EQE-489 – Engenharia de Processos
Prof. Carlos A. G. Perlingeiro
INTEGRAÇÃO DE PROCESSOS
DIAGRAMA DE FONTES DE ÁGUA:
Ferramenta para Reúso de Efluentes Industriais
Reinaldo C. Mirre
2015 / 1
8/6/2015
Objetivo
Apresentar o procedimento algorítmico-heurístico
Diagrama de Fontes de Água (DFA), voltado para a identificação de
oportunidades de reúso de águas e efluentes industriais.
Integração de Processos (IP)
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Procedimento para sistemas com um contaminante
Redes de Transferência de Massa
Aplicação Industrial
Sistema de produção industrial
INSUMOS:
- Matérias-primas
- Materiais auxiliares
- Água
- Ar
- Energia
- Produtos finais,
principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)
- Energia, radiações, vibrações
- Produto fora de especificação
Sistema de produção industrial
PROCESSO QUÍMICO
INSUMOS:
- Matérias-primas
- Materiais auxiliares
- Água
- Ar
- Energia
- Produtos finais,
principais e secundários
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)
- Energia, radiações, vibrações
- Produto fora de especificação
As 4 Sub-tarefas executadas por 4 Sub-Sistemas:
PROCESSO QUÍMICO
MATÉRIA-PRIMA
PRODUTO
Reação
Separação Integração Controle
Reação: responsável pela modificação do conjunto de espécies, fazendo aparecer o
produto principal.
Separação: responsável pelo ajuste de composição das correntes, separando o produto
dos sub-produtos e do excesso de reagentes.
Integração: responsável pela movimentação de matéria e ajustes de temperatura das
correntes.
Controle: responsável pela operação segura e estável do processo.
Adaptado Prof. Perlingeiro
As 4 Sub-tarefas executadas por 4 Sub-Sistemas:
PROCESSO QUÍMICO
MATÉRIA-PRIMA
PRODUTO
Reação
Separação Integração Controle
Adaptado Prof. Perlingeiro
SUB-SISTEMAS TOTALMENTE INTEGRADOS, FORMANDO O PROCESSO
FLUXOGRAMA EMBRIÃO: é o ponto de partida da geração de um fluxograma de processo.
Restrito às duas primeiras operações de cunho material
S
Reação
R
M
Separação
Controle
Integração
Adaptado Prof. Perlingeiro
SUB-SISTEMAS TOTALMENTE INTEGRADOS, FORMANDO O PROCESSO
FLUXOGRAMA EMBRIÃO: é o ponto de partida da geração de um fluxograma de processo.
Restrito às duas primeiras operações de cunho material
Reação
Síntese
Separação
Controle
Selecionar os equipamentos e
definir o fluxograma do processo,
a partir de uma rota química
traçada
Integração
S
R
M
Análise
Prever e avaliar o desempenho
físico e econômico do processo
gerado na síntese
ENGENHARIA DE PROCESSOS
Área da Engenharia Química dedicada à tarefa de sistematizar o projeto de
processos químicos, perfazendo um conjunto de atividades voltadas para
concepção, dimensionamento e avaliação de desempenho do processo,
visando obter o produto desejado.
Adaptado Prof. Perlingeiro
ENGENHARIA DE PROCESSOS
PROBLEMA DE PROJETO
DECISÕES SEQUENCIAIS
3 NÍVEIS
TECNOLÓGICA
ESTRUTURAL
PARAMÉTRICA
ESTABELECER O MELHOR PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UM
PRODUTO P, DADO UM CONJUNTO DE ESPECIFICAÇÕES ...
