eqm 052 - quÍmica de processos industriais 1

EQM 052 - QUÍMICA DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

PROF. DRA. ERIKA CRENDEQ – EE/UFMG

SALA [email protected]

PROCESSO INDUSTRIAL:aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química, para a transformação da(s) matéria (s) prima (s) em produtos.

MATÉRIAPRIMA

PROCESSO INDUSTRIAL

- COM TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS (processo unitário)- SEM TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS (operação unitária)MÃO DE OBRA

RECURSOS

PRODUTOS RESÍDUOS

PROCESSO INDUSTRIAL:

• Operações unitárias:- Bombeamento de fluidos- Troca de calor- Transporte de sólidos- Redução de tamanho- Peneiração- Filtração- Misturação- Destilação- Evaporação- Absorção de gás- Extração- Processos de separação - Secagem


• Operações unitárias:

Bombeamento Trocador de calor

Transporte de sólidos



moinhospeneiração filtração



misturador destilaçãoevaporador



absorção Extração liquido-liquidoExtração sólido liquido

secagem


• Processos unitárias:

- São orgânicos e inorgânicos:

Principais reações:• NITRAÇÃO - (tintas, vernizes, cosméticos, pólvora)• SULFONAÇÃO - (corantes, farmacêutica)• ALQUILAÇÃO – (petroquímica)• ESTERIFICAÇÃO - (embalagens, cola, essências)• POLIMERIZAÇÃO - (embalagens, farmacêutica)• FERMENTAÇÃO - (alimentos, farmacêutica)• AMINAÇÃO - (farmacêutica, corantes, agrotóxicos)• CARBOXILAÇÃO - (metabolismo, química)• HIDROGENAÇÃO - (alimentos, solventes)• OXIDAÇÃO - (farmacêutica, alimentos, agrotóxicos)• ETC

reator


• Processos unitárias:

Principais aplicações:• Tratamento de água• Carboquímicos • Petroquímica• Gases combustíveis• Gases industriais• Cerâmica• Cimento• Vidro• Ácidos• Álcalis• Sais• Tintas• Explosivos• Corantes

• Detergentes e sabões• Perfumes, 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


• OPERAÇÃO é a ação direta do homem e equipamentos sobre a matéria prima e seus produtos - (funções que devem ser executadas).

• PROCESSO é o estudo e acompanhamento do conjunto

de variáveis que agem na OPERAÇÃO (especificação da matéria prima e equipamentos para realizar as diversas funções).

• A UNIDADE DE PROCESSO é o local (conjunto de

equipamentos e instalações) onde a matéria prima é submetida às operações unitárias, associadas ou não com conversões químicas.


• MATÉRIA PRIMA:

- Sólidos- Líquidos- Soluções- Suspensões- gases

preparação


• Recursos:

utilidades outros

- Vapor- Energia elétrica- Água- Gases- Ar comprimido

- manutenção- Instrumentação- etc


• Resíduos:

- sub-produtos (sobras) x co-produtos (produtos principais)

A diferença entre ambos é a importância relativa da venda do produto!!!

- Resíduos poluentes- Resíduos sólidos recicláveis- Resíduos sólidos tratáveis- Resíduos sólidos incineráveis- Resíduos sólidos para aterros- Efluentes (líquidos)- Emissões gasosas


• No processo industrial ainda podemos ter outras etapas, além das transformações:

- Purificação produto;- Embalagem.

• Na indústria química de um modo geral, temos:

- Produtos químicos de uso industrial (MP indústria);- Produtos químicos de uso final (consumidor).

PROCESSO INDUSTRIAL - IMPLANTAÇÃO:

• Produção em escala industrial de um produto envolve:

1) Desenvolvimento em laboratório - estudo detalhado das condições de operação e conversões químicas;

2) Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial (piloto) – equipamentos e controles que reproduzam o processo;

3) Projeto e implantação do processo em escala industrial.

Química

- Ciência básica para implantação processos químicos;- Dados de pesquisa em laboratório → aplicação nos

processos químicos industriais;- Importante atentar para aspectos econômicos do

processo:• Rendimento;• Conversão;• Velocidade.- Expressos:• Constantes de equilíbrio;• Tempo residência;• Velocidade de reação.

RENDIMENTO E CONVERSÃO:

• Mede o grau de extensão de uma reação desejada em relação a reações alternativas!!!!

• Mede grau de transformação de uma reação!!!!!

• Juntos medem a eficiência de um processo!!!!!

Rendimento (%)

Convers ã o(%)=100 X moles (massa )alimenta çã o quereagemoles (massa ) produto correspondenteaoreagente principal alimentado


• Exemplo:Síntese amônia a 150 atm e 500oC- Rendimento > 98%- Conversão = 14 % - (86% do reagente inicial não reage)

Para economia este reagente deve ser recirculado !!!!!!

Redução custos produção – rendimento conversão!!!!!

Para conversões baixas – processo não econômico, necessidade de uso de equipamentos maiores e/ou mudança condições de operação!!!!


