Técnico em QuímicaTecnologia de Processos Químicos Instrutora: Katiuscia Hasegawa 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 • • • • • • • • • • 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 INDÚSTRIAS QUÍMICAS E O MEIO AMBIENTE • 8.1 Impactos ambientais • 8.6. NECESSIDADES DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS 7.3 Impactos sociais .2 Impactos econômicos • 8. PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS • • • • • • • • • • 7.8 Refinação do Petróleo 7.8.9 Indústrias farmacêuticas 7.5 Indústrias agroquímicas 7.10 Processos químicos na metalurgia .6 Sabões e detergentes 7.2 Produtos carboquímicos 7.1 Tratamento de água para uso doméstico e industrial 7.3 Indústrias de cerâmicas 7.4 Indústrias de álcool e derivados 7.7 Indústria petroquímica e 7. Referências Bibliográficas • Bibliografia Básica • SHREVE. 2005. ROUSSEAU. JUNIOR. R. Editora: LTC.asp?princ=ain&pag=conc • • Bibliografia Complementar: - • FELDER. Editora: Guanabara.org. 4ª. Brink. • ABIQUIM http://www.. 1994. . Ronald W. 3ª. Ed. Indústrias de Processos Químicos. Joseph A. Princípios Elementares de Processos Químicos. Richard M. Norris.br/conteudo. Rio de Janeiro..abiquim. Ed. que leva à obtenção de produtos com valor industrial realçado. estão intimamente envolvidas operações físicas. Outro exemplo seria a transferência de massa em forma líquida ou de sólidos em suspensão. como transferência de calor e controle de temperatura. Em todas as operações químicas. de um lugar para o outro para um reator químico .Conceitos de Processos Químicos Industriais • O processamento químico pode ser definido como o processamento industrial de matérias-primas químicas. que são necessárias para garantir bons rendimentos que são indispensáveis nas indústrias competitivas. Conceitos de Processos Químicos Industriais MATÉRIASPRIMAS Processo químico MÃO-DEOBRA RECURSOS RESÍDUOS PRODUTO . para a obtenção de produtos. temos a chamada CONVERSÃO QUÍMICA ou PROCESSO UNITÁRIO. ao contrário. Este processamento industrial químico.Conceitos de Processos Químicos Industriais Indústria Química: Quando a matéria prima não sofre transformação química. quando a matéria prima sofre transformação química. dizemos que ela foi submetida às OPERAÇÕES UNITÁRIAS. envolve: . em geral. que podem ser: Bombeamento de fluidos Troca de calor Transporte de sólidos Extração Peneiração Filtração Misturação Destilação Evaporação Absorção de gás Controle de Calor Processos de separação Secagem ..Operações Unitárias ou Operações Físicas. – Processos Unitários ou Conversão Química: Exemplo – obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4) a partir do enxofre: » S + O2 SO2 » SO2 + 1/2O2 SO3 » Solução aquosa de SO3 H2SO4 . Projeto e implantação do processo em escala industrial.Conceitos de Processos Químicos Industriais Indústria Química: A produção em escala industrial de um produto envolve três fases: 1. quantidades. . Desenvolvimento em laboratório . 3. etc.) necessárias para sua execução. Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial equipamentos que reproduzem o processo planejado . catalisadores.conversão química e operações físicas necessárias numa escala bem menor que a industrial. 2.estudo detalhado das conversões químicas e das condições físicas (temperatura. Conceitos de Processos Químicos Industriais 1. o rendimento é frequentemente acima de 98% enquanto a conversão está limitada a cerca de 14%. Dados químicos fundamentais • Rendimentos da reação: Rendimento percentual = 100 x Moles do produto principal Moles do produto principal equivalentes à desaparição completa do reagente mais importante • Conversão na reação: Moles do produto principal Rendimento = 100 x percentual Moles do produto principal equivalentes à carga do reagente mais importante Ex: Na síntese da amônia a 150 atm e 500º. C. o que significa que 86% da carga não reagem e devem ser recirculados. . Conceitos de Processos Químicos Industriais 1. catálise.troca de energia envolvidas na reação química e energia necessária de fontes externas como calor ou potência. .rapidez de avanço da reação. Dados químicos fundamentais • Velocidade da reação . cinética • Termodinâmica . produção de papel em larga escala. São associados a tecnologias relativamente inflexíveis. petroquímicas. usinas de eletricidade. Geralmente são literalmente contínuos.: refinarias de petróleo.Opera em volumes maiores e variedade ainda menor que a produção em massa. Exs.Conceitos de Processos Químicos Industriais 2. de capital intensivo e fluxo altamente previsível. de tratamento de água. . pois seus produtos são indivisíveis e produzidos em fluxo ininterrupto. Tipo do Processo •Processo contínuo . injeção de plásticos em alto volume. motorização. Outros exemplos: fabricação de bebidas. mas pode haver grande variedade de opcionais.Conceitos de Processos Químicos Industriais Produção em Massa: • Produzem bens em altos volumes e com variedade relativamente baixa. •Exemplo típico: montagem final de automóveis – o projeto básico é o mesmo. em termos de aspectos fundamentais de produto. cores. . Conceitos de Processos Químicos Industriais • 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; Conceitos de Processos