principios basicos da industria química
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Page 1 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti
Princpios bsicos da
Indstria Qumica
Baseado em Shreve, R.N & Brink Jr., J.A.
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1 Entusiasmo 2 Desnimo 3 Desespero
4
Busca dos
Culpados
5
Punio dos
Inocentes
5
Premiao dos
no envolvidos
6 As Fases de
um Projeto
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Page 3 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti
O Desenvolvimento de
um Projeto
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Indstria Qumica
Faz o processamento industrial qumico de matrias-primas levando obteno de produtos com valor comercial agregado.
O processamento industrial qumico, em geral, envolve:
Processos Unitrios ou Converso Qumica exemplo obteno de cido sulfrico (H2SO4)a partir do enxofre:
S + O2 SO2 SO2 + 1/2O2 SO3 Soluo aquosa de SO3 H2SO4
Operaes Unitrias ou Operaes Fsicas, como transferncia de calor, controle de temperatura, separao.
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Principais operaes unitrias
(fsicos)
Transporte e armazenamento de fluidos e slidos
Gerao e transporte de calor
Processos de separao: lixiviao, filtrao,
cristalizao, sublimao
Sistemas lquido-slido: filtros e centrfugas,
misturadores, agitadores
Sistemas slido-slido: peneirao
Destilao
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Principais processos unitrios
(converses qumicas)
Acilao Combusto Halogenao
Alcoolise Condensao Hidrogenao Polimerizao
Alquilao Desidratao Isomerizao Reaes de
Friedel-Crafts
Aminao por
reduo
Diazotao e
acoplamento
Neutralizao Reduo
Aromatizao Eletrlise Nitrao Saponificao
Calcinao Esterificao Oxidao Sulfonao
Carboxilao Fermentao Pirlise Troca inica
Caustificao Formao de
silicato
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Indstria Qumica
A produo em escala industrial de um produto envolve trs fases:
1. Desenvolvimento em laboratrio - estudo detalhado das converses qumicas e das condies fsicas (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.) necessrias para sua execuo;
2. Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial - equipamentos que reproduzem o processo planejado - converso qumica e operaes fsicas necessrias numa escala bem menor que a industrial.
3. Projeto e implantao do processo em escala industrial.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 1. Dados qumicos fundamentais
Rendimentos da reao:
Converso na reao:
Ex: Na sntese da amnia a 150 atm e 500. C, o rendimento frequentemente acima de 98% enquanto a converso est limitada pelo equilbrio a 14%, o que significa que 86% da carga no reagem e devem ser recirculados.
Rendimento
percentual = 100 x
Moles do produto principal
Moles do produto principal equivalentes
desapario completa do reagente mais
importante
Rendimento
percentual = 100 x
Moles do produto principal
Moles do produto principal equivalentes
carga do reagente mais importante
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 1. Dados qumicos fundamentais
Velocidade da reao - rapidez de avano da reao, catlise, cintica
Termodinmica - troca de energia envolvidas na reao qumica e energia necessria de fontes externas como calor ou potncia.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 2. Tipo do Processo
Processo contnuo - Opera em altos volumes e baixa variedade de produtos. Seus produtos so indivisveis e produzidos em fluxo ininterrupto. So relacionados a altos investimentos (capital intensivo), com fluxo altamente previsvel e tecnologia inflexvel. Exs.: refinaria petrleo, processos petroqumicos, fabricao de papel em altos volumes.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 2. Tipo do Processo
Processo descontnuo (bateladas) A operao tem perodos em que repetida, enquanto produz-se um lote. associada a maior variedade de produtos e menor volume. Ex: polimerizao, fabricao de produtos farmacuticos.
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Tipos de Processos em
Manufatura A relao entre volume e variedade determina o tipo de processo
Va
rie
da
de
Baixa
Alta
Baixo Alto Volume
Projeto
Bateladas
Em Massa
Contnuo
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Processos de Projeto
So processos que lidam com produtos discretos, bastante
customizados. O perodo para fazer o produto longo. No
h uma padronizao do processo de produo, vai
depender do tipo e do projeto de produto encomendado.
tipicamente sob encomenda. Geralmente todos os recursos
da empresa so voltados para apenas um projeto por vez.
Exs.: indstria naval, construo civil, produo de
filmes, construo de grandes mquinas.
