Indústria de Processos Químicos

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Uploaded: 2017-09-09T11:24:55+00:00
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Indústria de Processos Químicos
Técnico em Química Indústria de Processos Químicos Prof. Ms. Vonivaldo Gonçalves Leão

Plano de Ensino 2014 Curso: Técnico em Química Integrado
Disciplina: Indústria de Processos Químicos Carga horária: 120 horas-aula Objetivos: Proporcionar aos estudantes conhecimentos-chave relacionados aos processos da indústria de transformação química

Plano de Ensino Ementa Conceitos do processamento químico industrial.
Ementa Conceitos do processamento químico industrial. Operações unitárias nas indústrias químicas. Classificação dos processos de produção química. Classificação das indústrias químicas e seus segmentos. Tipos de fluxogramas. Necessidade de energia nas indústrias químicas. Processos químicos industriais. Indústrias químicas e o meio ambiente.

Plano de Ensino Conteúdo Programático
1. CONCEITOS DO PROCESSAMENTO QUÍMICO INDUSTRIAL 2. OPERAÇÕES UNITÁRIAS NAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS 3. CLASSIFICAÇÃO DE PROCESSOS DE PRODUÇÃO QUÍMICA 3.1 Batelada 3.2 Contínuos 3.3 Semi-contínuos 4. TIPOS DE FLUXOGRAMAS

Plano de Ensino 5. CLASSIFICAÇÃO DAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS E SEUS SEGMENTOS 5.1 Fabricação de produtos químicos inorgânicos 5.2 Fabricação de produtos químicos orgânicos 5.3 Fabricação de resinas e elastômeros 5.4 Fabricação de fibras artificiais 5.5 Fabricação de defensivos agrícolas e desinfetantes domissanitários 5.6 Fabricação de sabões, detergentes, produtos de limpeza, cosméticos, produtos de perfumaria de higiene pessoal. 5.7 Fabricação de tintas, vernizes, esmaltes, lacas e produtos afins 5.8 Fabricação de produtos e preparados químicos diversos 5.9 Fabricação de produtos farmoquímicos e farmacêuticos

Plano de Ensino 6. NECESSIDADES DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS
7. INDÚSTRIAS QUÍMICAS E O MEIO AMBIENTE 8.1 Impactos ambientais 8.2 Impactos econômicos 8.3 Impactos sociais

Plano de Ensino 8. PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS
7.1 Tratamento de água para uso doméstico e industrial 7.2 Produtos carboquímicos 7.3 Indústrias de cerâmicas 7.4 Indústrias de álcool e derivados 7.5 Indústrias agroquímicas 7.6 Sabões e detergentes 7.7 Indústria petroquímica e 7.8 Refinação do Petróleo 7.9 Indústrias farmacêuticas 7.10 Processos químicos na metalurgia

Método de Ensino As aulas serão teóricas.
As aulas teóricas serão expositivas com exercícios descritivos em classe. Trabalhos sobre temas específicos preparados pelos alunos.

Método de Avaliação Serão realizadas duas avaliações no semestre, A1 e A2. As notas destas avaliações serão compostas da seguinte forma: Prova escrita: Peso 8 (oito) Exercícios em sala de aula, atividades extra classe e Seminários: Peso 2 (dois) Nota da A1 ou A2 = Prova Escrita x 0,8 + Nota de Exercícios x 0,2 A nota semestral será resultado da média das duas avaliações, ou seja, (A1 + A2)/2. Será realizada uma prova substitutiva (P3) para o aluno que não pôde fazer a prova P1 ou P2. Para a prova P3 será considerado toda a matéria do semestre. No caso do aluno perder as duas primeiras provas, ou seja, P1 e P2, a prova P3 substituirá apenas uma delas. Caso a média seja menor que 5,0 (cinco), o aluno deverá fazer a prova de recuperação. Na prova de recuperação o aluno será avaliado como suficiente ou insuficiente. Caso seja suficiente receberá a média final igual a 5,0 (cinco).