Adaptado Prof. Perlingeiro
FLUXOGRAMA FINAL
NECESSIDADE:
PRODUZIR P
ROTAS
QUÍMICAS
ROTA SELECIONADA
MATÉRIAS PRIMAS
ESPECIFICAÇÕES
SÍNTESE
OTIMIZAÇÃO
ESTRUTURAL
NÍVEL
ESTRUTURAL
FLUXOGRAMA
PROPOSTO OU
MODIFICADO
FLUXOGRAMA
OTIMIZADO
PARAMETRICAMENTE
NOVOS VALORES
DAS VARIÁVEIS
NÍVEL
TECNOLÓGICO
NECESSIDADE
ATENDIDA
FLUXOGRAMA
OTIMIZADO
ESTRUTURALMENTE
PROPOSTA DE
MODIFICAÇÃO DO FLUXOGRAMA
PROPOSTA DE NOVA ROTA
OTIMIZAÇÃO
TECNOLÓGICA
DETALHAMENTO
MONTAGEM
OTIMIZAÇÃO
PARAMÉTRICA
NÍVEL
PARAMÉTRICO
ANÁLISE
DIMENSÕES
CALCULADAS
FLUXOGRAMA DA EXECUÇÃO DA BUSCA EM ÁRVORE DO PROBLEMA DE PROJETO
Adaptado Prof. Perlingeiro
SUB-SISTEMAS TOTALMENTE INTEGRADOS, FORMANDO O PROCESSO
FLUXOGRAMA EMBRIÃO: é o ponto de partida da geração de um fluxograma de processo.
Restrito às duas primeiras operações de cunho material
Reação
Síntese
Separação
Controle
Selecionar os equipamentos e
definir o fluxograma do processo,
a partir de uma rota química
traçada
Integração
S
R
M
Análise
Prever e avaliar o desempenho
físico e econômico do processo
gerado na síntese
ENGENHARIA DE PROCESSOS
Área da Engenharia Química dedicada à tarefa de sistematizar o projeto de
processos químicos, perfazendo um conjunto de atividades voltadas para
concepção, dimensionamento e avaliação de desempenho do processo,
visando obter o produto desejado.
Adaptado Prof. Perlingeiro
Combine as palavras e forme uma oração
desde processos individuais
uso eficiente de energia
sistemas de produção integrados,
envolve métodos gerais e sistemáticos
e na redução de efeitos ao meio ambiente.
para o projeto de
A Integração de Processos
com ênfase especial no
até complexos industriais,
Métodos gerais e sistemáticos para o projeto de sistemas de produção integrados,
desde processos individuais até complexos industriais, com ênfase especial no uso
eficiente de energia e na redução de efeitos ao meio ambiente.
Síntese de Processos
INTEGRAÇÃO MÁSSICA
Minimização do uso de água
Readaptação
INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA
“Retrofit”
INTEGRAÇÃO
MÁSSICA E ENERGÉTICA
Abordagem termodinâmica
Abordagem heurística
Otimização no uso de
hidrogênio
Abordagem por
programação matemática
Adaptado de TECLIM / UFBA (2003)
Metas da IP
Minimizar
Custo de Investimento
Custo de Energia
Utilização da matéria-prima
Operabilidade
(Flexibilidade, Controlabilidade)
Segurança
Emissões
Maximizar
Integração de Processos
e
Uso Racional da Água em Processos Químicos
Impactos ambientais pelas atividades humanas
No meu tempo era
melhor!!
Controle da Poluição
Prevenir na
Fonte!
