apostila - princípios básicos da indústria química - mod -i - ifs - flgl - 2013

COQUI/IF-SERGIPE Professor Dr. Francisco Luiz Gumes Lopes

Curso Tcnico de Nvel Mdio em Qumica

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COORDENAO DE QUMICA

Curso Tcnico de Nvel Mdio

em

Qumica

PRINCPIOS BSICOS DA

INDSTRIA QUMICA

MDULO I CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Professor Dr. Francisco Luiz Gumes Lopes

Outubro/2013



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1. CONCEITOS BSICOS

1.1. INDSTRIA QUMICA

A indstria qumica, em geral, converte as matrias-primas no seu estado natural em

uma forma mais til. Como exemplo pode-se citar a indstria do petrleo que transforma esta

matria bruta, sem aplicao comercial nesta forma, em diversos combustveis. Indstrias que

transformam madeira em papel e celulose, enxofre em cido sulfrico, ar e gs natural em

amnia e uria, etc.

Considerando que as principais fontes de matria-prima para obteno de produtos

intermedirios so petrleo, gs natural e carvo mineral, a indstria qumica do Brasil est

estruturada de tal forma que a origem encontra-se nos plos petroqumicos.

Estes foram implantados, nas dcadas de 70 e 80, como conjuntos de indstrias de

primeira gerao (up-stream) e de segunda gerao (down-stream) ao mesmo tempo e com

capacidade para atender a toda demanda necessria para alavancar a indstria qumica

brasileira atravs do fortalecimento da indstria de base.

Esta forma de organizao deu origem a trs plos petroqumicos representantes da

totalidade das empresas de primeira e segunda gerao, so eles: So Paulo (Petroqumica

Unio - www.pqu.com.br), Bahia (Plo Petroqumico de Camaari - www.coficpolo.com.br)

e Rio Grande do Sul (Plo Petroqumico de Triunfo - www.copesul.com.br) e, em fase de

implantao, Rio de Janeiro.

Figura 1. Vista area do Plo Petroqumico de Camaari.



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Figura 2. Vista do Plo Petroqumico de Camaari.

So chamados de indstrias de primeira gerao aquelas que utilizam matrias-primas

provenientes do petrleo, principalmente nafta, gs natural e carvo mineral e as transformam

em produtos petroqumicos bsicos, dos quais os principais so: metano, eteno, propeno, srie

dos butenos, petroqumicos cclicos (benzeno, tolueno, xilenos), metanol, etc. So comumente

chamadas de Centrais de Matrias-Primas (CPM).

O processo produtivo das indstrias de segunda gerao caracterizado pela

transformao das diversas matrias-primas bsicas em produtos intermedirios, como por

exemplo monmeros para indstria de plsticos e afins, e intermedirios qumicos bsicos. O

destino destes produtos so as chamadas indstrias de terceira gerao, tambm conhecidas

como indstrias de transformao.

Atravs de operaes qumicas e/ou fsicas, processam os produtos intermedirios para

manufaturar os bens de consumo que chegam at o consumidor. Assim, alguns destes

produtos sero utilizados pelo consumidor final (bens de consumo), enquanto outros ainda

sofrero algum processamento antes de serem ofertados ao consumidor final (bens de

produo). A indstria qumica abrange a produo de ambos os tipos.



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A Figura 2.b apresenta o exemplo da BRASKEM, que mostra a integrao entre estes

trs tipos de indstrias e a Figura 3 apresenta um diagrama de blocos do Complexo Industrial

de Camaari-BA.

A Braskem integra as operaes de primeira e segunda geraes da petroqumica no Brasil, obtendo

vantagens competitivas, como escala de produo e eficincia operacional. A primeira gerao produz

matrias-primas bsicas como eteno e propeno, fundamentais para a segunda gerao, que envolve a

fabricao de resinas termoplsticas (PE, PP e PVC), utilizadas posteriormente pela indstria transformadora

para fabricar produtos de consumo. As resinas termoplsticas produzidas pela Braskem tm origem no petrleo

(nafta e gs de refinaria), no gs natural e no etanol de cana-de-acar, matria-prima renovvel utilizada na

produo de eteno verde. Fonte: http://www.braskem.com.br/site.aspx/Braskem-Perfil

Figura 2b. Perfil da BRASKEM (site http://www.braskem.com.br/site.aspx/Braskem-Perfil).