Referências Bibliográficas
Bibliografia Básica SHREVE, R. Norris, JUNIOR, Joseph A. Brink. Indústrias de Processos Químicos. Editora: Guanabara, Rio de Janeiro, ª. Ed. ABIQUIM - Bibliografia Complementar: FELDER, Richard M., ROUSSEAU, Ronald W., Princípios Elementares de Processos Químicos, Editora: LTC, 2005, 3ª. Ed.

Conceitos de Processos Químicos Industriais
O processamento químico pode ser definido como o processamento industrial de matérias-primas químicas, que leva à obtenção de produtos com valor industrial realçado. Em todas as operações químicas, estão intimamente envolvidas operações físicas, como transferência de calor e controle de temperatura, que são necessárias para garantir bons rendimentos que são indispensáveis nas indústrias competitivas. Outro exemplo seria a transferência de massa em forma líquida ou de sólidos em suspensão, de um lugar para o outro para um reator químico

Processo químico MATÉRIAS-PRIMAS MÃO-DE-OBRA RECURSOS PRODUTO RESÍDUOS

Indústria Química Quando a matéria prima não sofre transformação química, para a obtenção de produtos, dizemos que ela foi submetida às OPERAÇÕES UNITÁRIAS; ao contrário, quando a matéria prima sofre transformação química, temos a chamada CONVERSÃO QUÍMICA ou PROCESSO UNITÁRIO. Este processamento industrial químico, em geral, envolve:

Indústria Química Operações Unitárias ou Operações Físicas, podem ser: Bombeamento de fluidos Destilação Troca de calor Evaporação Transporte de sólidos Absorção de gás Extração Controle de Calor Peneiração Processos de separação Filtração Secagem Misturação

Indústria Química Processos Unitários ou Conversão Química exemplo – obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4)a partir do enxofre: S + O SO2 SO2 + 1/2O SO3 Solução aquosa de SO H2SO4

Industria Química A produção em escala industrial de um produto envolve três fases: Desenvolvimento em laboratório - estudo detalhado das conversões químicas e das condições físicas (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.) necessárias para sua execução; Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial - equipamentos que reproduzem o processo planejado - conversão química e operações físicas necessárias numa escala bem menor que a industrial. Projeto e implantação do processo em escala industrial.

Dados químicos fundamentais Rendimentos da reação: Conversão na reação: Ex: Na síntese da amônia a 150 atm e 500º. C, o rendimento é frequentemente acima de 98% enquanto a conversão está limitada a cerca de 14%, o que significa que 86% da carga não reagem e devem ser recirculados. Rendimento percentual = 100 x Moles do produto principal Moles do produto principal equivalentes à desaparição completa do reagente mais importante Moles do produto principal equivalentes à carga do reagente mais importante

Dados químicos fundamentais Velocidade da reação - rapidez de avanço da reação, catálise, cinética Termodinâmica - troca de energia envolvidas na reação química e energia necessária de fontes externas como calor ou potência.

2. Tipo do Processo Processo contínuo - Opera em volumes maiores e variedade ainda menor que a produção em massa. Geralmente são literalmente contínuos, pois seus produtos são indivisíveis e produzidos em fluxo ininterrupto. São associados a tecnologias relativamente inflexíveis, de capital intensivo e fluxo altamente previsível. Exs.: refinarias de petróleo, petroquímicas, produção de papel em larga escala, usinas de eletricidade, de tratamento de água.

Produção em Massa Produzem bens em altos volumes e com variedade relativamente baixa, em termos de aspectos fundamentais de produto. Exemplo típico: montagem final de automóveis – o projeto básico é o mesmo, mas pode haver grande variedade de opcionais, cores, motorização. Outros exemplos: fabricação de bebidas, injeção de plásticos em alto volume.

2. Tipo do Processo Processo descontínuo (bateladas) – Os processos são usados quando a produção é pequena ou em reações de segurança; Exigem que se operem pequenas quantidades de cada vez, como é o caso de explosivos, esse processos propicia uma ótima cinética e é frequentemente mais fácil de ser controlado; Cada batelada é um sistema fechado e a massa de cada batelada é fixa; O tempo de reação para todos os elementos do fluido é o mesmo; A composição da batelada muda com o respectivo tempo; A batelada é uniforme a partir de um determinado tempo devido a eficiente agitação; . Ex: polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos.