Prevenção da Poluição
Sistema de produção industrial
PROCESSO QUÍMICO
INSUMOS:
- Matérias-primas
- Materiais auxiliares
Água
--ÁGUA
- Ar
Água na Indústria
- Energia
Matéria-prima
- Produtos finais,
principais e secundários
Uso para geração de energia
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)
Uso como fluido auxiliar
- Energia, radiações, vibrações
Uso como fluido de aquecimento e/ou resfriamento - Produto fora de especificação
 Lei 9.433/97: Política Nacional de Recursos Hídricos
Transporte e assimilação de contaminantes
 Água: bem de domínio público, recurso natural limitado, dotado de valor econômico
 Taxas pelo uso da água de rios e pelo descarte de efluentes (Comitês de Bacias Hidrográficas)
 Aumento do custo da água primária
 Regulamentação mais rigorosa para descarte de efluentes
Sistema de produção industrial
PROCESSO QUÍMICO
INSUMOS:
- Matérias-primas
- Materiais auxiliares
Água
--ÁGUA
- Ar
- Energia
- Produtos finais,
principais e secundários
Reúso por inspeção – não garante o
máximo aproveitamento do potencial
hídrico no processo (máximo reúso)
Preocupação atual com o uso
racional dos recursos hídricos
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)
- Energia, radiações, vibrações
- Produto fora de especificação
Processos industriais necessitam
rever o padrão de consumo hídrico
Sistema de produção industrial
PROCESSO QUÍMICO
INSUMOS:
- Matérias-primas
- Materiais auxiliares
Água
--ÁGUA
- Ar
- Energia
- Produtos finais,
principais e secundários
Reúso por inspeção – não garante o
máximo aproveitamento do potencial
hídrico no processo (máximo reúso)
- Resíduos (líquidos, sólidos e gasosos)
- Energia, radiações, vibrações
- Produto fora de especificação
Integração de Processos
Diversas técnicas:
 Water Pinch
de Fontes
Fontesde
deÁgua
Água(DFA)
(DFA)
 Diagrama
Diagrama de
Procedimento algorítmico heurístico
 Programação
Matemática
Geração simultânea
de fluxogramas
alternativos de processo – Reúso, Regeneração e Reciclo de correntes aquosas
Redução do Consumo de Água e da
Vazão de Efluentes Aquosos Gerados
Objetivos
1. Reduzir o volume de água
2. Reduzir o volume do efluente
3. Reduzir a quantidade de contaminantes do efluente
Sem fazer mudanças
fundamentais no processo!
Redução da vazão de água
Custo da água do processo
Custo do tratamento de efluente
Custo de bombeamento
Custo de tubulação
Quantidade de contaminante
MAIOR INCENTIVO PARA A MINIMIZAÇÃO
http://oglobo.globo.com/rio/estado-ameaca-cortar-licenca-de-grandes-industrias-que-nao-empregarem-agua-de-reuso-15183821
http://oglobo.globo.com/rio/industrias-que-captam-agua-do-guandu-serao-obrigadas-fazer-reuso-15183821
Reúso
OPERAÇÃO 1
ÁGUA PRIMÁRIA
REJEITO
OPERAÇÃO 2
Regeneração com Reúso
OPERAÇÃO 3
OPERAÇÃO 1
ÁGUA PRIMÁRIA
Regeneração com Reciclo
OPERAÇÃO 3
OPERAÇÃO 1
ÁGUA PRIMÁRIA
REJEITO
OPERAÇÃO 2
OPERAÇÃO 3
REGENERAÇÃO
REJEITO
OPERAÇÃO 2
REGENERAÇÃO
Síntese de Redes de Transferência de Massa
Gerar, de uma forma SISTEMÁTICA, a RETM com um mínimo custo, com o
objetivo de transferir contaminantes de correntes ricas nestas espécies para
correntes pobres
Em particular, transferir contaminantes das correntes de processo para as de
utilidades (água de processo => AP)
AP pode ser originada na PRÓPRIA PLANTA ou fornecida de FONTE EXTERNA,
como ÁGUA PURA
Minimização de água de processo e efluentes aquosos é um problema típico da
ENGENHARIA DE PROCESSOS
PROBLEMA COMBINATORIAL de encontrar os pares de correntes e a sequência
de equipamentos de TM (ETM)
Necessita de um PROCEDIMENTO SISTEMÁTICO para a SÍNTESE DA
REDE DE ETM (RETM)
PROCESSO
fp
Cp,IN
fA
TROCADOR
DE MASSA
Cp,OUT
ÁGUA
CA,IN
CA,OUT
Concentração
Processo
CP, IN
fP
CP, OUT
Corrente do processo torna-se
menos contaminada
CA, OUT
Água torna-se mais
contaminada
(CP – CA), em uma dada
carga mássica, é a força
motriz de transferência de
massa
fA
Água
CA, IN
Carga mássica
A força motriz é dada pela diferença entre a concentração do processo e a da água, para
uma determinada carga mássica, ou seja, ela é pontual. O objetivo é minimizar esta força
motriz, tal como o ∆Tmin na integração energética.
