Integração de processos

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

  1. Uma abordagem holística ao design de processo 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 design de processo integrado ou síntese de processo . El-Halwagi (1997 e 2006) e Smith (2005) descrevem bem a abordagem. Um primeiro passo importante é frequentemente o design do produto (Cussler e Moggridge 2003), que desenvolve a especificação para o produto cumprir sua finalidade necessária.
  2. Análise de pinch , 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 pinch . A técnica calcula metas de energia termodinamicamente atingíveis para um determinado processo e identifica como alcançá-las. Um insight importante é a temperatura de pinch , 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 pinch térmica abordando problemas de energia e pioneira de Linnhoff e colaboradores. Mais tarde, outras análises de pinch 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 material (El-Halwagi et al., 2003). Uma extensão muito bem-sucedida foi o "Hydrogen Pinch", que foi aplicado ao gerenciamento de hidrogênio de refinaria (Nick Hallale et al., 2002 e 2003). Isso permitiu que as refinarias minimizassem os custos de capital e operação do fornecimento de hidrogênio para atender a regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas e também aumentar os rendimentos do hidrotratador.

Descrição

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

A integração de processos não se limita ao projeto de novas plantas, mas também abrange o projeto de retrofit (por exemplo, novas unidades a serem instaladas em uma planta antiga) e a operação de sistemas existentes. Nick Hallale (2001) explica que com a integração de processos, as indústrias estão ganhando mais dinheiro com suas matérias-primas e ativos de capital, ao mesmo tempo em que se tornam mais limpas e sustentáveis. [1]

A principal vantagem da integração de processos é considerar um sistema como um todo (ou seja, abordagem integrada ou holística) para melhorar seu design e/ou operação. Em contraste, uma abordagem analítica tentaria melhorar ou otimizar unidades de processo separadamente sem necessariamente tirar vantagem de potenciais interações entre elas.

Por exemplo, usando técnicas de integração de processos, pode ser possível identificar que um processo pode usar o calor rejeitado por outra unidade e reduzir o consumo geral de energia, mesmo que as unidades não estejam funcionando em condições ótimas por si mesmas. Tal oportunidade seria perdida com uma abordagem analítica, pois ela buscaria otimizar cada unidade e, depois disso, não seria possível reutilizar o calor internamente.

Normalmente, técnicas de integração de processos são empregadas no início de um projeto (por exemplo, uma nova planta ou a melhoria de uma existente) para selecionar opções promissoras para otimizar o projeto e/ou a 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 Pinch Tools para avaliar vários processos como um sistema inteiro. Portanto, estritamente falando, ambos os conceitos não são os mesmos, mesmo que em certos contextos sejam usados ​​de forma intercambiável. A revisão de Nick Hallale (2001) explica que, no futuro, várias tendências são esperadas no campo. No futuro, parece provável que o limite entre alvos e design seja borrado e que estes sejam baseados em informações mais estruturais sobre a rede de processos. Segundo, é provável que veremos uma gama muito maior 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. Isso inclui processos envolvendo sólidos, como flotação e cristalização. O uso de técnicas de integração de processos para design de reatores tem visto um rápido progresso, mas ainda está em seus estágios iniciais. Terceiro, uma nova geração de ferramentas de software é esperada. O surgimento de software comercial para integração de processos é fundamental para sua aplicação mais ampla no design de processos.

Referências

  1. ^ Hallale, Nick (julho de 2001). "Burning bright: Trends in process integration". Progresso da Engenharia Química . Arquivado do original em 4 de fevereiro de 2008.
  • Cussler, EL e Moggridge, GD (2001). Chemical Product Design . Cambridge University Press (Cambridge Series em Engenharia Química). ISBN 0-521-79183-9 
  • 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 de massa. AIChE J. 35(8), 1233-1244.
  • Hallale, Nick, (2001), "Burning Bright: Tendências em Integração de Processos", 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). Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, 2ª edição . Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-8260-4 . Inclui software de planilha para download. 
  • Kemp, IC e Lim, JS (2020). Pinch Analysis for Energy and Carbon Footprint Reduction: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, 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). "Heat Exchanger Network Synthesis: Process Optimization by Energy and Resource Analysis". 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 Sons. 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. Chem. Eng. Sci., 49, 981-1006
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