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10/09/2014

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PROCESSOS

QUÍMICOS

Processo Químico

Definição

É um conjunto de ações executadas em

etapas, que envolvem modificações da

composição química, que geralmente são

acompanhadas de certas modificações físicas

ou de outra natureza, no material ou materiais

que é (são) ponto de partida (matérias primas)

para se obter o produto ou os produtos finais

(ou acabados).

Processo Químico Etapas do Processo Químico

1 - Transformação dos reagentes em

produtos, no reator químico. Envolvem as

conversões químicas ou processos unitários

(POU).

2 – Preparação da matéria – prima.

3 – Separação e Purificação do

produto de interesse.

Envolvem as

Operações

Unitárias

(OPU).

Operações Unitárias (OPU)

Cada etapa dentro do processo que tem princípios

fundamentais independentes da substância (ou

substâncias), que está sendo operada e de outras

características do sistema.

O engenheiro A. D. Little (1915) apresenta um conceito

interessante para as operações unitárias: “Qualquer

processo químico, em qualquer escala, pode ser

decomposto numa série estruturada do que se podem

denominar, operações unitárias, como moagem,

homogeneização, aquecimento, calcinação, absorção,

condensação, lixiviação, cristalização, filtração, dissolução,

eletrólise, etc.”

São as etapas básicas de um processo.

Classificação

De acordo com o tipo de operação envolvida:

Operações Mecânicas

Operações com Transferência de Calor

Operações com Transferência de Massa

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Operações Mecânicas1. – Operações envolvendo sólidos granulares

A. – Fragmentação de sólidos;

B. – Transporte de sólidos;

C. – Mistura de sólidos;

D. – Separação de Sólidos – Peneiramento

2. - Operações com sistemas sólido-fluido

A – Sólido de líquidos;

- Decantação

- Flotação (borbulhamento de ar)

- Floculação (sulfato de alumínio –

aglutinação – flocos)

- Separação centrífuga

- Filtração

B – Sólidos de gases

- Centrifugação (para gases - ciclones)

- Filtração (para gases - filtros manga)

C – Líquidos de líquidos

- Decantação

- Centrifugação

3. - Operações envolvendo sistemas fluidos

A. – Bombeamento de líquidos;

B. – Mistura e agitação de líquidos;

Operações de Transferência de Calor

Aquecimento e Resfriamento de fluidos

Evaporação e Cristalização

Secagem

Operações de Transferência de Massa

Destilação

Extração líquido-líquido

Absorção de Gases

Operações envolvendo Sólidos Granulares


Fragmentação

Fragmentação de Sólidos Granulares

Operação que promove a redução das

partículas de um sólido, utilizando, para isso,

meios adequados à natureza da substância

que se pretende dividir.

Finalidades:

Facilitar a extração de um constituinte desejado

Obedecer a um requerimento específico do produto.

Aumentar a área superficial do sólido: redução do

tempo de secagem, melhor dissolução, etc.

Obter misturas mais homogêneas.

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Importância na área Farmacêutica

A maioria dos produtos farmacêuticos precisam ser

moídos em algum estágio da produção de um

medicamento.


Só substâncias com uma dada granulometria podem

ser usadas na fabricação de medicamentos, como por

exemplo: antibióticos, talco, gesso, etc.

Tamanho das partículas usadas no aerossóis de

inalação determina a posição e retenção das

partículas no sistema bronco pulmonar.


O aumento da área superficial afeta a eficiência

terapêutica do medicamento devido ao aumento da

área de contato entre o sólido e o líquido solvente.


Obtenção misturas homogêneas

Fatores que influenciam a seleção de Equipamentos de Fragmentação Granulares

Tipos de Moinhos

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Tipos de Moinhos

Micronização

Micronização

Transporte

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Transporte

Mistura

Mistura de Sólidos Aspectos críticos - Mistura

Tipos de Misturadores Tipos de Misturadores

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Peneiramento ou Tamisação

Peneiramento ou Tamisação

Porque medir o tamanho das partículas Parâmetros que influenciam o Peneiramento

Tipos de Peneiras

Operações com Sistemas Sólido - Fluido


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Filtração

Retenção de partículas presentes em um fluido

pela passagem do mesmo através de um

material fibroso ou granular.

Objetivos:

Remoção de partículas sólidas indesejadas

presentes em líquidos ou gases.

Recuperação de um produto sólido (por

exemplo, após recristalização).