2. Tipo do Processo Processo descontínuo (bateladas) – Na indústria química, é típico de produtos com maior valor agregado, com especificações direcionadas a um tipo de cliente e menores volumes. Exs. Polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos, de especialidades químicas. . Ex: polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos.

2. Tipo do Processo Processo Semi- Contínuo: São processos onde as partidas ( bateladas) do mesmo produto são feitas uma após a outra. ou Onde uma parte do processamento é feito em batelada e a outra parte é feita de forma contínua.

3. Fluxogramas para representar um processo químico : Servem de base para o projeto e a operação na planta-piloto e na fábrica. O fluxograma deve conter as operações unitárias, as conversões químicas, o equipamento utilizado, o balanço de massa e de energia, mão-de-obra e utilidades.

4. Escolha do processo químico, projeto e operação Esta etapa envolve análise para planejamento e operação eficientes das plantas-piloto e de produção, projeto e execução da planta piloto, definição dos equipamentos, materiais de construção, análise de durabilidade e corrosão no processo, instrumentação e automação do processo, definições de variáveis como pressões, alto-vácuo, etc...

5. Controle e instrumentação dos processos químicos: Isto inclui definição da estratégia de controle e monitoração do processo - automatizado ou manual. Na maioria dos processos competitivos, a monitoração, controle e operação é em sua, maioria, automatizada e controlada por computador.

Técnico em Química Conceitos de Processos Químicos Industriais 6. Economia do processo químico: Prevê a análise e avaliação dos processos competitivos, avaliação dos investimentos, tempo para retorno do investimentos, despesas gerais (seguro, impostos, consultorias), capital (juros e depreciação), fatores de produção, reparos e manutenção, custos globais.

7.Avaliação do mercado - Planejamento de Marketing: Sugere a avaliação de estatísticas de crescimento de mercado, localização dos mercados, durabilidade do produto, tipos de embalagens, estratégias de vendas e serviços pós-venda.

8. Localização da fábrica: A definição da localização inclui a avaliação das matérias-primas envolvidas, transporte e mercado, logística de suprimentos e distribuição. Outros fatores como energia, água, disponibilidade de mão-de-obra, custos de terreno, descarte dos rejeitos interferem na escolha da localização.

9. Segurança, avaliação dos riscos para saúde ocupacional e meio ambiente: No projeto de qualquer processo químico é fundamental a avaliação e minimização de impactos ambientais e na saúde e segurança dos operadores. Existem ferramentas de análise dos riscos e todo processo deve estar em conformidade com a legislação ambiental.

10. Construção da fábrica: Normalmente, é confiada a empresas especializadas em construção de fábricas.

11. Melhoria contínua e otimização de processos: Uso das ferramentas da qualidade, buscando maior eficiência nos processos.

Fluxogramas Os fluxogramas são parte fundamental em um projeto, estes apresentam a seqüência coordenada das conversões químicas unitárias e das operações unitárias, expondo assim, os aspectos básicos do processo. É o mais efetivo meio de comunicar informações sobre um processo industrial. Indicam pontos de entrada das matérias-primas e da energia necessária e também os pontos de remoção do produto e dos subprodutos. Na avaliação global do processo, desde sua concepção inicial até o fluxograma detalhado para o projeto e operação da planta, é preciso desenhar muitos fluxogramas.

Tipos de fluxogramas Os três principais tipos de diagramas usados para descrever os fluxos de correntes químicas através de um processo são: a) Fluxogramas de blocos (block flow diagrams – BFD) b) Fluxograma do processo (process flow diagram – PFD) c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação (pipping and instrumentation diagram – P&ID):

Fluxogramas de blocos São úteis na conceitualização de um processo ou de um número de processos em um grande complexo. Pouca informação sobre as correntes é fornecida, mas uma clara visão geral do processo é apresentada.