O Polo Petroqumico de Camaari iniciou suas operaes em 1978. o primeiro complexo

petroqumico planejado do Pas e est localizado no municpio de Camaari, a 50 quilmetros de Salvador,

capital do Estado da Bahia. Maior complexo industrial integrado do Hemisfrio Sul, o Polo tem mais de 90

empresas qumicas, petroqumicas e de outros ramos de atividade como indstria automotiva, de celulose,

metalurgia do cobre, txtil, fertilizantes, energia elica, bebidas e servios. Com a atrao de novos

empreendimentos para a Bahia, o Polo Industrial de Camaari experimenta novo ciclo de expanso, gerando

mais oportunidades de emprego e renda para o Nordeste. A produo de automveis pela Ford e de pneus pela

Continental e Bridgestone, no Polo de Camaari, consolida a trajetria de diversificao no Complexo

Industrial e amplia as perspectivas de integrao do segmento petroqumico com a indstria de

transformao.

As principais linhas de aplicao dos produtos petroqumicos e qumicos so os plsticos, fibras

sintticas, borrachas sintticas, resinas e pigmentos. Aps transformados, os produtos qumicos e petroqumicos

resultam em embalagens, utilidades domsticas, mobilirio, materiais de construo, vesturio, calados,

componentes industriais (indstria eletrnica, de informtica, automobilstica e aeronutica), tintas, produtos



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de limpeza (detergentes), corantes, medicamentos, defensivos agrcolas e fertilizantes. O Polo Industrial de

Camaari fabrica tambm automveis, pneus, celulose solvel, cobre eltroltico, produtos txteis (polister),

fertilizantes, equipamentos para gerao de energia elica, bebidas, dentre outros, oferecendo ainda ampla

gama de servios especializados s empresas instaladas em sua rea de influncia. Fonte:

http://www.coficpolo.com.br/

Figura 3. Complexo Industrial de Camaari-BA.

O processo qumico corresponde transformao de uma dada matria prima em um

ou mais bens de consumo, ou bens de produo, de utilidade para o homem, consistindo em

um conjunto de etapas que envolvem alteraes na composio qumica e/ou alteraes

fsicas no material que est sendo preparado, separado ou purificado. A existncia de um

processo industrial implica na necessidade de um produto a ser fabricado.

Qualquer que seja a indstria qumica em considerao, existiro etapas semelhantes

entre elas que podem ser estudadas dentro dos princpios fsicos e qumicos envolvidos,

independente do material que est sendo fabricado.

Uma das partes principais de qualquer unidade de produo o reator qumico, onde

ocorre a transformao de reagentes em produtos. Antes de entrarem no reator os reagentes

passam atravs de vrios equipamentos, onde a presso, a temperatura, a composio e a fase

so ajustadas para que sejam alcanadas as condies em que ocorrem as reaes qumicas.



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Os efluentes do reator so, em geral, uma mistura de produtos contaminantes e reagentes no

reagidos que devem ser separados em equipamentos apropriados para se obter o produto na

pureza adequada.

Em geral, em todos os equipamentos usados antes e aps o reator ocorrem apenas

mudanas fsicas no material, tais como: elevao da presso (bombas e compressores),

aquecimento ou resfriamento (trocadores de calor), mistura, separao, etc.

Estas vrias operaes que envolvem mudanas fsicas no material, independente do

material que est sendo processado, so chamadas de operaes unitrias, enquanto que as

transformaes qumicas que ocorrem no reator so chamadas de processos unitrios.

As Figuras 4-a e 4-b representam dois esquemas de um processamento qumico onde

as operaes unitrias ocorrem nos equipamentos de transformao fsica, enquanto os

processos unitrios de converso ocorrem no reator qumico.

Figura 4-a. Representao esquemtica de um processo qumico.

Figura 4-b. Representao em diagrama de blocos de um processo qumico.