REDUÇÃO DA VAZÃO DE ÁGUA
Concentração
Processo
fP C OUT, MAX
AUMENTO DA
CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA
(menos água)
REDUÇÃO DA
VAZÃO DE ÁGUA
fA
Inclinação da reta → inverso da vazão
Água
Carga mássica
Mínima vazão ou máxima concentração de saída
Base de Cálculo
Massa de contaminantes transferida para o efluente aquoso
= (vazão de água) * (variação de concentração)
m = F * C
Unidades:
g / h = ton / h * ppm
NOTA
A concentração toma como base a vazão de água, e não a
vazão da mistura
C = m/F
C = m / (Fm + F)
NÃO
FLUXOGRAMA DO PROCESSO
Identificar os processos que utilizam água
ÁGUA
PRIMÁRIA
EFLUENTE
EFLUENTE
E estabelecer o BALANÇO HÍDRICO
Processo Original
20 t/h
OPERAÇÃO 1
20 t/h
100 ppm
62,5 t/h
Água tratada
130,5 t/h
OPERAÇÃO 2
62,5 t/h
Efluente aquoso
80 ppm
D
M
0 ppm
40 t/h
OPERAÇÃO 3
40 t/h
750 ppm
8 t/h
OPERAÇÃO 4
8 t/h
500 ppm
130,5 t/h
Processo Original
Quantidade de massa transferida
Δm = fL . (Cout – Cin)
20 t/h
20 t/h
OPERAÇÃO 1
∆m = 2 kg/h
62,5 t/h
Água tratada
130,5 t/h
100 ppm
62,5 t/h
OPERAÇÃO 2
∆m = 5 kg/h
Efluente aquoso
80 ppm
D
M
0 ppm
40 t/h
40 t/h
OPERAÇÃO 3
∆m = 30 kg/h
8 t/h
750 ppm
8 t/h
OPERAÇÃO 4
∆m = 4 kg/h
500 ppm
130,5 t/h
Novas Concentrações de Saída
Valores “Máximos”
AGORA PERMITA QUE A CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA ATINJA O MÁXIMO
(100 ppm)
OPERAÇÃO 1
∆m = 2 kg/h
100 ppm
(80 ppm)
OPERAÇÃO 2
∆m = 5 kg/h
Água tratada
Efluente aquoso
100 ppm
D
M
(750 ppm)
OPERAÇÃO 3
∆m = 30 kg/h
800 ppm
(500 ppm)
OPERAÇÃO 4
∆m = 4 kg/h
800 ppm
Novas Concentrações de Saída
Novas Vazões - m
SOLUÇÃO
20 t/h
20 t/h
OPERAÇÃO 1
∆m = 2 kg/h
50 t/h
Água tratada
112,5 t/h
Δm = fL . (Cout – Cin)
100 ppm
50 t/h
OPERAÇÃO 2
∆m = 5 kg/h
Efluente aquoso
100 ppm
D
M
37,5 t/h
37,5 t/h
OPERAÇÃO 3
∆m = 30 kg/h
5 t/h
800 ppm
5 t/h
OPERAÇÃO 4
∆m = 4 kg/h
800 ppm
112,5 t/h
CONCENTRAÇÃO DE SAÍDA MÁXIMA
 Mínima força motriz de transferência de massa
 Mínima vazão requerida
 Limite de corrosão
 Limite de deposição
 Máxima concentração de entrada para tratamento da corrente
 Solubilidade máxima
Resumo Parcial
Processo
Consumo Água - 0 ppm
(t/h)
Original
130,5
Novas Concentrações de Saída
112,5
m constante
Novas Concentrações de Entrada
Valores “Máximos”
0 ppm
OPERAÇÃO 1
∆m = 2 kg/h
100 ppm
OPERAÇÃO 2
∆m = 5 kg/h
100 ppm
50 ppm
Água tratada
Efluente aquoso
M
50 ppm
OPERAÇÃO 3
∆m = 30 kg/h
800 ppm
OPERAÇÃO 4
∆m = 4 kg/h
800 ppm
400 ppm
Possibilidade de Reúso
Resumo
Processos
que
usam
água
podem
ser
representados em um gráfico de concentração
versus QC
As formas tradicionais para minimização de água,
minimizando a vazão, são limitadas pelo máximo
de concentração de saída
CIN,MAX
1
COUT,MAX
2
Quando permitimos que a concentração de entrada em
uma operação seja a máxima, isto significa que estamos
permitindo um desejável reúso com água mais “suja”.