Tipos de Processos em
Manufatura
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Processos em Bateladas (ou Lotes)
Variedade e volume intermedirios. O tamanho do lote varia
de algumas unidades at toneladas de produto por unidade
de tempo. Exs. Produo de roupas, de peas e conjuntos.
Na indstria qumica, tpico de produtos com maior valor
agregado, com especificaes direcionadas a um tipo de
cliente e menores volumes. Exs. Polimerizao, fabricao de
produtos farmacuticos, de especialidades qumicas.
Tipos de Processos em
Manufatura
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Produo em Massa
Produzem bens em altos volumes e com variedade
relativamente baixa, em termos de aspectos fundamentais de
produto.
Exemplo tpico: montagem final de automveis o projeto
bsico o mesmo, mas pode haver grande variedade de
opcionais, cores, motorizao. Outros exemplos: fabricao
de bebidas, injeo de plsticos em alto volume.
Tipos de Processos em
Manufatura
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Produo Contnua
Opera em volumes maiores e variedade ainda menor que a
produo em massa. Geralmente so literalmente contnuos,
pois seus produtos so indivisveis e produzidos em fluxo
ininterrupto. So associados a tecnologias relativamente
inflexveis, de capital intensivo e fluxo altamente previsvel.
Exs.: refinarias de petrleo, petroqumicas, produo de
papel em larga escala, usinas de eletricidade, de tratamento
de gua.
Tipos de Processos em
Manufatura
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico
3. Fluxogramas para representar um processo
qumico :
Servem de base para o projeto e a operao na
planta-piloto e na fbrica. O fluxograma deve
conter as operaes unitrias, as converses
qumicas, o equipamento utilizado, o balano de
massa e de energia, mo-de-obra e utilidades.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 4. Escolha do processo qumico, projeto e operao
Esta etapa envolve anlise para planejamento e
operao eficientes das plantas-piloto e de
produo, projeto e execuo da planta piloto,
definio dos equipamentos,materiais de
construo, anlise de durabilidade e corroso no
processo, instrumentao e automao do processo,
definies de variveis como presses,alto-vcuo,
criogenia etc...
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 5. Controle e instrumentao dos processos
qumicos,
Isto inclui definio da estratgia de controle e
monitorao do processo - automatizado ou
manual. Na maioria dos processos competitivos, a
monitorao, controle e operao em sua,
maioria, automatizada e controlada por
computador.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico
6. Economia do processo qumico
Prev a anlise e avaliao dos processos
competitivos, avaliao dos investimentos, ROI
(tempo para retorno do investimentos), despesas
gerais (seguro, impostos, consultorias), capital
(juros e depreciao), fatores de produo, reparos
e manuteno, custos globais.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico
7.Avaliao do mercado - Planejamento de Marketing
Sugere a avaliao de estatsticas de crescimento
de mercado, localizao dos mercados,
durabilidade do produto, tipos de embalagens,
estratgias de vendas e servios ps-venda.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico
8. Localizao da fbrica
A definio da localizao inclui a avaliao das
matrias-primas envolvidas, transporte e mercado,
logstica de suprimentos e distribuio.
Outros fatores como energia, gua, disponibilidade
de mo-de-obra, custos de terreno, descarte dos
rejeitos interferem na escolha da localizao.
Incentivos Fiscais.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 9. Segurana, avaliao dos riscos para sade
ocupacional e meio ambiente
No projeto de qualquer processo qumico
fundamental a avaliao e minimizao de impactos
ambientais e na sade e segurana dos operadores.
Existem ferramentas de anlise dos riscos e todo
processo deve estar em conformidade com a
legislao ambiental.
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico
10. Construo da fbrica
Normalmente, confiada a empresas
especializadas em construo de fbricas, segundo
o projeto do pessoal da produo
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O engenheiro no projeto e
implantao do processo qumico 11. Melhoria contnua e otimizao de processos
Uso das ferramentas da qualidade, buscando maior
eficincia nos processos.
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Fluxogramas
Os fluxogramas so parte fundamental em um projeto, estes
apresentam a seqncia coordenada das converses qumicas
unitrias e das operaes unitrias, expondo assim, os aspectos
bsicos do processo. o mais efetivo meio de comunicar
informaes sobre um processo industrial.
