processos industriais pÓs graduaÇÃo latu senso em quÍmica industrial ms. prof. maurÍcio macedo
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• PROCESSOS INDUSTRIAIS
• PÓS GRADUAÇÃO LATU SENSO EM QUÍMICA INDUSTRIAL
• MS. PROF. MAURÍCIO MACEDO
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Objetivos
• Gerais– Oferecer ao aluno de Pós em Química Industrial
uma noção das especificidades de uma indústria química. Conceituar as principais operações empregadas numa planta química de uma forma unitária e discutir a sua integração num processo químico industrial.
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PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS
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PROCESSO QUÍMICO
A indústria química recebe a (as) matéria (as) prima (as) e gera produtos; a matéria prima pode ser separada em frações (sem sofrer transformação química) ou em outros produtos (sofrendo transformação química).
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PROCESSO QUÍMICO
Processo Processo químicoquímico
MATÉRIAS-MATÉRIAS-PRIMASPRIMAS
MÃO-DE-MÃO-DE-OBRAOBRA
RECURSOSRECURSOS
PRODUTOPRODUTO
RESÍDUOSRESÍDUOS
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Indústria Química• Faz o processamento industrial químico de matérias-primas
levando à obtenção de produtos com valor comercial agregado. • O processamento industrial químico, em geral, envolve:– Processos Unitários ou Conversão Química
• exemplo – obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4)a partir do enxofre:» S + OS + O2 2 SOSO22
» SOSO2 2 + 1/2O+ 1/2O2 2 SOSO33
» Solução aquosa de SOSolução aquosa de SO3 3 HH22SOSO44
– Operações Unitárias ou Operações Físicas, como transferência de calor, controle de temperatura, separação.
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PROCESSO QUÍMICO
MATÉRIAS-PRIMAS:
• SÓLIDOS• LÍQUIDOS• SOLUÇÕES• SUSPENSÕES• GASES
PREPARAÇÃOPREPARAÇÃO
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PROCESSO QUÍMICO
RECURSOS:• UTILIDADES:
• VAPOR• ENERGIA ELÉTRICA• ÁGUA TRATADA• GASES• AR COMPRIMIDO
• OUTROS RECURSOS:• MANUTENÇÃO• INSTRUMENTAÇÃO, ETC.
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PROCESSO QUÍMICO
RESÍDUOS:
• SUB-PRODUTOS• RESÍDUOS POLUENTES:
• RESÍDUOS SÓLIDOS RECICLÁVEIS• RESÍDUOS SÓLIDOS TRATÁVEIS• RESÍDUOS SÓLIDOS INCINERÁVEIS• RESÍDUOS SÓLIDOS PARA ATERROS• EFLUENTES (LÍQUIDOS)• EMISSÕES GASOSAS
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PROCESSO QUÍMICO
O PROCESSO QUÍMICO COMPREENDE VÁRIAS ETAPAS:
•PREPARAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS•REAÇÕES QUÍMICAS•PURIFICAÇÃO DO PRODUTO•EMBALAGEM
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PROCESSO QUÍMICO
ETAPAS:
• CONVERSÕES – REAÇÕES QUÍMICAS
• OPERAÇÕES – TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS
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PROCESSO QUÍMICO
• 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).
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PROCESSO QUÍMICO
Quando a matéria prima não sofre transformação química, para a obtenção de produtos, dizemos que ela foi submetida às OPERAÇÕES UNITÁRIAS; ao contrário, quando a matéria prima sofre transformação química, temos a chamada CONVERSÃO QUÍMICA ou PROCESSO UNITÁRIO.
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PROCESSO QUÍMICO
OPERAÇÕES:• 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
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PROCESSO QUÍMICO
O PROCESSO QUÍMICO INDUSTRIAL é a aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química (quando necessário, apoiadas por outras ciências) para a transformação da(s) matéria(s)-prima(s) em produtos.
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PROCESSO QUÍMICO
PROCESSOS INDUSTRIAIS:
• ORGÂNICOS
• INORGÂNICOS
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PROCESSO QUÍMICO
PROCESSOS ORGÂNICOS:• NITRAÇÃO• SULFONAÇÃO• ALQUILAÇÃO• ESTERIFICAÇÃO• POLIMERIZAÇÃO• FERMENTAÇÃO• AMINAÇÃO• CARBOXILAÇÃO• HIDROGENAÇÃO• OXIDAÇÃO, ETC.