Δm = f . (COUT,MAX – CIN,MAX)
Com CIN,MAX, ∆C ↓ e f ↑; porém, esta vazão
corresponde à de água mais “suja” (CIN,MAX) para o
reúso
NOVAS CONCENTRAÇÕES DE ENTRADA
O
Utiliza
DFA,
objetivo
conceitos
Diagrama
é alcançar
de
deTecnologia
Fontes
o mínimo
de consumo
Pinch
Água, (Water
é um
de procedimento
água
Pinch)
e apara
mínima
definição
algorítmicogeração
do
efluentes,
voltado
considerando
de de
consumo
para
identificação
asmínimo
combinações
dedeágua
oportunidades
possíveis
limpa entre
de as
Qualde
a heurístico
nova ponto
vazão
água
tratada
correspondente?
realinhamento de correntes
correntes
hídricas para máximo reúso
USO DO DFA
Procedimento para Redução de Vazão de Efluentes Aquosos
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
(GOMES, 2002; GOMES et al., 2007)
Sistemas com um componente
Máximo Reúso
DFA
Fluxograma de processos
Identificar operações que usam água
Fluxograma de processos hídricos
Balanço Hídrico: dados de vazão de água e concentração de contaminantes
(entrada e saída de cada operação)
Tabela de oportunidades
Passo a passo do DFA
►
Ordem crescente de concentrações
► Representação
► Criação
de intervalos
de operações, incluindo vazões e limites de concentrações
Cálculo de carga mássica (∆m) de contaminantes a ser assimilada em cada
intervalo, e para cada operação
►
Δm = fL . (Cout – Cin)
►
Alocar vazão por intervalo de operação, considerando a carga mássica fixa,
e de acordo com as fontes de água (internas e externas) disponíveis no
intervalo observado
f = Δm / (Cout – Cin)
►
Caso a vazão disponível de uma fonte não seja suficiente para assimilar o
∆m da operação no intervalo, deve-se então utilizar água de qualidade mais
limpa disponível (prioridade), em relação à concentração inicial da operação no
intervalo em análise, de acordo com as fontes (internas e externas) disponíveis
►
Sempre que possível, utilizar água de fonte de qualidade menos limpa
disponível para alocar às operações subsequentes
►
► Elaborar
o fluxograma da rede a partir do DFA
DFA
Tabela de Oportunidades
Original
Reúso DFA
130,5 t/h (0 ppm)
90 t/h (0 ppm)
Exemplo
Tabela de Oportunidades
Operação
Massa de
contaminante
(kg/h)
CIN
(ppm)
COUT
(ppm)
Vazão
limite
(t/h)
1
2
0
100
20
2
5
50
100
100
3
30
50
800
40
4
4
400
800
10
(Wang & Smith, 1994)
CIN e COUT  Melhor que sejam os máximos
DFA – Máximo Reúso
Passo 1
Intervalos de concentração: Limites
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
0
50
i=1
100
i=2
400
i=3
800
i=4
DFA – Máximo Reúso
Passo 1
Intervalos de concentração: Limites
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Passo 2
Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
100
400
800
1
100
2
40
3
10
4
i=1
i=2
i=3
i=4
DFA – Máximo Reúso
Passo 1
Intervalos de concentração: Limites
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Passo 2
Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 3
Determinação da quantidade transferida por intervalo:
Cproc,ik
Cfk
Torna-se mais
contaminada!
Cproc,fk
Trocador de
massa
Operação (k)
Cik
Corrente de
processo
Corrente de
água
Δmk = Gk x (Cproc,ik - Cproc,fk ) = Fk x (Cfk - Cik)
m = flim C
Torna-se menos
contaminada!