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As indstrias qumicas, que fabricam produtos que so usados por muitas outras

indstrias, produzem em grandes quantidades porque as instalaes das fbricas so muito

caras. Por isso no vale a pena montar fbricas para produzir quantidades pequenas. A Figura

5 mostra a distribuio das indstrias qumicas de grande porte no pas.

O local para se instalar uma indstria qumica tem de ser muito bem pensado, porque

precisa ficar perto da matria-prima, do consumidor e da fonte de energia. A indstria

qumica consome muita energia, tanto na forma de calor como na forma de eletricidade.

Figura 5. Distribuio das indstrias qumicas de grande porte no pas.

2. CONCEITOS BSICOS

Os princpios bsicos que constituem o domnio das atividades tcnicas na indstria

qumica envolvem o conhecimento de Operaes Unitrias, Mecnica dos Fluidos,

Transferncia de Calor, Balanos de Materiais e Energia.

Os principais conceitos fundamentais do ponto de vista das operaes unitrias so:

a. Processo industrial

a seqncia de operaes unitrias e/ou converses qumicas integradas e

coordenadas para obter um produto ou uma etapa de produo (produtos intermedirios) do

processo industrial.

b. Produto



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a matria (substncia, composto ou produto qumico) obtida como resultado do

processamento industrial.

c. Sub-Produto

toda e qualquer matria obtida no final do processamento industrial que possui

valor comercial inferior ao produto.

d. Produto Intermedirio

toda matria obtida aps cada etapa de produo.

e. Rejeito

todo sub-produto ou produto intermedirio sem valor comercial.

Exemplo: Produo de acar a partir da cana-de-acar.

Matria-prima: cana-de-acar

Produto: acar.

Etapas de produo do processo industrial:

(1) Moagem:

Sub-produtos:Caldo de cana, bagao e eventuais impurezas na forma de slidos em

suspenso.

(2a) Filtrao (opcional):

* Separao do caldo de cana dos demais sub-produtos da moagem *

(3) Concentrao:

Sub-produtos: Caldo concentrado (melao) e gua na forma de vapor dgua.

(4) Cristalizao:

Sub-produtos: Acar cristalizado e vinhoto (caldo residual)

(5) Centrifugao:

* Separao do acar cristal do vinhoto *

(6) Armazenamento do acar

(7) Transporte do produto final

Possveis Rejeitos: Bagao da Cana e Vinhoto



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Figura 5. Esquema da produo de acar.

f. Operaes Unitrias

As operaes unitrias so os blocos individuais que compem um processamento,

dando origem a um produto final a partir de uma determinada matria-prima. Cada uma

possui tcnicas comuns e est baseada nos mesmos princpios cientficos, independente da

matria-prima ou do produto. Assim, os processos podem ser estudados sistematicamente, de

forma unificada e simples.

As operaes unitrias so aquelas que no envolvem reaes qumicas, mas apenas

processos fsicos, como aquecimento, resfriamento, tranferncia de massa, condensao de

vapores, etc. As indstrias modernas planejam suas plantas industriais de maneira a aproveitar

ao mximo a energia consumida, e para tanto, importante conhecer as operaes unitrias.



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As operaes unitrias podem ser agrupadas em cinco divises:

a. Escoamento e transporte dos fluidos: em toda planta industrial necessrio

transportar reagentes e produtos para diferentes pontos da planta. Como na

maioria dos casos os materiais so fluidos (gases ou lquidos) necessrio

determinar os tamanhos e os tipos de tubulaes, acessrios e bombas ou

compressores para moviment-los.

b. Transmisso de calor: a maioria das reaes qumicas no ocorre a temperaturas

ambientes e, portanto, os reagentes e produtos devem ser aquecidos ou

resfriados. Alm disso, deve-se recuperar a energia liberada por um processo ou

suprir de energia um determinado processo, visando sempre a otimizao da

energia. Assim, os equipamentos de troca trmica e as taxas de calor envolvidas

nos processos so importantes na fabricao dos produtos. A Figura 6

exemplifica tipos de transferncia de calor em tanques e reatores.

