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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
Operações Mecânicas
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.
Importância na área Farmacêutica
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.
Importância na área Farmacêutica
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.
Importância na área Farmacêutica
Obtenção misturas homogêneas
Fatores que influenciam a seleção de Equipamentos de Fragmentação Granulares
Tipos de Moinhos
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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
Operações Mecânicas
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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
Operações Mecânicas
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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
Operações de Transferência de Calor
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
Operações de Transferência de Calor
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
(process flow diagram – PFD)
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
(process flow diagram – PFD)
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