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
100
(1)
400
800
(1)
1
(5)
2
100
(2)
(12)
(16)
3
40
(4)
10
4
i=1
i=2
i=3
i=4
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
100
(1)
400
800
(1)
1
(5)
2
100
(2)
(12)
(16)
3
40
(4)
10
4
i=1
i=2
i=3
i=4
DFA – Máximo Reúso
Passo 1
Intervalos de concentração: Limites
C’ = C’(fea) U C’(fia) = C’ = {0, 50, 100, 400, 800}
Passo 2
Identificar as operações no DFA: concentrações de entrada e saída
Passo 3
Determinação da quantidade transferida por intervalo:
m = flim C
Passo 4
Determinação do consumo de fontes de água:
f = m/Cint
Passo 4
DFA – Máximo Reúso
Regras para alocação (vazão) das fontes de água
 Regra 1: prioridade de uso de uma fonte interna para o intervalo seguinte
da mesma operação
Evita dividir operação!
 Regra 2: Uso de fontes externas
Fonte externa (0 ppm)
quando não houver fonte interna
disponível
1
Fontes internas
1
Fontes internas => máximo aproveitamento
2
 Regra 3: Priorizar o uso da fonte de
2
água com maior concentração
3
3
4
i=1
i=2
i=3
4
i=4
Passo 4
DFA – Máximo Reúso
Regras para alocação (vazão) das fontes de água
 Regra 1: prioridade de uso de uma fonte interna para o intervalo seguinte
da mesma operação
 Regra 2: Uso de fontes externas
quando não houver fonte interna
disponível
 Regra 3: Priorizar o uso da fonte de
1
(1)
2
água com maior concentração
3
(1)
(5)
(2)
(12)
 Regra 4: Assimilar a quantidade
de massa a ser transferida com a
fonte utilizada na operação, para
cada intervalo (m do respectivo
intervalo)
4
Δm = fL . (Cout – Cin)
(16)
(4)
Por exemplo, analisando a operação 3, no intervalo 3:
Com 20 t/h desta operação vindos do intervalo anterior
Δm = 20 . (400 – 100) = 6.000 g/h
100
Ou seja, 20 t/h só conseguem assimilar 6.000 g/h
Mas devem ser assimilados (12.000 g/h) !
20
50
Então aloca-se esta vazão (20 t/h), que irá assimilar 6.000
g/h, e calcula-se o quanto ainda falta a ser assimilado (Δm
remanescente). Neste caso: (12.000 – 6.000) g/h = 6.000 g/h
Com o Δm restante, calcula-se a vazão adicional para sua
assimilação, considerando a fonte de onde se buscará esta
vazão. Neste caso, a 100 ppm (prioridade do reúso).
f = Δm / (Cout – Cin)
400
20
20
(12)
40
20
i=3
Assim, a vazão adicional será de 20 t/h, provenientes da
operação 1 (ou operação 2), e que será somada à vazão
da operação 3 (reúso), totalizando 40 t/h
Então,
iniciando a aplicação do DFA por intervalo de
concentrações
Δm = fL . (Cout – Cin)
f = Δm / (Cout – Cin)
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
20
(1)
100
20
(1)
50
(5)
20
(2)
400
1
50
2
100
20
3
40
20
(12)
5,7
4
i=1
Priorizar reúso de fonte
mais “suja” nas OP’s
40
(16)
5,7
(4)
20
10
Fontes
disponíveis
800
i=2
i=3
Obtida com base no Δm
restante, após assimilação
parcial com 20 t/h
i=4
Ұ f t/h a 0 ppm
20 t/h a 50 ppm
40 t/h a 400 ppm
20 t/h a 100 ppm (OP1)
(OP1, i=1 → OP1, i=2)
(OP3, i=3 → OP3, i=4)
50 t/h a 100 ppm (OP2)
50 t/h a 100 ppm (OP2)
Ұ f t/h a 0 ppm
20 t/h a 100 ppm
Ұ f t/h a 0 ppm
(OP3, i=2 → OP3, i=3)
Ұ f t/h a 0 ppm
Δm = fL . (Cout – Cin)
f = Δm / (Cout – Cin)
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
20
(1)
100
20
(1)
50
(5)
20
(2)
400
800
1
50
2
100
20
3
40
20
(12)
40
(16)
5,7
(4)
20
5,7
10
4
i=1
i=2
i=3
i=4
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
20
(1)
100
20
(1)
50
(5)
20
(2)
400
800
1
50
2
100
20
3
40
20
(12)
40
(16)
5,7
(4)
20
5,7
10
4
i=1
90
i=2
90
Pinch
i=3
i=4
45,7
45,7
44,3 t/h
100 ppm
50 t/h
0 ppm
90 t/h
50 t/h
2
D
100 ppm
100 ppm
20 t/h
D
0 ppm
0 ppm
M
20 t/h
1
Legal, mas e se eu quisesse
usar somente a Operação 2
como fonte de reúso?