Fluxogramas de blocos Tanque de liquido TL01 Tanque de liquido TL02 Misturador M08 Reator R102 Separador S56 Os blocos ou retângulos representam uma operação unitária ou processo unitário. Os blocos são conectados por linhas retas que representam as correntes de fluxo do processo entre as unidades. Essas correntes de fluxo podem ser misturas de líquidos, gases e sólidos fluindo em dutos ou sólidos sendo transportados em correias transportadoras.

Fluxogramas de blocos Para fazer fluxogramas de blocos claros e objetivos: Operações ou processos unitários tais como misturadores, separadores, reatores, colunas de destilação e trocadores de calor são usualmente denotados por um bloco simples ou retangulo. Grupos de operações unitárias podem ser denotados por um bloco simples. Correntes de fluxo do processo entrando e saindo dos blocos são representadas por linhas retas que podem ser horizontais ou verticais. A direção do fluxo deve ser claramente indicada por setas. As correntes de fluxo devem ser numeradas em uma ordem lógica. As operações unitárias (i.e blocos) devem ser rotulados. Quando possível, o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo material ocorra da esquerda para a direita, com unidades a montante, à esquerda, e unidades a jusante, à direita.

Fluxograma do processo Contém toda informação necessária para os balanços material e energético completos no processo. Adicionalmente, informações importantes tais como a pressão das correntes, tamanhos de equipamentos e principais controles são incluídos.

Fluxogramas de processo

Fluxogramas de processo Um fluxograma de processo mostra as relações entre os principais componentes no sistema. Ele também tabula os valores projetados para o processo para os componentes nos diferentes modos de operação, tipicamente mínimo, normal e máximo.

Fluxogramas de processo
Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de processo Um fluxograma de processo inclui: tubulação do sistema símbolos dos principais equipamentos, nomes e números de identificação Controles e válvulas que afetam a operação do sistema interconexões com outros sistemas principais rotas de by-pass e recirculação taxas do sistemas e valores operacionais como temperatura e pressão para fluxos mínimo, normal e máximo composição dos fluidos

Fluxogramas de processo

Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de tubulação e instrumentação Contém toda informação do processo necessária para a construção da planta. Estes dados incluem tamanho dos tubos (dimensionamento da tubulação e localização de toda instrumentação para ambas as correntes de processo e de utilidades).

Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de tubulação e instrumentação

Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de tubulação e instrumentação Este fluxogramas mostram toda a tubulação incluindo a seqüência física de ramificações, redutores, válvulas, equipamentos, instrumentação e controles intertravados. Estes fluxogramas são usados para operar o processo de produção.

Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de tubulação e instrumentação Um FTI deve incluir: Instrumentação e designações Equipamentos mecânicos com nomes e números Todas as válvulas e suas identificações Processo de tubulação, tamanhos e identificação Micelânea: ventilação, drenagem, amostragem, redutores, aumentadores Permanent start-up and flush lines Direção dos fluxos Referencias das interconexões Controles de inputs, outputs e intertravamento Nível de qualidade Sistemas de controle computadorizados Identificação dos componentes e subsistemas entregues por outros Seqüencia física dos equipamentos

O que é indústria química? Os produtos químicos podem ser agrupados em dois grandes blocos:

Produtos inorgânicos Produtos orgânicos Produtos químicos de uso industrial Resinas e elastômeros Produtos e preparados químicos diversos

Produtos químicos de uso industrial
Tratamento de água Carboquímicos Petroquímica Gases combustíveis Gases industriais Cerâmica Cimento Vidro Ácidos Álcalis Sais Tintas Explosivos Corantes Plásticos Fibras sintéticas Borracha Detergentes e sabões Perfumes, aromatizantes Alimentos Agroquímicos Óleos, gorduras Açúcar e amido Fermentação Papel e celulose Indústria de fósforo Indústria de potássio Indústria de nitrogênio Plásticos Fibras sintéticas Borracha Produtos químicos de uso industrial

REAÇÕES ORGÂNICAS Produtos químicos de uso industrial NITRAÇÃO
SULFONAÇÃO ALQUILAÇÃO ESTERIFICAÇÃO POLIMERIZAÇÃO FERMENTAÇÃO AMINAÇÃO CARBOXILAÇÃO HIDROGENAÇÃO OXIDAÇÃO, ETC

