trabalho processos quimicos na industria

7/21/2019 Trabalho Processos Quimicos Na Industria

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Processos qumicos na indstria petroqumica

Aluno: Carlos Alberto dos Santos/ CPF: 378.023.848-93

Bibiografica:Processos qumicos- Mrio Jordo

Imagens:Google.

ndice:

1. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

2. TIPOS DE PROCESSOS E SEUS FUNDAMENTOS:

3.

PRINCIPAIS VARIVEIS DE PROCESSO

4. OPERAES UNITRIAS

5. O REFINO DO PETRLEO

6. PETRLEO E GS NATURALPRODUO, REFINO E PETROQUMICA.

7. PROCESSOS DE SEPARAO:

8.

PROCESSOS DE CONVERSO

9. PROCESSOS DE ACABAMENTO


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CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Oque processo!

Um processo uma sequncia de transformaes que um ou mais materiais sofrem a fim, de

se obter produtos. H processos mais ou menos simples, como as manufaturas ou linhas de

montagem, onde um equipamento ou substncia montado a partir da unio de

componentes pr-fabricados. Nesse grupo se encaixam as indstrias de eletrnicos,

automveis, grficas e outras. Os processos extrativos removem da natureza substncias emestado bruto para posterior beneficiamento e utilizao. Como exemplos, temos a extrao de

minrios e de gua do solo. Os processos qumicos envolvem alteraes na composio

qumica e ou em propriedades fsicas do substrato.

Processos Qumicos

As indstrias de processamento qumico tm como principal finalidade transformar uma ou

mais matrias-primas em substncias de maior valor agregado, incluindo o tratamento de

resduos dessa atividade. Neste caso, a agregao de valor se d indiretamente, pela

eliminao de uma condio indesejvel.


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TIPOS DE PROCESSOS E SEUS FUNDAMENTOS:

Processos Descontnuos

Os primeiros processos qumicos eram descontnuos, ou em batelada. Neste tipo de

operao, a matria-prima (carga) geralmente inserida num reator, onde so acrescentados

todos os reagentes necessrios. So feitos ento os necessrios ajustes de presso e

temperatura e, aps determinado perodo, obtido o produto acabado. Este pode a seguir ser

retirado do reator e ainda passar por algum beneficiamento, como filtrao ou secagem. Uma

caracterstica desses processos que, a cada momento, estamos numa condio diferente da

anterior. Outra maneira de dizer isso que os processos descontnuos operam em regime

transiente. Uma batelada ou partida o lote de produto obtido aps cada processamento

descontnuo. Hoje, este tipo de processo comum em produes de pequena escala,

normalmente de substncias de alto valor agregado, como na indstria chamada de qumicafina (frmacos, catalisadores, corantes, etc.). Esses produtos muitas vezes tm diferenas sutis

que permitem sua produo num mesmo equipamento, mas a demanda por cada

determinado tipo pequena, no justificando a maior escala.

Processos contnuos

Para a maior parte das operaes de processamento, a operao contnua ou em regime

permanente maisou a nica opovivel. Um exemplo simples a produo de vapor

dgua com a finalidade de acionar mquinas. Esse vapor precisa ser fornecido contnua e

uniformemente, caso contrrio o movimento das mquinas ser instvel. Outra e fundamental

vantagem desse sistema que, operando dia e noite, com paradas apenas para manuteno, a


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unidade industrial alcana maior produtividade e retorno mais rpido do capital investido.

Caso pudssemos observar atravs dos equipamentos, uma fbrica operando em regime

permanente apareceria aos nossos olhos, sempre igual, como se o tempo no passasse. Ao

mesmo tempo, em que a matria-prima chega unidade, temos produto saindo para o

armazenamento. Importante ressaltar que esta condio vale para quando a unidade se

encontra estabilizada, ou em reta. Nas condies de partida, parada ou emergncia, a

operao se d em regime transiente. Para minimizar estas situaes, feito um investimento

pesado em controle de processo, a fim de manter constantes as variveis operacionais.