Poderia??
5,7 t/h
4
40 t/h
0 ppm
20 t/h
5,7 t/h
100 ppm
50 ppm
800 ppm
40 t/h
3
800 ppm
Δm = fL . (Cout – Cin)
f = Δm / (Cout – Cin)
Concentração (ppm)
Fontes internas
Fonte externa
Vazão limite (t/h)
0
20
50
20
(1)
100
20
(1)
50
(5)
20
(2)
400
800
1
50
2
100
20
3
40
20
(12)
40
(16)
5,7
(4)
20
5,7
10
4
i=1
i=2
i=3
i=4
Outra possibilidade de seleção da fonte de reúso
24,3 t/h
100 ppm
50 t/h
0 ppm
50 t/h
2
D
100 ppm
5,7 t/h
100 ppm
5,7 t/h
4
800 ppm
20 t/h
100 ppm
90 t/h
20 t/h
D
0 ppm
40 t/h
M
0 ppm
20 t/h
0 ppm
40 t/h
3
50 ppm
800 ppm
20 t/h
1
100 ppm
Outra possibilidade de fluxograma
Resumo
Processo
Consumo de Água - 0 ppm
(t/h)
Original
130,5
Novas Concentrações de Saída
112,5
Com Reúso
90
m constante
Muito interessante...
DFA - Revisão
Fluxograma de processos
Identificar operações que usam água
Fluxograma de processos hídricos
Balanço Hídrico: dados de vazão de água e concentração de contaminantes
(entrada e saída de cada operação)
Tabela de oportunidades
Passo a passo do DFA
►
Ordem crescente de concentrações
► Representação
► Criação
de intervalos
de operações, incluindo vazões e limites de concentrações
Cálculo de carga mássica (∆m) de contaminantes a ser assimilada em cada
intervalo, e para cada operação
►
Δm = fL . (Cout – Cin)
►
Alocar vazão por intervalo de operação, considerando a carga mássica fixa,
e de acordo com as fontes de água (internas e externas) disponíveis no
intervalo observado
f = Δm / (Cout – Cin)
►
Caso a vazão disponível de uma fonte não seja suficiente para assimilar o
∆m da operação no intervalo, deve-se então utilizar água de qualidade mais
limpa disponível (prioridade), em relação à concentração inicial da operação no
intervalo em análise, de acordo com as fontes (internas e externas) disponíveis
►
Sempre que possível, utilizar água de fonte de qualidade menos limpa
disponível para alocar às operações subsequentes
►
► Elaborar
o fluxograma da rede a partir do DFA
Diagrama de Fontes de Água (DFA)
Método para identificação de oportunidades de
reúso de águas e efluentes industriais
UM CONTAMINANTE
Máximo reúso
Múltiplas fontes de água
Restrição de vazão
Perdas inerentes ao processo
Regeneração com reúso
Regeneração com reciclo
MÚLTIPLOS CONTAMINANTES
Além de máximo reúso, o DFA
considera outras possibilidades para
aplicação
Agora é com você!!!
Exemplo 2
Operação
Massa de
contaminante
(kg/h)
CIN
(ppm)
COUT
(ppm)
Vazão
limite
(t/h)
1
6
0
150
40
2
14
100
800
20
3
24
700
1000
80
FONTE DE ÁGUA: 0 ppm
Pausa para relaxamento...
... Na forca!
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5 tentativas !!!
Acertou!!!
Errou!!!
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