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PROCESSO QUÍMICO
PROCESSOS INORGÂNICOS:• Tratamento de água• Carboquímicos • Petroquímica• Gases combustíveis• Gases industriais• Cerâmica• Cimento• Vidro• Ácidos• Álcalis• Sais• Tintas• Explosivos• Corantes
• Detergentes e sabõesDetergentes e sabões• Perfumes, aromatizantesPerfumes, aromatizantes• AlimentosAlimentos• AgroquímicosAgroquímicos• Óleos, gordurasÓleos, gorduras• Açúcar e amidoAçúcar e amido• FermentaçãoFermentação• Papel e celulosePapel e celulose• Indústria de fósforoIndústria de fósforo• Indústria de potássioIndústria de potássio• Indústria de nitrogênioIndústria de nitrogênio• PlásticosPlásticos• Fibras sintéticasFibras sintéticas• BorrachaBorracha
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QUÍMICA
• Ciência básica• Dados de pesquisas em laboratório aplicação nos
processos químicos• Atenção para os aspectos econômicos dos processos:
rendimentos, conversões, velocidades constantes de equilíbrio, tempos de residência, velocidade de reação.
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RENDIMENTO E CONVERSÃO
100 x Moles do produto principalRENDIMENTO = Moles do produto principal correspondentes à desaparição
completa do reagente mais importante
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RENDIMENTO E CONVERSÃO
100 x Moles do produto principalRENDIMENTO = Moles do produto principal correspondentes à desaparição
completa do reagente mais importante
100 x Moles do produto principal CONVERSÃO = Moles do produto principal correspondentes à carga do
reagente mais importante
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RENDIMENTO E CONVERSÃO
Exemplo:
Síntese da amônia, a 150 atm e 500ºC:Rendimento é maior que 98%Conversão 14%
1/2 N2 + 3/2 H2 NH3
Recirculação – economia do processo – equipamentos necessários
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PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO
Processo Contínuo:Fluxo constante de matérias-primas e de produtos em todos os equipamentos.
Processo Descontínuo (por 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.
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PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO
O processo contínuo exige uma instrumentação de processo mais complexa, que não somente registre, mas também controle as variáveis do processo (temperatura, vazão, pressão...).É necessário controlar os desvios e corrigi-los rapidamente.Controle informatizado do processo.Custos são altos para pequenas produções mas se diluem para grandes produções.
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PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO
O processo descontínuo é utilizado quando o volume de produção é pequeno, quando o custo de produção é mais favorável que o do processo contínuo ou quando condições de segurança são fundamentais.
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FLUXOGRAMAS(FLOW-SHEET)
Seqüência 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.
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FLUXOGRAMAS(FLOW-SHEET)
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FLUXOGRAMAS
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FLUXOGRAMAS
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REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS
Industrialmente, os reatores químicos podem ser de vários formatos, dimensões e materiais, dependendo das condições em que a conversão química se realiza e os reagentes em excesso podem ou não retornar ao processo, formando o reciclo; pode haver catalisador ou não; o catalisador pode estar em leito fixo ou em leito fluido.
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REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS
Por questão de rendimento, geralmente é desejável que, nas reações químicas realizadas em condições industriais, um ou mais reagentes estejam em excesso relativamente às quantidades teóricas previstas pelas equações químicas e os produtos encerrarão alguns dos reagentes não consumidos, ao lado dos compostos formados na reação.
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REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS
As quantidades máximas dos produtos formados serão determinadas pela quantidade do REAGENTE-LIMITE, que é aquele que não se encontra em excesso relativamente a qualquer outro do processo; este reagente serve como base para o cálculo do excesso dos demais.
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REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS
EQUAÇÃO QUÍMICA E ESTEQUIOMETRIAA equação química dá várias informações qualitativas e quantitativas essenciais para o cálculo das massas dos materiais envolvidos em um processo químico, como por exemplo:
C7H16 (v) + 11 O2 (g) 7 CO2 (g) + 8 H2O (v)
1 mol 11 moles 7 moles 8 moles1 mol 11 moles 7 moles 8 moles
A equação química nos fornece, em termos de moles, as razões entre reagentes e produtos, chamadas razões estequiométricas.
A ESTEQUIOMETRIA lida com as massas dos elementos e compostos que se combinam.
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Referências Bibliográficas
• Indústrias de Processos Químicos - Shreve, R. N. 4ª edição,Rio de Janeiro - Guanabara Dois, 1980
• Química Tecnológica - HILSDORF, J. W. et al. 1ª edição, São Paulo – Pioneira,2004