Figura 6. Trocadores de calor em tanques e reatores. a- Encamisado; b-

Serpentina; c- Trocador interno; d- Trocador externo; e- Condensador de

refluxo; f- Aquecedor externo.

c. Operaes de agitao e mistura: so operaes que homogenezam a composio da

mistura formada por diferentes componentes. So operaes importantes em reatores,

partes essenciais em qualquer processo. So utilizados diferentes tipos, sempre

levando em considerao o tipo de reao como, por exemplo, processos em fase

lquida ou gasosa, tipo de reagente (slido, lquido ou gasoso), etc. Operaes de



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agitao so importantes em processos qumicos, principalmente quando esto

envolvidos reagentes e produtos em fases diferentes (slido, lquido ou gs), lquidos

imiscveis, etc. Na Figura 7 so apresentados alguns tipos de agitadores utilizados em

processos qumicos. A escolha do tipo de agitador, uso de chicanas, velocidade, e

outras caractersticas importantes esto relacionados, principalmente, com a

viscosidade e estado fsico de reagentes e produtos.

Figura 7. Tipos de agitadores

d. Operaes de manuseio de slidos: moagem, peneiramento, fluidizao, etc.

e. Operaes de separao: inclui processos fsicos em que se permite a separao

de duas fases (slido-lquido e lquido-lquido), como a filtrao, a decantao e

a centrifugao. Processos em que ocorrem a transferncia de massa de uma fase

para a outra, pela afinidade do material para a segunda fase, tais como a absoro

(do gs para o lquido), a extrao (de lquido para outro lquido), a adsoro (de

uma mistura gasosa ou lquida para um slido), etc. e processos em que ocorre a

transferncia de material de uma fase para a outra pela influncia da troca de

calor, como evaporao, destilao, cristalizao, etc. Operaes de separao

so as que mais envolvem clculos de balano de massa, tambm chamado de

balano material. Em alguns casos, alm do balano material necessrio

realizar balano de energia. Todas as operaes de separao ocorrem no interior

de um equipamento especialmente projetado para se conseguir o efeito desejado.

Em resumo, a operao unitria definida como qualquer transformao fsica

realizada sobre determinado material.

Quando se estuda uma operao unitria, procura-se obter os conhecimentos

necessrios ao projeto e operao do equipamento capaz de realizar a operao fsica

necessria ao processamento de determinado material. Mediante o conhecimento das



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operaes unitrias, o estudante adquire a faculdade de as utilizar em novos processos

industriais e a capacidade de projetar, construir e explorar instalaes novas, com igual

segurana, como se tratasse com processos j ensaiados e aplicados.

g. Linhas de Processo ou de Produo

a seqncia de operaes unitrias e/ou converses qumicas coordenadas e

integradas para obter um nico produto do processamento industrial. Quando a Indstria

produz apenas um produto, a linha de produo constitui o prprio processo industrial.

Considerando ainda o exemplo do processo industrial para produo do acar,

teremos a seguinte linha de produo:

Linha de Produo Acar: Op1 Op2 Op3 Op4 Op5

Onde:

Op1:Moagem

Op2:Filtrao

Op3:Evaporao

Op4:Cristalizao

Op5:Centrifugao

importante salientar que os subprodutos do processo podem ser comercializados.

comum o bagao ser empregado como combustvel, o melao como rao para gado e o

vinhoto largamente empregado como adubo natural.

A linha de produo de uma planta industrial constituda de equipamentos, mquinas

e instrumentos de controle.

Assim, um processo industrial uma seqncia de operaes unitrias coordenadas e

organizadas para atender um objetivo: produo de um determinado produto.

O desenvolvimento de um processo qumico um procedimento longo e complexo;

conforme o tipo de sntese o tempo necessrio para a produo plena pode levar at dez anos.

Uma forma simples e convencional consiste basicamente de quatro etapas:

1- Desenvolvimento laboratorial do processo;

2- Interface entre o laboratrio e mini-planta;

3- Integrao da planta de testes e planta piloto;

4- Transposio para escala industrial.

