principios basicos da industria química

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Page 1 Processos Químicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti Princípios básicos da Indústria Química Baseado em Shreve, R.N & Brink Jr., J.A.

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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.

  • Page 2 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 3 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    O Desenvolvimento de

    um Projeto

  • Page 4 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 5 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 6 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 7 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 8 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 9 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 10 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 11 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 12 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 13 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 14 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 15 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 16 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 17 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 18 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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...

  • Page 19 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 20 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 21 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 22 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 23 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 24 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 25 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 26 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 27 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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):

  • Page 28 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 29 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    Fluxogramas de blocos

    Tanque de

    liquido TL01

    Tanque de

    liquido TL02

    Misturador

    M08

    Reator

    R102

    Separador

    S56

  • Page 30 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • 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

  • 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.

  • Page 34 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    Fluxogramas de processo

  • 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.

  • Page 36 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 38 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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).

  • Page 39 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    Fluxogramas de tubulao e

    instrumentao

  • Page 40 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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.

  • Page 41 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti

    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

  • Page 42 Processos Qumicos Industriais Prof. MSc Sergio Luiz Pavanatti