• Logo é importante conhecer em um processo:

• Cinética das reações (uso de catalizadores e condições de operação)

• Balanços de massa e energia(informações reagentes e produtos e viabilidade de reações)

CUSTOS DE PRODUÇÃO:

Custosfixos

Custosvariáveis

$

Quantidade produzida

Custo totalde produção

Receita de vendas(faturamento)

Ponto deequilíbrio

X

INDÚSTRIA QUÍMICA BRASILEIRA 2010:• faturamento

INDÚSTRIA QUÍMICA BRASILEIRA 2010:

INDÚSTRIA QUÍMICA BRASILEIRA - PERSPECTIVAS:

TIPOS DE PROCESSOS:

• Processo contínuo:Fluxo constante de matérias-primas e de produtos em todos os equipamentos.(grandes volumes, exigência de automação e controles rigorosos de processo, não flexíveis)Ex. petroquímica, alimentos, tratamento de água, etc.

• Processo descontínuo (batelada):Um equipamento é carregado com as matérias-primas, a operação ou a conversão ocorrem após um tempo determinado, quando então o produto é descarregado.(pequena escala, exigências de segurança, baixo custo, fácil operação e controle, flexíveis)Ex. produtos alto valor agregado, farmacêuticos, etc

TIPOS DE PROCESSOS:

• 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.Ex. processos fermentativos, farmacêuticos, etc

FLUXOGRAMAS (FLOW-SHEET)

• Sequência coordenada das conversões químicas e das operações unitárias, expondo os aspectos básicos do processo químico (equipamentos, balanços, etc).

• 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 na forma de diagrama de processo ou diagrama de tubulações e instrumentação.

FORNECEM UMA CLARA VISÃO GERAL DO PROCESSO


De blocosDe processo

• Traz todos os detalhes para balanços;• Tipos equipamentos;• Controles operacionais importantes;


De tubulações e instrumentos

• Informações para construção da planta;• Identificação tubulações, instrumentos, válvulas , equipamentos, etc

FLUXOGRAMAS (FLOW-SHEET)De tubulações e instrumentos

ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:

• Tratamento de água:- Cloro e dióxido de cloro (Utilizados para oxidar detritos e destruir M.O.)

- Cloreto de ferro e sulfato de alumínio(Absorvem e precipitam sujeira (elimina cor, odor e gosto))

- Carvão ativado (Retém detergentes e micropoluentes)

- hidróxido de sódio(Neutraliza acidez da água)


• agricultura:- Fertilizantes químicos(Repõem nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, entre outros, retirados do solo pela ação de chuvas, ventos, queimadas e constantes colheitas.)

- Defensivos químicos(Garantem a qualidade dos alimentos, a produtividade e evitam a disseminação de doenças.)


• Produção animal:- Medicamentos veterinários e alimentação animal(Preservam a saúde, evitam epidemias e aumentam a produtividade.)

• Construção civil:

- Acetato de polivinila e dióxido de titânio(presentes na formulação das tintas – Resinas Acrílicas)



- Hidróxido de cálcio(Argamassa)

- resinas alquídicas, maléicas, epóxi, acrílicas, poliuretano, nitrocelulose, naftenatos, octoatos, solventes

(Vernizes)

-polietileno de alta densidade (PEAD), resinas poliéster(Caixa de água)



-polietileno de baixa densidade linear (PEBDL), polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno de alta densidade (PEAD), policloreto de vinila (PVC)(Tubos e conexões)

- policloreto de vinila (PVC), plastificantes ftálicos, trióxido de antimônio(Fios e cabos)


• automóveis:

- poliuretano, polipropileno (PP), resina de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)(painéis)

- borracha de estireno butadieno, negro de carbono, poliamida(Pneus)

- ácido sulfúrico, polietileno de alta densidade (PEAD)(baterias)


• automóveis:

- polipropileno (PP)(para-choques)

- resinas fenólicas(Pastilhas e lona para freios)

- óleos minerais, aditivos(Óleo e lubrificantes)


• informática:

- resina de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)(Gabinetes)

- titanatos, zirconatos(Componentes eletrônicos)

- cloreto de polivinila (PVC), plastificantes ftálicos, trióxido de antimônio

(Fios e cabos)


• informática:

- vidro (carbono neutro de sódio + carbonato de lítio +hidróxido de sódio + carbonato de potássio), carbonato de bário(Monitor)

• Alimentos:- insumos, materiais para embalagens, etc.

• Farmácia:- insumos, embalagens, etc

ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS:

• inovação:

Grande parte do faturamento da indústria química é investido em pesquisa e desenvolvimento

- Fibras sintéticas = indústria têxtil (ampliação e barateamento roupas)

- Plásticos = embalagens resistentes para conservação de alimentos e remédios, tubos resistentes a corrosão, peças para diferentes indústrias

PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS:

Várias são as aplicações dos processos químicos industriais

Demonstrando sua importância e potencial para crescimento e inovação

Logo, faz-se importante conhecer as características dos diferentes processos e indústrias, partindo-se dos conceitos

básicos de química e processos!!!!!

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