No desenvolvimento de um processo para obteno de um novo produto, a seleo de

um processo unitrio juntamente com as operaes unitrias a serem realizadas deve ser feito



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sempre levando em considerao produtos relacionados com o rendimento e a economicidade

do processo qumico em funo do custo no mercado do produto final. importante

considerar sempre os seguintes fatores:

- Custo e disponibilidade da matria-prima: possibilidade da aquisio da matria-

prima a ser usada em relao ao local de fabricao como tambm o seu custo neste mesmo

local e a sua pureza;

- Rendimento do processo: importante em todo processo qumico a anlise do seu

rendimento. Isto compreende a obteno do produto no seu melhor grau de pureza com a

mxima quantidade possvel de ser obtido com o menor consumo de energia no menor tempo.

importante aqui se fazer uma escolha cuidadosa de processos e operaes unitrias dentro

do menor tempo e com o menor investimento possvel.

- Produtos secundrios, co-produtos e resduos: quando se processa uma reao, ocorre

sempre que o produto principal encontra-se acompanhado de outros produtos formados

durante a reao em quantidades significativas. Da mesma forma, o meio reacional tambm

deve ser considerado, aps a separao do produto principal nos resta produtos secundrios,

subprodutos e co-produtos que devem ter outro destino. Quando estes subprodutos so

considerados resduos, no possuem valor agregado, qual o seu destino e como elimin-los.

Isto influi de tal forma na escolha de um processo qumico a ser usado que em certos casos ele

poder ser determinante na sua eliminao. Procura-se sempre a mxima valorizao dos co-

produtos e subprodutos.

O local para se instalar uma indstria qumica tem de ser muito bem pensado, porque

precisa ficar perto da matria-prima, do consumidor e da fonte de energia. A indstria

qumica consome muita energia, tanto na forma de calor como na forma de eletricidade.

h. Converso Qumica

Envolve a qumica fundamental de cada reao em particular e o equipamento em que

ocorre a reao. o processo unitrio que ocorre no reator qumico de um processo industrial.

As principais converses qumicas que ocorrem na indstria so: a isomerizao,

neutralizao, oxidao, polimerizao, pirlise, reduo, sulfonao, troca inica,

desidratao, eletrlise, esterificao, fermentao, halogenao, hidrogenao, hidrlise,

alcolise, alquilao, aminao, calcinao, carboxilao, combusto e condensao.



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i. Equipamentos

So sistemas construdos para realizar produo. So constitudos por um conjunto

de mquinas. Exemplo: gerador de vapor, torre de resfriamento, colunas de destilao,

absoro, extrao, centrifugadores, etc.

j. Mquinas

So aparelhos que produzem uma ao mecnica (produo de movimento) quando

lhe fornecida a energia adequada. Exemplo: bomba, turbina, compressor, vlvula, etc.

l. Instrumentos de Controle

So aparelhos instalados linha de produo que tm como finalidade promover a

regulagem e o controle dos processos industriais, atravs da monitorao das variveis do

processo. As principais variveis de controle dos processos so: temperatura, nvel, presso,

vazo e concentrao.

As indstrias modernas esto cada vez mais automatizando seus processos

promovendo dessa forma, uma melhoria qualitativa e quantitativa dos seus produtos alm da

reduo de custos nos seus processos produtivos.

3. 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.

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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a. Diagrama de Blocos

uma forma simplificada de representar um processo industrial. Consiste apenas em

identificar as operaes unitrias em blocos individualmente e elaborar um fluxograma bsico

demonstrando a seqncia das transformaes desde a matria prima at o produto final do

processo.

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.

Considerando ainda o exemplo da produo de acar, teremos o seguinte diagrama

de blocos:

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.

Operaes ou processos unitrios tais como misturadores, separadores, reatores,

colunas de destilao e trocadores de calor so usualmente denotados por um bloco simples

ou retngulo.

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.

Cana de

acar Moagem

Op1

Filtrao

Op2

Centrifugao

Op1

Caldo +

Resduos

Caldo Limpo

Bagao Resduos Xarope Vinhoto

Evaporao

Op3

Caldo Concentrado

Caldo

Cristalizado

Vapor dgua

Cristalizao

Op4

Acar

Op1 Op2 Op3 Op4 Op5



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Quando possvel, o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo material ocorra

da esquerda para a direita.