PRINCIPAIS VARIVEIS DE PROCESSO

Um operador de processo, principalmente numa operao contnua, necessita manter sob

controle, uma enorme quantidade de variveis. Essas variveis quase sempre so do tipo:

VAZO- a quantidade de fluido escoado ao longo de uma tubulao na unidade de tempo.Essa quantidade pode ser medida em massa, volume ou quantidade de matria (mol). Quase

sempre os instrumentos medem a vazo volumtrica. Em geral, o que se mede o diferencial

de presso entre dois pontos, que fornece indiretamente a vazo.

PRESSO- a fora exercida por um fluido sobre determinada rea. Pode ser interna ao

equipamento ou externa. Quando a presso interna superior atmosfrica, independente do

peso de coluna hidrosttica, chamada positiva. Se for menor negativa ou vcua, os

instrumentos de medio de presso so chamados de manmetros. Quando incluem

presses negativas, chamam-se tambm manos vacumetros. A presso manomtrica

aquela obtida pela comparao da presso do equipamento com a atmosfrica. esta apresso que lemos nos manmetros. Se a indicao for zero, diz-se que o equipamento est


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despressurizado. A presso total, includo a atmosfera, chamada de absoluta e, em nosso

caso, no possui valor prtico.

NVEL- a altura do fluido contido num determinado vaso. Determinado diretamente por um

sistema de vasos comunicantes ou pela propagao de ondas (sonoras, eletromagnticas) ou

de maneira indireta atravs da presso hidrosttica resultante.

TEMPERATURA- a medida indireta da energia cintica mdia das partculas de uma

substncia, obtida diretamente por termmetros.

OUTRAS- as Grandezas como densidade, pH, viscosidade e condutividade eltrica podem

tambm ser variveis de controle, embora muito menos empregadas que as quatro anteriores.

Exemplo de presso:

OPERAES UNITRIAS

As operaes unitrias envolvem todas as transformaes fsicas que os reagentes,

intermedirios e produtos devem sofrer antes e aps passarem pelos reatores qumicos. Em

geral, compreendem os fenmenos de escoamento de fluidos, transferncia de calor,misturas, separao e manuseio de slidos. O escoamento de gases, lquidos e slidos

fluidizados, estudado pela Mecnica dos Fluidos (MecFlu), incluindo o dimensionamento das

tubulaes, acessrios, equipamentos de compresso (bombas, compressores, etc.) e

expanso (tA Transferncia de Calor (TransCal) fundamental porque a maioria dos processos

qumicos no ocorre temperatura ambiente, sendo comum a necessidade tanto do

aquecimento quanto do resfriamento. Os equipamentos mais usados para tal so os

trocadores ou permutadores de calor, que promovem a transferncia de calor entre duas

correntes fluidas, sem contato entre elas, aproveitando sua diferena de temperatura. Outros

equipamentos importantes so os fornos e caldeiras, que utilizam uma fonte prpria de

energia, por exemplo, atravs da queima de um combustvel, turbinas, vlvulas, etc.).


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Exemplo de trocador de calor convencional:

Os processos de separao compreendem a maior parte das operaes unitrias. Por razes

diversas, as matrias-primas, intermedirios e produtos (inclusive resduos) muitas vezes

necessitam passar por processos de fracionamento e purificao. Finalmente, as operaes de

manuseio de slidos envolvem processos tais como peneiramento, moagem e a fluidizao.

Os processos unitrios envolvem os diferentes tipos de reaes qumicas que acontecem nos

reatores qumicos. Assim, os engenheiros qumicos estudam processos tais como

hidrogenao, craqueamento, alquilao, nitrao, etc.

O REFINO DO PETRLEOSubstncias encontradas na natureza ou produzidas pelo homem sempre so obtidas com

determinado teor de impurezas. Para sua utilizao geral, torna-se necessrio sua purificao e

ajuste a determinadas especificaes padronizadas. Sabemos que o petrleo bruto enquadra-

se nesse conjunto. Chamamos refinao ou refino ao conjunto de processos e operaes

unitrias aos quais, o petrleo, o gs natural e seus derivados so submetidos a fim de obter os

produtos dentro das especificaes desejadas. O estudo da refinao do petrleo um prato

cheio para o aprendizado de processos qumicos.

PETRLEO E GS NATURALPRODUO, REFINO E PETROQUMICA.