Produtos químicos de uso final
Produtos farmacêuticos Higiene pessoal, perfumaria e cosméticos Adubos e fertilizantes Produtos químicos de uso final Sabões, detergentes e produtos de limpeza Defensivos agrícolas Tintas, esmaltes e vernizes Outros

Faturamento líquido Indústria química - 2008 Total: US$ 122 bilhões
Outros US$ 2,8 Produtos químicos de uso industrial US$ 61,2 farmacêu- ticos Higiene pessoal, perfumaria e cosméticos US$ 10,4 Adubos e fertilizantes US$ 14,2 Defensivos agrícolas US$ 7,0 Sabões e detergentes US$ 6,3 US$ 3,0 vernizes Tintas, esmaltes e Total: US$ 122 bilhões

A indústria química brasileira
está entre as 10 maiores do mundo

Ranking da indústria química mundial
Faturamento líquido em US$ bilhões Estados Unidos 664 China 388 Alemanha 238 Japão 234 França 143 Coréia 116 Reino Unido 116 Itália 106 9ª posição Brasil 104 Índia 92 Espanha 65

Onde estão os produtos químicos?
Alguns exemplos:

Neutraliza a acidez da água
Tratamento de água cloro dióxido de cloro São utilizados para oxidar detritos e destruir microorganismos cloreto de ferro sulfato de alumínio Absorvem e precipitam a sujeira, eliminando cor, gosto e odores carvão ativo Retém micropoluentes e detergentes hidróxido de sódio Neutraliza a acidez da água

Agricultura Fertilizantes químicos
Repõem elementos, como nitrogênio, fósforo e potássio, cálcio, entre outros, retirados do solo pela ação de chuvas, ventos, queimadas e constantes colheitas.

Agricultura Defensivos químicos Garantem a qualidade dos
alimentos, a produtividade e evitam a disseminação de doenças.

Medicamentos veterinários e aumentam a produtividade.
Saúde animal Medicamentos veterinários e alimentação animal Preservam a saúde, evitam epidemias e aumentam a produtividade.

estão presentes na formulação das tintas – Resinas Acrílicas
Construção civil acetato de polivinila estão presentes na formulação das tintas – Resinas Acrílicas dióxido de titânio

Construção civil polietileno de alta densidade (PEAD)
resinas poliéster Hidróxido de Cálcio Caixa D’água Argamassa de Alvenaria policloreto de vinila (PVC) plastificantes ftálicos trióxido de antimônio resinas alquídicas resinas maléicas resinas epóxi resinas acrílicas poliuretano nitrocelulose naftenatos octoatos solventes Fios e Cabos polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) polietileno de baixa densidade (PEBD) polietileno de alta densidade (PEAD) policloreto de vinila (PVC) Vernizes Tubos e Conexões

Automóveis painel pneus baterias para-choques
poliuretano polipropileno (PP) resina de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) painel borracha de estireno butadieno negro de carbono poliamida pneus ácido sulfúrico polietileno de alta densidade (PEAD) baterias para-choques polipropileno (PP) pastilha e lonas para freio resinas fenólicas óleos minerais aditivos óleos lubrificantes

Informática resina de acrilonitrila- Gabinetes
butadieno-estireno (ABS) Gabinetes titanatos zirconatos Componentes eletronicos cloreto de polivinila (PVC) plastificantes ftálicos trióxido de antimônio Fios e Cabos vidro (carbono neutro de sódio + carbonato de lítio + hidróxido de sódio + carbonato de potássio) carbonato de bário Cinescópio

Inovação A indústria química investe grande parte do seu faturamento em pesquisa e desenvolvimento. Foi a indústria química que, com as fibras sintéticas, permitiu ao setor têxtil ampliar a produção e baratear os preços das roupas. Com os plásticos, foram criadas embalagens que conservam alimentos e remédios por longos períodos, tubos resistentes à corrosão e peças e componentes utilizados pelas mais diferentes indústrias.

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