Produção de Biodiesel

THIAGO JOSÉ SANTOS

OTIMIZAÇÃO, ANÁLISE E SÍNTESE DE PROCESSOS QUÍMICOS

São Luís

2016

THIAGO JOSÉ SANTOS

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OTIMIZAÇÃO, ANÁLISE E SÍNTESE DE PROCESSOS QUÍMICOS

Trabalho apresentado ao Colegiado de Curso da Engenharia Química do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Federal do Maranhão, como parte dos requisitos para obtenção da primeira nota parcial da disciplina Metodologia de Projetos e Processos Químicos, ministrado pelo Prof. Dr. Romildo Sampaio.

São Luís

2016

Sumário

INTRODUÇÃO        

SISTEMAS        

ESTRUTURA        

 SÍNTESE        

 ANÁLISE        

 OTIMIZAÇÃO        

AVALIAÇÃO ECONÔMICA        

INTRODUÇÃO À SINTESE DE PROCESSOS        

NATUREZA COMBINATÓRIA DO PROBLEMA DE SÍNTESE        

 DECOMPOSIÇÃO DE PROBLEMAS        

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL NA SÍNTESE DE PROCESSOS        

MÉTODO HEURÍSTICO        

MÉTODO EVOLUTIVO        

Questão:        

1. INTRODUÇÃO

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1.2 SISTEMAS

Sistema é a denominação genérica de organismos, dispositivos ou instalações que apresentam as seguintes características:

1. São conjuntos de elementos interdependentes;
2. Cada elemento é capaz de executar uma ação específica;
3. Tem como finalidade a execução de uma ação complexa, que só pode ser executada mediante a conjugação dos seus elementos.

Sistemas são encontrados nos mais diversos campos de atividade. Nos processos químicos, reatores, colunas de destilação e trocadores de calor formam instalações que promovem a transformação de matérias-primas em produtos em escala industrial.

Na Engenharia Química, o sistema é uma instalação destinada à transformação de substâncias químicas em escala industrial. Essa transformação é complexa e se dá através de uma sequência de etapas conduzidas nos equipamentos, em cujo interior são provocados fenômenos como reação química, adsorção, evaporação, condensação, compressão, expansão, aquecimento, resfriamento e muitos outros. O conjunto de etapas constitui o processo de produção, cujo projeto e respectiva operação são atribuições do engenheiro químico.

1.3 ESTRUTURA

A estrutura de um sistema é definida pela forma como os seus elementos são interligados. Na Engenharia de Processos, a estrutura é representada pelo fluxograma do processo (figura 1).

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Figura 1

1.4 SÍNTESE

A síntese é a etapa criativa do projeto. Ela consiste na geração das estruturas viáveis, de acordo com a finalidade do sistema. Dentre elas será escolhido a melhor através da analise. A síntese implica na seleção dos elementos de acordo com a função que cada um desempenha. A estrutura é escolhida de modo que o conjunto de elementos exiba o melhor desempenho possível, a síntese consiste na seleção dos equipamentos e na definição do fluxograma.

A síntese é um problema essencialmente combinatório, caracterizado pela multiplicidade de soluções.

1.5 ANÁLISE 

Cada um dos fluxogramas alternativos gerados na etapa de síntese tem que ser submetido a uma análise para se identificar aquele que exibe o melhor desempenho. A análise começa pela identificação dos elementos do sistema e da forma como os mesmos interagem, e prossegue com a previsão e a avaliação do seu desempenho. A previsão é realizada com o auxílio de um modelo matemático. No caso dos processos, partindo-se das especificações de projeto, são obtidas as principais dimensões dos equipamentos, as vazões de produto, de matérias-primas, de utilidades e dos demais insumos. No caso dos processos, a partir das dimensões dos equipamentos pode-se estimar os custos de investimento; com as vazões das correntes, a receita e os custos de produção, logo, obtém-se o índice de mérito natural que, normalmente, é uma função lucro ou custo.

1.6 OTIMIZAÇÃO

Todo problema que admite mais de uma solução viável dispara, a busca da melhor das soluções: a solução ótima. O problema se torna, um problema de otimização. O projeto é um problema típico de otimização. Um problema muito complexo, por sinal, porque compreende em seu bojo dois subproblemas também de otimização, em níveis estrutural e paramétrico, que devem resolvidos conjuntamente do seguinte modo:

1. No nível estrutural ( Síntese), são geradas sucessivamente as estruturas viáveis do sistema, em busca da estrutura ótima;
2. No nível paramétrico ( Análise), determina-se o desempenho ótimo de cada uma das estruturas.

O desemprenho ótimo é caracterizado pelos valores das variáveis correspondentes ao lucro máximo ou ao custo mínimo daquela estrutura.

1. AVALIAÇÃO ECONÔMICA

O desempenho econômico previsto para um processo em fase de projeto e o desempenho econômico real de um processo em operação podem ser medidos através de critérios expressos por funções do tipo lucro ou custo. Esses critérios são utilizados tanto em problemas de simulação como de dimensionamento.

O custo total é a soma dos custos diversos em que incorre o empreendimento. Incluem os custos de produção (Cprod.) e os custos Gerais (Cgerais). Os custos de produção incluem os Custos Diretos e os Custos Fixos. Os custos Diretos são os custos diretamente proporcionais à produção. Incluem custos com matéria-prima, com utilidade, com manutenção, com suprimentos operacionais, com mão-de-obra operacional e de supervisão, com administração, com a utilização de laboratórios, com patentes e “royalties” (Royalties é uma palavra em inglês que significa regalia ou privilégio).