O petrleo e o gs natural oriundos dos poos so enviados atravs de dutos e navios para as

refinarias, onde sero processados. Nestas, sero obtidos os principais derivadosos

Combustveis e os lubrificantes. Chama-se petroqumica indstria qumica que recebe

correntes obtidas no refino para obter novos produtos, com finalidades diferentes daquelas

duas. Na verdade, quase toda refinaria de petrleo de porte apresenta processos

petroqumicos no seu esquema de refino.

Processos de Refinao e Auxiliares

Os principais processos de refinao podem ser divididos nos seguintes gruposprincipais:


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SEPARAO- onde ocorre apenas a separao fsica dos seus constituintes, no

havendo reaes qumicas. Os principais processos desta classe so a destilao

(atmosfrica e a vcuo) de petrleo cru e praticamente todos os processos envolvendo

gs natural.

CONVERSO- , empregado quando a separao fsica invivel ou ineficaz, estes

processos se baseiam em reaes qumicas de quebra, rearranjo ou unio de cadeias

carbnicas.

Podem ser trmicos, dentre os quais se destaca o coqueamento, retardado, catalticos,

como o craqueamento e a reforma.

ACABAMENTO- concebido, com a finalidade de tratamento, so os processos que

promovem a remoo por meios fsicos ou qumicos, de impurezas de um dado

produto, ou o acerto de propriedades, de modo a conferir-lhe as caractersticas

necessrias comercializao, reaproveitamento ou descarte.

So processos auxiliares e essenciais numa refinaria de petrleo, a gerao de vapor, o

tratamento dgua e a operao do sistema de tocha, dentre outros.

PROCESSOS DE SEPARAO:

A destilao baseada na diferena dos pontos de ebulio entre compostos presentes numa

mistura lquida. O petrleo constitudo por hidrocarbonetos, cujos pontos de ebulio

aumentam com suas massas moleculares. Desta forma, variando-se as condies de

aquecimento de um petrleo, possvel vaporizar e depois condensar separadamente

compostos leves, intermedirios e pesados. Forma-se tambm um resduo pesado, contendo

hidrocarbonetos de elevados pesos moleculares que, nas condies de temperatura e presso

na qual a destilao realizada, no se vaporizam.

O processo de destilao inicia-se com o bombeamento contnuo de petrleo do tanque de

carga atravs da primeira bateria de pr-aquecimento, que uma sequncia de trocadores de

calor dispostos em srie ou em paralelo, onde o leo progressivamente aquecido com os

refluxos circulantes e produtos provenientes das torres atmosfricas e de vcuo. Ao final desta

bateria, o petrleo atinge a temperatura necessria etapa de dessalgaro, na faixa de 120 a

160C. A gua que chega refinaria junto com o petrleo, contendo sais dissolvidos,

sedimentos e impurezas, est emulsionada, dispersa na forma de milhes de gotculas

finamente divididas e envolvidas por uma pelcula de compostos emulsificantes que oferece

grande resistncia a coalescncia, estabilizando-as. Estes contaminantes, se no foremremovidos, podem causar srios danos aos equipamentos. A dessalgadora tem como objetivo

a remoo da gua, sais e sedimentos nela presentes atravs da coalescncia e posterior

separao por diferena de densidade, das gotculas de gua presentes no leo. A ao de um

forte campo eltrico promove a desestabilizao da emulso pelo enfraquecimento da pelcula

de agentes emulsificantes. Para se conseguir a dessalgao necessria, alm da temperatura

adequada, a injeo de gua antes da dessalgadora. Quando necessrio desemulsificante

tambm pode ser injetado antes da vlvula misturadora, principalmente durante o

reprocessamento de resduo.

PROCESSOS DE CONVERSO


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Processos Trmicos

Os processos trmicos de converso so aqueles em que fraes pesadas do petrleo so

convertidas em produtos mais leves por ao conjugada de temperatura e de presso.