Filtração

Filtros Aplicações na Indústria Farmacêutica

Membranas Filtrantes

Os fatores mais importantes para a seleção de um

filtro são:

a) resistência específica do meio poroso de

filtração;

b) a quantidade de suspensão

a ser filtrada;

c) a concentração de sólidos

na suspensão;

d) a facilidade de descarregar a torta

formada no processo de filtração.

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Seleção do Filtro

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Questões pertinentes à Seleção do Filtro

Tipos de Filtros

Filtro de Leito PorosoA alimentação é bombeada à prensa e flui pelas armações.

A filtração prossegue até o

espaço interno da armação

esteja completamente preenchida

com sólidos.

Os sólidos acumulam-se como “torta” dentro da armação.

O filtrado flui entre o filtro de tecido e a placa pelos canais

de passagem e sai pela parte inferior de cada placa.

Nesse momento a armação e as

placas são separadas e a torta

retirada. Depois o filtro é

remontado e o ciclo se repete.

Filtro de tecido

PlacaMarco

Torta

Alimentação

Filtrado

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Filtro Prensa

Aplicações Filtro-Prensa

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Filtro de “Folhas” Filtros de Disco

Filtro de Tambor a Vácuo, Rotativo e Contínuo Fluido

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Na osmose, coloca-se uma membrana

semipermeável e de um lado temos o solvente

(água) e de outro um soluto.

Ocorre um transporte espontâneo de um

solvente para um soluto; onde o solvente flui

para o soluto sob a pressão exercida pelo soluto

conhecida como pressão osmótica, na qual

ocorre o equilíbrio quando o potencial

químico se iguala.

Osmose

Reverter o fluxo da solução para o solvente é chamado

de OSMOSE REVERSA.

Neste processo a membrana impede a passagem de

partículas de soluto de baixo peso molecular, ou seja

aquele soluto que difundiu em um solvente por osmose.

Na osmose reversa a pressão diferencial reversa é

colocada de forma que causa o fluxo de solvente inverso,

como em um processo de dessalinização da água do mar.

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Osmose Reversa Área Limpa

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Aplicações da Filtração do Ar naIndústria Farmacêutica

Filtros para Ar

Filtros ULPA

Centrifugação

Operações envolvendo Sistemas Fluidos


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Bombeamento

Bombas

Mistura e Agitação de Líquidos

Seleção do Tipo de Misturador:

Viscosidade: Medida da resistência ao

escoamento

Miscibilidade: mistura de líquidos miscíveis ou

imiscíveis emulsificação.

Relação entre as Densidades

Equipamentos:

Descontínuos (batelada) – usual na indústria

farmacêutica.

Os equipamentos descontínuos são constituídos

basicamente de: tanque e fonte de energia

cinética (para a mistura ocorrer rapidamente)

Mistura

Mistura de Líquidos de Média Viscosidade Mistura de Pastas de Alta Viscosidade

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Misturadores Planetários Operações envolvendo Sistemas Fluidos

Aquecimento deFluidos


Sistemas de Aquecimento na Indústria Farmacêutica

Esterilização

Consiste em eliminar ou separar das substâncias,

preparações, aparelhos e utensílios, as formas viáveis dos

microrganismos que ali existem.

Objetivos: destruir todos os microrganismos sobre ou em

um objeto ou preparação de modo a assegurar que o

mesmo esteja isento de infecções perigosas.

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Tipos de Calor

Calor Seco: ar quente, chama (flambagem), radiação IV.

Calor Úmido: Vapor, água quente (banho-maria).

Calor Úmido

Calor SecoEst

ufas

e T

úneis

de E

sterilizaçã

o

Radiação Infravermelha

IV

Tempo aquecimento emEstufa convencional x Estufa por IV

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Aquecimento por Calor Seco

Resfriamentode Fluidos


Refrigeração

É o abaixamento da temperatura de um produto visando

manter a qualidade pela diminuição das velocidades de

deterioração que possam ocorrer no mesmo. Não ocorre

mudança de fase da água do produto.

Método de conservação de curto período, porque retarda:

Crescimento de microrganismos

Atividades metabólicas de tecidos vegetais intactos e de

tecidos animais.

Reações químicas deteriorativas, incluindo escurecimento

oxidativo catalisado por enzimas, oxidação de lipídeos e

alterações da cor, autólise de produtos animais e perda

dos princípios ativos de medicamentos em geral.

Perda de umidade.

Instalações Frigoríficas

Fluido Refrigerante

É a substância o

que troca calor

com o meio que

vai ser refrigerado.

