aula 02 - fundamentos e quimica verde - 11.02.11

Processo de

Produção

Química

1º. Sem./2011

Engenharias

Nesta Aula Veremos ...

• O que é um Processo Químico ?

• Quais as Principias Etapas dos PQ ?

• Como funcionam os PQ ?

• Quais os princípios da engenharia dos PQ ?

• Um PQ pode ser sustentável ?

• O que é Química Verde ?

• Introdução a 1ª. Atividade do Blog

• http://profnelsonppq.blogspot.com

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Processo Industrial

O que é ?

Matérias Primas

Produto

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Processo Químico

O que é ?

A indústria química recebe a(s) matéria(s) prima(s) e gera(m) produto(s); a MP pode ser “convertida”:

Sofrendo transformação física Sofrendo transformação química

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Processo Químico

O que é ?

Processos Unitários

Processo Químico

Produto Químico

Intermediário Final

Operações Unitárias

Processo Químico

Classificação

Orgânicos Inorgânicos

Processos Industriais

Processo Químico

Processos Orgânicos P

roces

so

s

Org

ân

ico

s

• Refino Petróleo • Petroquímica • Carboquímica • Sucroquímica • Alcoolquímica • Combustíveis

Fósseis • Biocombustíveis • Polímeros • Farmoquímica

Processo Químico

Processos Inorgânicos P

roces

so

s

Ino

rgân

ico

s

• Cloro-Soda • Tratamento de água • Gases industriais • Cerâmica • Cimento • Vidro • Ácidos • Álcalis • Sais

Processos Químicos

Diagrama Geral

TRATAMENTO REAÇÃO SEPARAÇÃO PURIFICAÇÃO

• MP – Matérias Primas / Reagentes (Recurso Natural ou Prod. Inter.)

• P – Produto Final ou Intermediário

• SP – Subproduto (menor valor) ou coproduto (maior valor)

• R – Resíduos ou Impurezas (subproduto sem valor agregado)

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Processo Químico

Etapas do Processo

ETAPAS

TRATAMENTO

REAÇÃO

SEPARAÇÃO

PURIFICAÇÃO

PROCESSO

OP. UNITÁRIA

PROC. UNITÁRIO

OP. UNITÁRIA

OP. UNITÁRIA

TIPO

Separação Física

Transformação Química

Separação Física

Separação Física

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Processo Químico

Etapa - Tratamento

Opção 1:

• Ajuste das condições operacionais para ocorrer a conversão química

• Temperatura, Pressão, Composição e Fase

Opção 2:

• Tratamento para melhorar o grau de pureza dos reagentes visando reduzir / eliminar substâncias indesejáveis inconvenientes na reação química

Opção 3:

• Processo para obter o reagente de interesse para realizar a reação desejada

• Ex.: Produção de H2 (a partir de combustíveis fósseis, da água ou da biomassa)

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Processo Químico

Etapa - Reação

Tipo Processo:

• Descontínuo (Batelada)

• Contínuo

• Semicontínuo

Tipo de Reator:

• Tanque agitado, tubular,

• Com catalisador (leito fixo ou fluidizado)

Engenharia de Processo (aspectos econômicos):

• Condições Termodinâmicas – T, P e V (regra dos 3 T)

• Cinética e Equilíbrio Químico

• Rendimento e Conversão

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Processo Químico

Separação e Purificação

• Separações Mecânicas

• Operações com Transferência de Massa

• Operações com Transferência de Calor

Classificação

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Processo Químico

Operações Unitárias

Operações Unitárias

Centrifugação

Filtração

Ciclones

Floculação

Separações Mecânicas

Separação de líquidos utilizando a força centrifuga

Separação de particulados sólidos devido a diferença de diâmetro entre as partículas e os poros (meio filtrante)

Separação de sólidos de tamanhos distintos por meio da ação da força centrifuga

Remoção de material coloidal em suspenso, após coagulação e aglomeração

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Processo Químico

Operações Unitárias

Operações Unitárias

Absorção

Destilação

Extração liq/liq

Membranas

Op. Transf. Massa

Separação preferencial de molécula(s) presente(s) em uma mistura gasosa por meio da sua retenção em um líquido

Separação de líquidos por aquecimento, baseado diferentes pontos ebulição

Separação preferencial de um líquido em mistura com outro(s) por ação de um terceiro líquido

Separação de moléculas de diferentes tamanhos utilizando-se uma barreira seletiva

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Processo Químico

Operações Unitárias

Operações Unitárias

Aquecimento

Resfriamento

Produção vapor

Trocador calor

Op. Transf. Calor

Fornecimento de energia para um fluído ou sólido

Retirada de energia de um fluído ou sólido

Uso de vapor para produção de energia (elétrica)

Processo simultâneo aquecer/resfriar de fluido em determinado equipamento

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Processo Químico

Processos Unitários

Processos Unitários

Alquilação

Aminação

Esterificação

Hidrólise

Processos Produtivos

Obtenção de etilbenzeno, MTBE, fármacos, inseticidas, tintas, perfumes, etc.