Paralelamente, parte da carga convertida em coque. Nestes processos enquadram-se o

craqueamento trmico, a viscorreduo e o coqueamento retardado. Estes processos diferemfundamentalmente no interesse do produto final. O craqueamento trmico foi o primeiro

processo a ser desenvolvido (1912) e a sua principal finalidade a produo de gasolina e

gases a partir de uma carga de gasleos ou cru reduzido. A viscorreduo foi desenvolvida um

pouco mais tarde e a finalidade , como o nome sugere, a reduo da viscosidade de leos

residuais, de modo que sejam aproveitados como leo combustvel. A carga para esta unidade

pode ser resduo de vcuo ou atmosfrico. Ambos atualmente so considerados processos

obsoletos, suplantados, que foram, pelo craqueamento cataltico, que , sem sombra de

dvidas, um processo mais econmico e de mais fcil operao.

Coqueamento Retardado

O coque amento retardado (CR) um processo mais moderno que gera, alm de coque de alta

qualidade, nafta, diesel e carga para FCC. A recuperao do coque formado nas reaes de

decomposio o principal fator que torna o processo econmico. Existe um quarto processo,

conhecido como coque amento fluido, desenvolvido pela EXXON, que compete com o coque

amento retardado. Ambos podem ser mais competitivos, que o FCC quando so processados

petrleos ultrapassados. O processo tem incio com o aquecimento e introduo da carga

diretamente no fundo da fracionada a, onde o material mais leve sofre um flash. Os pesados

se misturam com o reciclo e seguem do fundo da torre para a fornalha, onde recebem uma

injeo de vapor dgua de alta presso e so rapidamente aquecidos at cerca de 490C. Da

passa ao tambor de coque, onde este se forma. A temperatura no tambor oscila,

normalmente, entre 460 e 490C. Quando o tambor fica cheio, o efluente da fornalha

desviado para outro tambor, para que o primeiro possa ser descarregado e condicionado para

um novo ciclo. O equipamento crtico da unidade a fornalha, pois a carga vai ser aquecida

acima da temperatura de craque amento incipiente e tem-se de evitar a deposio de coque

nas paredes da serpentina. Se a temperatura do leo ultrapassar esta temperatura, estiver no

estado lquido e com uma velocidade linear relativamente baixa, ento, sob a influncia da

temperatura, a camada em escoamento laminar tender a se polimerizar e a depositar coque

na serpentina. Para que isto no ocorra, injeta-se vapor dgua, o que provoca aumento da

turbulncia do escoamento no interior da serpentina evitando a deposio do coque. O coque

amento no se d na fornalha, mas retardado para que ocorra no tambor. Esta a origem

do nome do processo.

Processos catalticos

Craqueamento Cataltico

Conhecido pela sigla FCC (Fluid Catalytic Cracking), o craqueamento cataltico um processo

de refino que visa aumentar a produo de GLP, gasolina e petroqumicos, atravs da

converso de cortes pesados provenientes da destilao, desasfaltao e coqueamento, almde resduos de outros processos e produtos fora de especificao (slop). Paralelamente so


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produzidos, alm do gs combustvel, produtos mais pesados que a gasolina e um resduo de

alto teor de carbono que se deposita na superfcie do catalisador. Os rendimentos de gasolina

e GLP de um FCC so muito maiores que os de qualquer outro processo. Originalmente, os

processos de craqueamento surgiram da necessidade de produo de gasolina com qualidade

e em quantidade suficiente para atender crescente demanda deste combustvel, em face do

crescimento da indstria automobilstica e da demanda provocada pela II

Guerra Mundial. Iniciado com o craqueamento trmico, o processo, mais adiante, evoluiu para

a verso cataltica, em leito fixo, mvel e fluidizado, desenvolvendo-se de maneira notvel esta

ltima concepo at atingir o estgio atual, onde o craqueamento cataltico fluido um

processo de alta rentabilidade, por transformar fraes residuais de baixo valor comercial em

derivados com alto valor agregado.

Uma unidade de FCC composta das seguintes sees: Pr-Aquecimento- semelhana de

outras unidades utiliza permutadores de calor e um forno para levar a temperatura da carga a

um patamar adequado para ingressar na seo de converso.

Reao ou Converso- Onde se passam as reaes do processo, sendo composta de

equipamentos de reao e de regenerao do catalisador, alm do sistema de gs de

combusto.

Fracionamento-Recebe o efluente do reator e o destila em diversos produtos, semelhana da

destilao atmosfrica. Permite o reciclo de fraes recuperadas para o Conversor.