Resfriamento de Fluidos

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Propriedades de alguns Refrigerantes Congelamento Para que um produto congele há formação de gelo e para

isso são necessárias temperaturas muito baixas,

normalmente abaixo de – 18C.

Quando o produto é congelado, além da temperatura muito

baixa prejudicar os microrganismos, a formação do gelo

diminui a quantidade de água do produto que poderia ser

utilizada para o crescimento dos microrganismos, fazendo

com que possa ser conservado por longos períodos de

tempo, meses e até anos.

É um processo relativamente caro, porque depois de

congelado o produto deve ser mantido a baixas temperaturas

até o momento de seu consumo.

Enquanto a água pura congela a 0C, os pontos de

congelamento das matérias-primas e medicamentos

dependem das quantidades de solutos dissolvidas na sua

água de constituição.

Tipos de Congelamento Congelamento Criogênico

Resfriamento x Congelamento Aplicações na Indústria Farmacêutica

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Secagem

Operações de Transferência de Calor Secagem

Aplicações na Área

Farmacêutica

Métodos de Secagem

Fato

res

que a

feta

m a

ve

locidade d

e s

eca

gem

Fato

res

que a

feta

m a

ve

locidade d

e s

eca

gem

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Estufas de Secagem Secadores de Túnel

Secadores de Correia Transportadora Secador de Esteira a Vácuo

Secador de Cilindros,

Rolos ou de Tambor

Secador de Leito Fluidizado

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Aplicações na Indústria Farmacêutica Secadores por Atomização, Pulverização ou Aspersão (Spray Driers)

Etapas Secagem por Atomização Secagem por Atomização

Secagem por Atomização Secagem por Liofilização

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Eta

pas

da

Liofilizaçã

o

Funcionamento do Liofilizador

Vantagens

Desvantagens Aplicações

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Secagem por Evaporadores

Interesse somente na fase sólida, sendo a fase liquida

então desprezada. Para produzir cloreto de sódio (sal) a

partir da água do mar.

Equipamentos industriais para evaporação nada mais

são do que recipientes que concentram uma solução

pela evaporação do solvente.

Destilação

Operações de Transferência de

Massa

Destilação Fracionamento do petróleo

Fracionamento dos gases do ar (O2, CO2, H2,He,etc.)

Concentração do álcool

Purificação de compostos

químicos

Extração Líquido - Líquido

Adsorção É a adesão de moléculas de um

fluido (o adsorvido) a uma superfície

sólida (o adsorvente)

Depende:

Temperatura,

Pressão

Área superficial

As forças que atraem o adsorvato

podem ser químicas ou físicas.

Exemplo: eliminação do odor de

geladeira com o uso de carvão

ativado (o odor se fixa nas superfícies

livres nos poros do carvão.

Processos Unitários - POU

(Conversão Química)

Transformação de uma substância em outra por meio

de uma reação química

Neutralização

Halogenação

Sulfonação, etc

Podem ser:

Exotérmicas

Endotérmicas

Ocorrem em reatores químicos

Condições adequadas de P, T, catálise, etc

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Tipos de Processos Processos em batelada: a

alimentação é carregada no

sistema no começo do

processo, e os produtos são

retirados todos juntos depois de

algum tempo. Não existe

transferência de massa através

do sistema entre o momento da

carga da alimentação e o

momento da retirada dos

produtos.

Processos contínuos: as

entradas e saídas fluem

continuamente ao longo do

tempo total de duração do

processo.

Processos em semibatelada (ou semicontínuo): qualquer processo que

não é nem contínuo, nem em batelada.

Tipos de Processos

FLUXOGRAMAS(FLOW-SHEET)

Sequência coordenada das conversões químicas e

das operações unitárias, expondo os aspectos

básicos do processo químico.

Indica pontos de entrada de matérias-primas e de

utilidades e os pontos de retirada dos produtos e

subprodutos.

Podem ser simples, na forma de diagramas de

blocos ou detalhados.

a) Fluxogramas de blocos

(block flow diagrams – BFD)

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.

Fluxograma de Blocos Fluxograma do processo

(process flow diagram – PFD)

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.

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Fluxograma do 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.

Fluxograma do processo


c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação

(pipping and instrumentation diagram – P&ID):

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).

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 e 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

c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação

(pipping and instrumentation diagram – P&ID):

Fluxogarmas Industriais Fluxogramas Industriais

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