al., 2003). Uma extensão muito bem-sucedida foi o "Hydrogen Pinch", que foi aplicado ao gerenciamento de hidrogênio em refinarias (Nick Hallale et al., 2002 e 2003). Isto permitiu às refinarias minimizar os custos de capital e operacionais do fornecimento de hidrogénio para cumprir regulamentos ambientais cada vez mais rigorosos e também aumentar o rendimento do hidrotratamento.

Descrição

No contexto da engenharia química, a integração de processos pode ser definida como uma abordagem holística ao projeto e otimização de processos, que explora as interações entre diferentes unidades, a fim de empregar recursos de forma eficaz e minimizar custos.

A integração de processos não se limita à concepção de novas instalações, mas também abrange a concepção de retrofit (por exemplo, novas unidades a serem instaladas numa instalação antiga) e a operação de sistemas existentes. Nick Hallale (2001) explica que com a integração de processos, as indústrias estão a ganhar mais dinheiro com as suas matérias-primas e activos de capital, ao mesmo tempo que se tornam mais limpas e mais sustentáveis. [1]

A principal vantagem da integração de processos é considerar um sistema como um todo (ou seja, uma abordagem integrada ou holística), a fim de melhorar a sua concepção e/ou operação. Em contraste, uma abordagem analítica tentaria melhorar ou optimizar as unidades de processo separadamente, sem necessariamente tirar partido das potenciais interacções entre elas.

Por exemplo, através da utilização de técnicas de integração de processos, poderá ser possível identificar que um processo pode utilizar o calor rejeitado por outra unidade e reduzir o consumo global de energia, mesmo que as unidades não estejam a funcionar sozinhas em condições óptimas. Tal oportunidade seria perdida com uma abordagem analítica, pois procuraria otimizar cada unidade e, a partir daí, não seria possível reutilizar o calor internamente.

Normalmente, as técnicas de integração de processos são empregadas no início de um projeto (por exemplo, uma nova planta ou a melhoria de uma já existente) para selecionar opções promissoras para otimizar o projeto e/ou operação de uma planta de processo.

Também é frequentemente empregado, em conjunto com ferramentas de simulação e otimização matemática, para identificar oportunidades a fim de melhor integrar um sistema (novo ou existente) e reduzir custos de capital e/ou operacionais.

A maioria das técnicas de integração de processos emprega análise Pinch ou ferramentas Pinch para avaliar vários processos como um sistema completo. Portanto, a rigor, ambos os conceitos não são iguais, mesmo que em determinados contextos sejam utilizados de forma intercambiável. A revisão de Nick Hallale (2001) explica que, no futuro, diversas tendências são esperadas na área. No futuro, parece provável que a fronteira entre metas e design seja confusa e que estes se baseiem em informações mais estruturais relativas à rede de processos. Em segundo lugar, é provável que vejamos uma gama muito mais ampla de aplicações de integração de processos. Ainda há muito trabalho a ser realizado na área de separação, não apenas em sistemas de destilação complexos, mas também em tipos mistos de sistemas de separação. Isto inclui processos que envolvem sólidos, como flotação e cristalização. O uso de técnicas de integração de processos para o projeto de reatores tem visto um rápido progresso, mas ainda está em seus estágios iniciais. Terceiro, espera-se uma nova geração de ferramentas de software. O surgimento de software comercial para integração de processos é fundamental para sua aplicação mais ampla no projeto de processos.

Referências

  1. ^ Hallale, Nick (julho de 2001). “Burning Bright: Tendências na integração de processos” . Progresso da Engenharia Química . Arquivado do original em 4 de fevereiro de 2008.
  • Cussler, EL e Moggridge, GD (2001). Projeto de Produtos Químicos . Cambridge University Press (Série Cambridge em Engenharia Química). ISBN0-521-79183-9 
  • El-Halwagi, MM, (2006) "Integração de Processos", Elsevier
  • El-Halwagi, MM, (1997) "Prevenção da Poluição por meio da Integração de Processos", Academic Press
  • El-Halwagi, MM, F. Gabriel e D. Harell, (2003) “Rigoroso direcionamento gráfico para conservação de recursos por meio de redes de reciclagem/reutilização de materiais”, Ind. Eng. Química. Res., 42, 4319-4328
  • El-Halwagi, MM e Manousiouthakis, V. (1989). Síntese de redes de troca em massa. AIChE J. 35(8), 1233-1244.
  • Hallale, Nick, (2001), "Burning Bright: Trends in Process Integration", Chemical Engineering Progress, julho de 2001
  • Hallale, N. Ian Moore, Dennis Vauk, "Otimização de hidrogênio com investimento mínimo", Petroleum Technology Quarterly (PTQ), Primavera (2003)
  • Kemp, IC (2006). Análise Pinch e Integração de Processos: Um Guia do Usuário sobre Integração de Processos para o Uso Eficiente de Energia, 2ª edição . Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-8260-4 . Inclui software de planilha para download. 
  • Kemp, IC e Lim, JS (2020). Análise Pinch para Redução de Energia e Pegada de Carbono: Um Guia do Usuário sobre Integração de Processos para o Uso Eficiente de Energia, 3ª edição . Inclui software de planilha para download. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-102536-9 . 
  • Linnhoff, B., DW Townsend, D. Boland, GF Hewitt, BEA Thomas, AR Guy e RH Marsland, (1982) “Um Guia do Usuário sobre Integração de Processos para o Uso Eficiente de Energia”, IChemE, Reino Unido.
  • Shenoy, UV (1995). "Síntese de Rede de Trocadores de Calor: Otimização de Processos por Análise de Energia e Recursos". Inclui dois discos de computador. Gulf Publishing Company, Houston, TX, EUA. ISBN 0-88415-391-6 . 
  • Smith, R. (2005). Projeto e Integração de Processos Químicos . John Wiley e Filhos. ISBN 0-471-48680-9 
  • Vauck, Dennis (setembro de 2002), "Hydrogen: Liability or Asset?", Chemical Engineering Progress , arquivado do original em 12 de abril de 2008
  • Wang, YP e R. Smith (1994). Minimização de águas residuais. Química. Eng. Ciências, 49, 981-1006
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