Químicos Industriais Continuação: • 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. Conceitos de Processos Químicos Industriais • 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. mão-de-obra e utilidades. O fluxograma deve conter as operações unitárias. o balanço de massa e de energia. . o equipamento utilizado. Fluxogramas para representar um processo químico : • Servem de base para o projeto e a operação na planta-piloto e na fábrica.Conceitos de Processos Químicos Industriais 3. as conversões químicas. materiais de construção. definição dos equipamentos. etc. definições de variáveis como pressões.. instrumentação e automação do processo. projeto e execução da planta piloto.Conceitos de Processos Químicos Industriais 4. projeto e operação • Esta etapa envolve análise para planejamento e operação eficientes das plantas-piloto e de produção. Escolha do processo químico.. alto-vácuo. análise de durabilidade e corrosão no processo. . a monitoração. .Conceitos de Processos Químicos Industriais 5. maioria. Na maioria dos processos competitivos. controle e operação é em sua.automatizado ou manual. Controle e instrumentação dos processos químicos: • Isto inclui definição da estratégia de controle e monitoração do processo . automatizada e controlada por computador. custos globais. tempo para retorno do investimentos. avaliação dos investimentos. consultorias).Conceitos de Processos Químicos Industriais 6. reparos e manutenção. impostos. fatores de produção. capital (juros e depreciação). despesas gerais (seguro. Economia do processo químico: • Prevê a análise e avaliação dos processos competitivos. . estratégias de vendas e serviços pós-venda. tipos de embalagens.Avaliação do mercado . . durabilidade do produto.Conceitos de Processos Químicos Industriais 7. localização dos mercados.Planejamento de Marketing: • Sugere a avaliação de estatísticas de crescimento de mercado. disponibilidade de mão-de-obra.Conceitos de Processos Químicos Industriais 8. Outros fatores como energia. água. transporte e mercado. logística de suprimentos e distribuição. Localização da fábrica: • A definição da localização inclui a avaliação das matérias-primas envolvidas. . custos de terreno. descarte dos rejeitos interferem na escolha da localização. . 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.Conceitos de Processos Químicos Industriais 9. Segurança. é confiada a empresas especializadas em construção de fábricas. Construção da fábrica: • Normalmente. .Conceitos de Processos Químicos Industriais 10. Melhoria contínua e otimização de processos: • Uso das ferramentas da qualidade.Conceitos de Processos Químicos Industriais 11. . buscando maior eficiência nos processos. estes apresentam a seqüência coordenada das conversões químicas unitárias e das operações unitárias. é preciso desenhar muitos fluxogramas. os aspectos básicos do processo. . expondo assim. Na avaliação global do processo. Indicam pontos de entrada das matérias-primas e da energia necessária e também os pontos de remoção do produto e dos subprodutos. É o mais efetivo meio de comunicar informações sobre um processo industrial.Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas Os fluxogramas são parte fundamental em um projeto. desde sua concepção inicial até o fluxograma detalhado para o projeto e operação da planta. Conceitos de Processos Químicos Industriais 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): . Conceitos de Processos Químicos Industriais 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. . Essas correntes de fluxo podem ser misturas de líquidos. .Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de blocos Tanque de liquido TL01 Misturador M08 Tanque de liquido TL02 Reator R102 Separador S56 • Os blocos ou retângulos representam uma operação unitária ou processo unitário. gases e sólidos fluindo em dutos ou sólidos sendo transportados em correias transportadoras. Os blocos são conectados por linhas retas que representam as correntes de fluxo do processo entre as unidades. à direita. com unidades a montante. e unidades a jusante. à esquerda. – Quando possível. – As correntes de fluxo devem ser numeradas em uma ordem lógica. colunas de destilação e trocadores de calor são usualmente denotados por um bloco simples ou retangulo. . separadores.Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de blocos Para fazer fluxogramas de blocos claros e objetivos: – Operações ou processos unitários tais como misturadores.e blocos) devem ser rotulados. – Correntes de fluxo do processo entrando e saindo dos blocos são representadas por linhas retas que podem ser horizontais ou verticais. – As operações unitárias (i. – Grupos de operações unitárias podem ser denotados por um bloco simples. o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo material ocorra da esquerda para a direita. reatores. – A direção do fluxo deve ser claramente indicada por setas. Conceitos de Processos Químicos Industriais . Adicionalmente. tamanhos de equipamentos e principais controles são incluídos.Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxograma do processo • Contém toda informação necessária para os balanços material e energético completos no processo. informações importantes tais como a pressão das correntes. . Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de processo . tipicamente mínimo. normal e máximo. Ele também tabula os valores projetados para o processo para os componentes nos diferentes modos de operação. .Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de processo • Um fluxograma de processo mostra as relações entre os principais componentes no sistema. Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de processo • Um fluxograma de processo inclui: – tubulação do sistema – símbolos dos principais equipamentos. normal e máximo – composição dos fluidos . 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. Conceitos de Processos Químicos Industriais . 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 . • Estes fluxogramas são usados para operar o processo de produção. equipamentos. válvulas.Conceitos de Processos Químicos Industriais Fluxogramas de tubulação e instrumentação • Este fluxogramas mostram toda a tubulação incluindo a seqüência física de ramificações. instrumentação e controles intertravados. . redutores. aumentadores • Permanent start-up and flush lines • Direção dos fluxos • Referencias das interconexões • Controles de inputs. redutores. outputs e intertravamento • Nível de qualidade • Sistemas de controle computadorizados • Identificação dos componentes e subsistemas entregues por outros • Seqüencia física dos equipamentos . amostragem. drenagem.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. Conceitos de Processos Químicos Industriais O que é indústria química? • Os produtos químicos podem ser agrupados em dois grandes blocos: . Conceitos de Processos Químicos Industriais Produtos inorgânicos Produtos químicos de uso industrial Produtos orgânicos Resinas e elastômeros Produtos e preparados químicos diversos . 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 .Inorgânicos: 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. Orgânicos NITRAÇÃO SULFONAÇÃO ALQUILAÇÃO ESTERIFICAÇÃO POLIMERIZAÇÃO FERMENTAÇÃO AMINAÇÃO CARBOXILAÇÃO HIDROGENAÇÃO OXIDAÇÃO. ETC Produtos químicos de uso industrial . esmaltes e vernizes Outros Produtos químicos de uso final .Produtos farmacêuticos Higiene pessoal. perfumaria e cosméticos Adubos e fertilizantes Sabões. detergentes e produtos de limpeza Defensivos agrícolas Tintas. A indústria química brasileira está entre as 10 maiores do mundo . Ranking da indústria química mundial Faturamento líquido .2007 em US$ bilhões Estados Unidos China Alemanha Japão França Coréia Reino Unido Itália 9ª posição Brasil Índia Espanha 664 388 238 234 143 116 116 106 104 92 65 . Onde estão os produtos químicos? Alguns exemplos: . gosto e odores carvão ativo Retém micropoluentes e detergentes Neutraliza a acidez da água hidróxido de sódio . eliminando cor.Tratamento de água São utilizados para oxidar cloro detritos e destruir dióxido de cloro microorganismos Absorvem e precipitam cloreto de ferro sulfato de alumínio a sujeira. . ventos.Agricultura Fertilizantes químicos Repõem elementos. entre outros. cálcio. queimadas e constantes colheitas. como nitrogênio. retirados do solo pela ação de chuvas. fósforo e potássio. Agricultura Defensivos químicos Garantem a qualidade dos alimentos. . a produtividade e evitam a disseminação de doenças. evitam epidemias e aumentam a produtividade. .Saúde animal Medicamentos veterinários e alimentação animal Preservam a saúde. Construção civil acetato de polivinila estão presentes na formulação das tintas – Resinas Acrílicas dióxido de titânio . Construção civil Hidróxido de Cálcio Argamassa de Alvenaria polietileno de alta densidade (PEAD) resinas poliéster Caixa D’água policloreto de vinila (PVC) plastificantes ftálicos trióxido de antimônio resinas alquídicas resinas maléicas resinas epóxi resinas acrílicas poliuretano Fios e Cabos nitrocelulose polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) naftenatos polietileno de baixa densidade (PEBD) octoatos polietileno de alta densidade (PEAD) solventes policloreto de vinila (PVC) Vernizes Tubos e Conexões . Automóveis painel poliuretano polipropileno (PP) resina de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) borracha de estireno butadieno pneus negro de carbono poliamida ácido sulfúrico baterias polietileno de alta densidade (PEAD) para-choques polipropileno (PP) pastilha e lonas para freio resinas fenólicas óleos lubrificantes óleos minerais aditivos . Informática resina de acrilonitrilabutadieno-estireno (ABS) Gabinetes titanatos zirconatos Componentes eletronicos Fios e Cabos cloreto de polivinila (PVC) plastificantes ftálicos trióxido de antimônio vidro (carbono neutro de sódio + carbonato de lítio + hidróxido de sódio + carbonato de potássio) carbonato de bário Cinescópio . tubos resistentes à corrosão e peças e componentes utilizados pelas mais diferentes indústrias. . com as fibras sintéticas. Foi a indústria química que. foram criadas embalagens que conservam alimentos e remédios por longos períodos. Com os plásticos.Inovação A indústria química investe grande parte do seu faturamento em pesquisa e desenvolvimento. permitiu ao setor têxtil ampliar a produção e baratear os preços das roupas.