Indicam pontos de entrada das matrias-primas e da energia
necessria e tambm os pontos de remoo do produto e dos
subprodutos. Na avaliao global do processo, desde sua
concepo inicial at o fluxograma detalhado para o projeto e
operao da planta, preciso desenhar muitos fluxogramas.
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Tipos de fluxogramas
Os trs principais tipos de diagramas usados
para descrever os fluxos de correntes qumicas
atravs de um processo so:
a) Fluxogramas de blocos (block flow diagrams BFD)
b) Fluxograma do processo (process flow diagram PFD)
c) Fluxogramas de tubulao e instrumentao
(pipping and instrumentation diagram P&ID):
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Fluxogramas de blocos
So teis na conceitualizao de um processo ou
de um nmero de processos em um grande
complexo. Pouca informao sobre as correntes
fornecida, mas uma clara viso geral do
processo apresentada.
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Fluxogramas de blocos
Tanque de
liquido TL01
Tanque de
liquido TL02
Misturador
M08
Reator
R102
Separador
S56
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Os blocos ou retngulos representam uma operao unitria
ou processo unitrio. Os blocos so conectados por linhas
retas que representam as correntes de fluxo do processo
entre as unidades. Essas correntes de fluxo podem ser
misturas de lquidos, gases e slidos fluindo em dutos ou
slidos sendo transportados em correias transportadoras.
Fluxogramas de blocos
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Page 31 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti
Para fazer fluxogramas de blocos claros e objetivos: Operaes ou processos unitrios tais como misturadores, separadores,
reatores, colunas de destilao e trocadores de calor so usualmente denotados por um bloco simples ou retangulo.
Grupos de operaes unitrias podem ser denotados por um bloco simples.
Correntes de fluxo do processo entrando e saindo dos blocos so representadas por linhas retas que podem ser horizontais ou verticais.
A direo do fluxo deve ser claramente indicada por setas.
As correntes de fluxo devem ser numeradas em uma ordem lgica.
As operaes unitrias (i.e blocos) devem ser rotulados.
Quando possvel, o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo material ocorra da esquerda para a direita, com unidades a montante, esquerda, e unidades a jusante, direita.
Fluxogramas de blocos
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Page 33 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti
Fluxograma do processo
Contm toda informao necessria para os
balanos material e energtico completos no
processo. Adicionalmente, informaes
importantes tais como a presso das correntes,
tamanhos de equipamentos e principais controles
so includos.
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Fluxogramas de processo
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Page 35 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti
Fluxogramas de processo
Um fluxograma de processo mostra as relaes entre os
principais componentes no sistema. Ele tambm tabula os
valores projetados para o processo para os componentes
nos diferentes modos de operao, tipicamente mnimo,
normal e mximo.
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Fluxogramas de processo
Um fluxograma de processo inclui:
tubulao do sistema
smbolos dos principais equipamentos, nomes e nmeros de identificao
Controles e vlvulas que afetam a operao do sistema
interconexes com outros sistemas
principais rotas de by-pass e recirculao
taxas do sistemas e valores operacionais como temperatura e presso para fluxos mnimo, normal e mximo
composio dos fluidos
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Fluxogramas de tubulao e
instrumentao
Contm toda informao do processo necessria
para a construo da planta. Estes dados
incluem tamanho dos tubos (dimensionamento
da tubulao e localizao de toda
instrumentao para ambas as correntes de
processo e de utilidades).
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Fluxogramas de tubulao e
instrumentao
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Fluxogramas de tubulao e
instrumentao
Este fluxogramas mostram toda a tubulao
incluindo a seqncia fsica de ramificaes,
redutores, vlvulas, equipamentos,
instrumentao e controles intertravados.
Estes fluxogramas so usados para operar o
processo de produo.
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Fluxogramas de tubulao e
instrumentao Um FTI deve incluir:
Instrumentao e designaes
Equipamentos mecnicos com nomes e nmeros
Todas as vlvulas e suas identificaes
Processo de tubulao, tamanhos e identificao
Micelnea: ventilao, drenagem, amostragem, redutores, aumentadores
Permanent start-up and flush lines
Direo dos fluxos
Referencias das interconexes
Controles de inputs, outputs e intertravamento
Nvel de qualidade
Sistemas de controle computadorizados
Identificao dos componentes e subsistemas entregues por outros
Seqencia fsica dos equipamentos
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