Obtenção de anilinas, etilaminas, TDA – Tolueno diamina, Farmacêuticos, etc

Obtenção de acetato de metila, de etila, de butila, acrilatos, Biodiesel (trans),....

Hidrólise de gorduras (saponificação), obtenção de fenol, etc

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Processo Químico

Processos Unitários

Processos Unitários

Hidrogenação

Nitração

Oxidação

Sulfonação

Processos Produtivos

Adição de H2 na presença de catalisador em um composto orgânico (refino petróleo)

Introdução de um grupo nitro em uma mol. orgânica (explosivos, tintas, vernizes, etc)

Reação de oxi-redução com o O2 (ar) e uma mol. orgânica ou inorgânica.

Introdução do SO3 em composto orgânico através de ligação C-S (detergentes)

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Processo Químico

Processos Unitários

Processos Unitários

Fermentação

Carboxilação

Polimerização

Processos Produtivos

Processo Bioquímico: Alimentícia bebidas, açúcar e álcool

Farmacêutica e alimentícia

Obtenção de macro moléculas usando múltiplas unidades iguais (PVC, Têxtil, etc)

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Processo Químico

Matérias Primas

Petróleo (Petroquímica)

Carvão Mineral (Carboquímica)

Gás Natural

Etanol (Alcoolquímica)

Sacarose (Sucroquímica)

Outros: Xisto, Minerais, etc ..

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Processo Químico

Engenharia de Processo

“Conjunto de atividades que incluem a concepção, o dimensionamento e a avaliação de desempenho do processo para obter um produto

desejado”

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Qual a melhor rota de produção de “P” a partir de “A” e “B” ?

T R S P

T R S S P

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Como definir a rota de fabricação de um processo químico ?

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Estudo de viabilidade técnico-econômica: Balanço de Massa e Energia Estudo Cinético das Reações Condições Termodinâmicas do Processo Estudo dos Fenômenos dos Transportes Fluxogramas, Projeto Básico e Detalhado

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Escolha do produto desejado: Qual a molécula de interesse ? Qual o preço de mercado ? Qual a demanda ? Qual a qualidade requerida ?

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Escolha das matérias primas: Quais a matérias primas ? Quais os preços e fornecedores ? Qual a disponibilidade ? Qual o grau de pureza fornecido ?

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Exigências Legais e Ambientais: Quais as licenças necessárias ? Quais os impactos no meio ambiente ? Quais resíduos formados e seu grau de

toxicidade e periculosidade ? Quais os investimentos em tratamento

desses resíduos ?

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Processo Químico

Engenharia de Processo

Definido a Rota: Testar as condições em Laboratório Testas as condições em Planta Piloto Registrar Patente Operacionalizar

O que é ?

Uma sociedade sustentável é aquela que

satisfaz suas necessidades sem sacrificar as

possibilidades das gerações futuras.

O desenvolvimento sustentável deve ser um

objetivo estratégico da sociedade.

A Química tem um papel fundamental para

tratar de alcançar esse objetivo.

Processo Químico

Desenvolvimento Sustentável

Processo Químico

Tecnologias Verde

O que faz?

Desenvolver produtos químicos e processos que gerem ou usem poucas (ou

nenhuma) sustâncias perigosas.

Como ?

Prevenir não remediar (mitigar).

Quanto ?

“Minimizar resíduos”.

Processos Químicos

Química Verde - Princípios

Evitar geração de resíduos

Maximizar a economia de átomos

Reduzir toxicidade

Desenvolver produtos seguros e eficientes

Eliminar/melhorar solventes e auxiliares de reação

Otimizar uso de energia

Usar fontes renováveis

Evitar derivados e múltiplas etapas

Usar catalisadores

Desenvolver produtos degradáveis

Monitorar/controlar processos em tempo real

Desenvolver processos seguros

Processos Industrias

Sustentáveis

CASOS

1. Síntese do Ibuprofeno

2. Dióxido de Carbono Residual como

agente de sopro

3. Surfactantes para dióxido de carbono

(lavagem a seco)

4. Atividades oxidantes para peróxido de

hidrogênio

5. Novos inseticidas

Estudo de Casos

1. O que é …

2. Quem são os fabricantes e qual a

produção mundial

3. Como é a rota tradicional ?

4. Qual a rota proposta sustentável ?

5. Quais os benefícios obtidos com a nova

rota (identificar os princípios da quimica

verde)

6. Quem esta utilizando na prática ?

Estudo de Casos

Atividades no Blog

• Visite o Blog da Disciplina (link abaixo)

• http://profnelsonppq.blogspot.com

• 1º. Faça sua inscrição no Blog

• 2º. Leia o Post da 1ª. Aula Blog sobre Química Verde e

visite os links indicados

• 3º. Até a próxima Aula (11/02) responda as perguntas

feitas no post (participação individual !!!)

• 4º. Segunda Aula Blog: Trabalho de Equipe (Definição

dos Temas e dos Grupos) – Prazo entrega dos trabalhos

15 dias

Obrigado

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