Vejamos, agora um outro exemplo: a linha de produo da amnia utilizando como

matria prima o ar atmosfrico e o gs natural.

b. Diagrama de Fluxos (Flow Sheets)

uma tcnica de representao grfica dos processos industriais. O diagrama de

fluxo ou fluxograma de um processo consiste em representar o processo de forma mais

detalhada, onde cada equipamento representado por um smbolo especfico.

Contm toda informao necessria para os balanos material e energtico completos

no processo. Adicionalmente, informaes importantes tais como a presso das correntes, o

tamanho de equipamentos e principais controles so includos.

Gs Natural

Ar

Atmosfrico

1

Reao

Refrigerao

Condensao

Separao

2

NH3

99,9% H2

99% N2

Depsito

1

2

Compresso 300 atm

Compresso e reciclo



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Um fluxograma de processo inclui a 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 dos sistemas e valores operacionais como temperatura e presso para

fluxos mnimo, normal e mximo; composio dos fluidos; etc.

Na Figura 8, temos representado o diagrama de fluxo do processo simplificado para

produo do cido benzico a partir do tolueno e ar atmosfrico, empregando como

catalisadores sais de cobalto.

- Ar - cido benzico bruto, 250 a 300F

- Catalisador - cido benzico puro

- Tolueno - Inerte

4 - Tolueno, reciclo - Resduo

A - Reator C - Coluna de absoro

B - Decantador D - Coluna de destilao

- Trocador de calor E - Depsito

Figura 8. Diagrama de fluxo do processo para produo do cido benzico a partir do

tolueno e ar atmosfrico

1

2

3

5

6

7

8



18

As Figuras 9 e 10 mostram alguns smbolos e as operaes unitrias correspondentes

em um FlowSheets.

Figura 9.



19

Figura 10.



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21



22



23



24

c. Fluxograma de tubulao e instrumentao (Fluxograma de Engenharia)

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).

Estes 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.

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;

Direo dos fluxos; Referncias das interconexes; Controles de inputs, outputs e

intertravamento ; Nvel de qualidade; Sistemas de controle computadorizados; Identificao

dos componentes e subsistemas; etc.



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3. CLASSIFICAO DOS PROCESSOS.

O processamento qumico pode ser definido como o processamento industrial de

matrias primas qumicas, que leva obteno de produtos com valor industrial realado.

A operao de todo o processo deve ser realizada a um custo suficientemente baixo

para ser competitivo e eficiente e levar obteno de lucro.

Os processos podem ser classificados da seguinte forma:

a. Quanto ao tempo de atuao da transformao.

Operao Contnua

Na operao contnua o tempo no uma varivel na anlise do processo (exceo:

parada e partida). As condies operacionais no so constantes ao longo do processo

(existem os perfis), porm estas condies devem ser as mesmas em um dado ponto

(constantes com o tempo).

necessrio o controle do processo para manter as condies operacionais constantes

em um dado ponto. chamado de regime permanente ou estacionrio. A Figura 11

exemplifica a variao do comportamento da temperatura no interior de uma serpentina.

Observe que a temperatura varia ao longo do comprimento da serpentina, porm,

considerando que este processo seja contnuo, este perfil de temperatura se manter constante

em qualquer instante, seja hoje, amanh ou daqui a alguns anos.

Figura 11. Perfil de temperatura em um determinado processo contnuo.



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Operao Descontnua

No processo descontnuo a massa carregada ao sistema de uma s vez, efetuando-se

sobre ela o processo, at que o mesmo se complete totalmente. tambm chamado de regime

transiente, no estacionrio ou no permanente (batelada).

Considere como exemplo uma dona de casa fazendo um bolo de chocolate. Ela

mistura os ingredientes de uma s vez, coloca o bolo para assar e retira o bolo da assadeira.

