EQM 052 - QUÍMICA DE PROCESSOS INDUSTRIAIS 1
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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
PROCESSO INDUSTRIAL:
• Operações unitárias:
Bombeamento Trocador de calor
Transporte de sólidos
PROCESSO INDUSTRIAL:
• Operações unitárias:
moinhospeneiração filtração
PROCESSO INDUSTRIAL:
• Operações unitárias:
misturador destilaçãoevaporador
PROCESSO INDUSTRIAL:
• Operações unitárias:
absorção Extração liquido-liquidoExtração sólido liquido
secagem
PROCESSO INDUSTRIAL:
• 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
PROCESSO INDUSTRIAL:
• 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
PROCESSO INDUSTRIAL:
PROCESSO INDUSTRIAL:
PROCESSO INDUSTRIAL:
• 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.
PROCESSO INDUSTRIAL:
• MATÉRIA PRIMA:
- Sólidos- Líquidos- Soluções- Suspensões- gases
preparação
PROCESSO INDUSTRIAL:
• Recursos:
utilidades outros
- Vapor- Energia elétrica- Água- Gases- Ar comprimido
- manutenção- Instrumentação- etc
PROCESSO INDUSTRIAL:
• 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
PROCESSO INDUSTRIAL:
• 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
RENDIMENTO E CONVERSÃO:
• 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!!!!
RENDIMENTO E CONVERSÃO:
• 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 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
FLUXOGRAMAS (FLOW-SHEET)
De blocosDe processo
• Traz todos os detalhes para balanços;• Tipos equipamentos;• Controles operacionais importantes;
FLUXOGRAMAS (FLOW-SHEET)
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)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• 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.)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• 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)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• Construção civil:
- 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)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• Construção civil:
-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)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• 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)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• automóveis:
- polipropileno (PP)(para-choques)
- resinas fenólicas(Pastilhas e lona para freios)
- óleos minerais, aditivos(Óleo e lubrificantes)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• informática:
- resina de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)(Gabinetes)
- titanatos, zirconatos(Componentes eletrônicos)
- cloreto de polivinila (PVC), plastificantes ftálicos, trióxido de antimônio
(Fios e cabos)
ALGUNS EXEMPLOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – uso produtos e/ou processos:
• 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!!!!!