Recuperao de Gases- Processa as fraes convertidas (produtos leves da seo de

Fracionamento) e as fraciona em nafta de craque amento, GLP e gs combustvel. O GLP pode

ainda ser desdobrado em propeno (matria-prima para processos petroqumicos), propano ebutanos.

Tratamentos-Trata o gs combustvel, GLP e nafta de modo a torn-los produtos

comercializveis ou aptos para posterior transformao em outros produtos. Nela, o teor de

enxofre dos produtos acima citados sensivelmente reduzido.

Descrio do Processo

A carga pr-aquecida com correntes quentes que deixam o processo e, opcionalmente, num

forno e encaminhada ao Reator, que consiste num tubular vertical, conhecido como Riser.

Neste ponto, recebe uma grande quantidade de vapor dgua e catalisador a alta temperatura

(730C), o que provoca a instantnea vaporizao do leo e mantm fluidizado o catalisador.

Aqui ocorrem praticamente todas as reaes de craqueamento. No Vaso Separador, tambm

conhecido impropriamente como Reator, podem ocorrer reaes complementares de

craqueamento e onde so separados o catalisador dos gases provenientes do craqueamento.

Esta separao feita por centrifugao em equipamentos.

PROCESSOS DE ACABAMENTO

Hidro processamento


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As unidades de Hidro refino ou Hidro processamento vm se tornando cada vez mais

importantes, pelo cada vez maior rigor da legislao ambiental e pela necessidade de conferir,

certos derivados no alcanados pelas rotas de separao e Converso. O esquema bsico

consiste em reagir hidrocarbonetos com H2na presena de um catalisador a alta temperatura

e presso. Aps o reator, a mistura passa por etapas de fracionamento e recuperao,

inclusive do hidrognio.

Hidrotratamento (HDT)

O hidrotratamento um processo de refino com hidrognio cuja finalidade estabilizar um

determinado corte de petrleo ou eliminar compostos indesejveis dos mesmos. A

estabilizao de fraes de petrleo conseguida por meio da hidrogenao de compostos

reativos presentes, como por exemplo, alquenos e dei-nos (hidro acabamento, HDA). Os

elementos indesejveis removidos por hidrogenao incluem: enxofre (HDS), nitrognio

(HDN), oxignio, halognios e metais. O hidrotratamento pode ser empregado em todos os

cortes de petrleo, tais como gases, nafta, querosene, diesel, gasleos para craque amento,lubrificantes, parafinas, resduos atmosfricos e de vcuo, etc.

Hidrocraqueamento (HCC)

Processo ainda em fase de implantao no Brasil, tambm conhecido como Hidroconverso,

promove craqueamento cataltico da carga ao mesmo tempo em que estabiliza determinados

componentes e remove contaminantes, unindo caractersticas de HDT e FCC. Opera em leito

fixo e utiliza altssimas pressese temperaturas, exigindo equipamentos de porte gigantesco. O

primeiro HCC brasileiro est com sua partida prevista para 2012, na REDUC.

Gerao de Hidrognio

O desenvolvimento da indstria de refino e da petroqumica trouxe consigo novos processos,

onde o hidrognio largamente utilizado. A indstria petroqumica lana mo de hidrognio

em vrios processos, dentre os quais, os mais importantes so a sntese do metanol e da

amnia. As modernas refinarias precisam de hidrognio para processos de

hidroprocessamento. Muitas refinarias produzem uma quantidade de hidrognio suficiente

para pequenas unidades de hidrotratamento, utilizando o gs residual oriundo da operao de

reforma cataltica de nafta. Entretanto, que nem todas as refinarias dispem de reforma

cataltica ou, se dispem , nem sempre o gs produzido suficiente ou adequado para o

consumo, mormente se as unidades de hidroprocessamento so de grande porte. Esta

quantidade suplementar de hidrognio pode ser obtida atravs de dois processos: oxidao

parcial de fraes pesadas, como leo combustvel, ou reforma com vapor de fraes leves

como gs natural, gs combustvel, gs liquefeito e nafta. O processo de oxidao parcial

consiste na queima de hidrocarbonetos pesados por uma corrente de oxignio de alta pureza,

porm, numa vazo cerca de 30 a 40% da relao estequiomtrica ideal.

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