No dia seguinte ela utiliza a mesma assadeira para fazer um bolo de laranja e realiza o mesmo

procedimento. Observe que houve necessidade de interrupo do processo para a mistura de

novos ingredientes (poderiam at ser os mesmos ingredientes).

b. Quanto varivel que permanece constante durante a transformao.

Isotrmico: temperatura constante.

Isobrico: presso constante.

Isomtrico: volume constante.

Adiabtico: no existe troca trmica entre o sistema e o meio exterior.

Isoentlpico: entalpia constante.

Isoentrpico: entropia constante.

c. Quanto a orientao do escoamento.

Na indstria de processamento h a necessidade de colocar duas correntes de fluidos

em contato. Seja de forma direta, no caso da necessidade da transferncia de massa, ou de

forma indireta, no caso da necessidade da transferncia de energia.

As Figuras 12 e 13 representam os dois tipos principais de escoamento, o paralelo

(ocorre com os fluidos no mesmo sentido) e o contracorrente (ocorre com os fluidos em

sentido contrrio). Em geral o escoamento em contracorrente fornece uma maior transferncia

de massa e de energia.



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Figura 12. Principais tipos de escoamento na indstria de processamento

Figura 13. Representao do escoamento paralelo e em contracorrente em trocadores de calor.

4. EQUILBRIO

A condio de equilbrio ocorre quando, para qualquer combinao de fases em um

sistema, existe uma condio em que a taxa de troca de energia e massa em um

processamento qumico igual a zero.

Em qualquer situao do sistema em estado de no-equilbrio, as propriedades do

sistema tendem a adquirir as condies de maior estabilidade, ou seja, as condies de

equilbrio.

Esta tendncia de atingir o equilbrio gera uma fora motriz ou uma diferena de

potencial no sentido de atingir o equilbrio, conforme a Figura 14.



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Figura 14. Obteno do equilbrio.

Fora Motriz a diferena entre a condio existente e a condio de equilbrio e que

provoca uma aproximao no sentido da condio de equilbrio.

A Figura 15 representa a obteno do equilbrio trmico entre dois corpos. A situao

para a obteno do equilbrio para dois corpos com diferena de potencial eltrico

semelhante, sendo que a fora motriz ser a transferncia de energia eltrica.

Figura 15. Obteno do equilbrio trmico entre dois corpos.

Quando duas fases lquidas que no esto em equilbrio so reunidas, ocorrer uma

transferncia de massa anloga transferncia de energia trmica e de energia eltrica.

Expresses de equilbrio para misturas multicomponentes, entre a fase lquida e a fase

vapor, ou entre duas fases lquidas com solubilidade parcial de uma na outra, so mais

complicadas.



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A condio a ser satisfeita a de que o potencial qumico (concentrao) de cada

constituinte tem o mesmo valor em todas as fases que esto em equilbrio em um determinado

sistema.

O potencial (concentrao) de uma substncia ou mistura em um certo estado,

comparado com o mesmo potencial no equilbrio, mostra que h uma diferena de potencial

que uma fora motriz que impele o sistema a modificar o seu estado at atingir o equilbrio.

As foras motrizes pertinentes s operaes unitrias so as diferenas de

concentrao, temperatura, presso e densidade.

EXERCCIOS PROPOSTOS

1. Elabore um conceito para Plo Petroqumico e explique como as empresas integrantes de

um Plo Petroqumico esto interligadas.

2. O que voc entende sobre as operaes unitrias, as converses qumicas e o processo

industrial?

3. Exemplifique um processo qumico industrial qualquer, conceituando e informando o

produto principal, sub-produtos e rejeito.

4. Diferencie o processo permanente do processo em batelada.

5. Quais as etapas para o desenvolvimento e implantao de um processo qumico? O que

deve ser considerado no desenvolvimento e concepo de um processo industrial qumico

para a obteno de um novo produto?

6. Quais os tipos de fluxogramas utilizados para representar os processos industriais?

Explique e exemplifique cada um.

7. Quais as principais orientaes de escoamento industrial? Exemplifique.

8. O que voc entende sobre equilbrio de um sistema?

apostila - princípios básicos da indústria química - mod -i - ifs - flgl - 2013

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