Aula 1 - Princípios Básicos - 2013

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Qumica Tecnolgica Orgnica

Aula 1 - Princpios bsicos da Indstria de Processos Qumicos

Prof. Nelson Menegon Junior

A indstria qumica brasileiraest entre as 10 maiores do mundo

Faturamento lquidoIndstria qumica - 2008Tintas, esmaltes e vernizes US$ 3,0Outros US$ 2,8 Produtos qumicos de uso industrial US$ 61,2

Sabes e detergentes US$ 6,3

Total: US$ 122 bilhes

Defensivos agrcolas US$ 7,0

Adubos e fertilizantesUS$ 14,2

Higiene pessoal, perfumaria cosmticos US$ 10,4

Produtos farmacuticos

Ranking da indstria qumica mundialFaturamento lquido - 2007 em US$ bilhesEstados Unidos China 664 388 238 234 143 116

AlemanhaJapo Frana Coria

Reino Unido Itlia9 posio Brasil ndia Espanha

116 106104 92 65

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico1) Importncia da qumica - a cincia bsica sobre que repousam as indstrias de processos qumicos. 2) Funo do engenheiro qumico - aplicar a qumica de um processo particular mediante o uso coordenado de princpios cientficos e de engenharia. Para que esta ao tenha eficincia, necessrio recolher os resultados obtidos pelo qumico, no laboratrio de pesquisa, e introduzi-Ios num processo qumico econmico.

3) Preocupaes do engenheiro qumico - est sempre preocupado com os aspectos econmicos da qumica de um processo, avaliando a eficincia operacional das usinas por meio do rendimento e da converso.

Etapas de Produo da Indstria QumicaA 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.

Dados qumicos fundamentais Rendimentos da reao:Moles do produto principal Rendimento percentual = 100 x Moles do produto principal equivalentes desapario completa do reagente mais importante

Converso na reao:Converso percentual = 100 x

Moles do produto principal Moles do produto principal equivalentes carga do reagente mais importante

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 E CONVERSOExemplo:

Sntese da amnia, a 150 atm e 500C: Rendimento maior que 98% Converso 14% 1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 Recirculao economia do processo equipamentos necessrios

REAES QUMICAS REALIZADAS EM CONDIES INDUSTRIAISEXEMPLO: Uma fbrica de fertilizantes produz superfosfato, tratando fosforita, rocha fosftica contendo fosfato de clcio, com 87 % de pureza, pelo cido sulfrico concentrado. Num ensaio realizado, foram misturados 500 kg de fosfato com 255,1 kg de soluo de cido sulfrico, a 98 %, obtendo-se 280 kg de superfosfato., conforme a equao: Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 2 CaSO4 + CaH4(PO4)2 Pedem-se: a) o reagente-limite; (c. sulfrico). b) o clculo do excesso do outro reagente; ( 9,1%) c) o rendimento (superfosfato em relao ao fosfato de clcio); (85,27%)

PROCESSO QUMICO1) O PROCESSO QUMICO INDUSTRIAL a aplicao dos princpios da qumica e da fsica (quando necessrio, apoiadas por outras cincias para a transformao da(s) matria(s)-prima(s) em produtos. 2) A indstria qumica recebe a (as) matria (as) prima (as) e gera produtos; a matria prima pode ser separada em fraes (sem sofrer transformao qumica) ou em outros produtos (sofrendo transformao qumica). 3) Faz o processamento industrial qumico de matrias-primas levando obteno de produtos com valor comercial agregado.

PROCESSO QUMICOMATRIASPRIMAS

Processo qumicoMO-DEOBRA RECURSOS RESDUOS

PRODUTO

Etapas do Processo Qumico1. PREPARAO DAS MATRIAS-PRIMAS 2. REAES QUMICAS 3. PURIFICAO DO PRODUTO 4. EMBALAGEM

PROCESSO QUMICOMATRIAS-PRIMAS:

SLIDOS LQUIDOS SOLUES SUSPENSES GASES

PREPARAO

PROCESSO QUMICORECURSOS: UTILIDADES: VAPOR ENERGIA ELTRICA GUA TRATADA GASES AR COMPRIMIDO

OUTROS RECURSOS: MANUTENO INSTRUMENTAO, ETC.

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico1. Avaliao do mercado - Planejamento de Marketing Sugere a avaliao de estatsticas de crescimento de mercado, localizao dos mercados, durabilidade do produto, tipos de embalagens (transporte grosso), estratgias de vendas e servios ps-venda (estar atento s sugestes dos clientes e instruo aos fregueses do uso correto dos produtos).

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico2. Economia do processo qumicoCUSTO GLOBAL: o custo do processamento no pode ser obtido em definitivo seno quando a fbrica est em operao; O engenheiro qumico experiente, no entanto, pode estim-Io com propriedade depois de a planta ter sido projetada. Na verdade, pode calcul-Io com bastante exatido, a partir do balano de material, do custo dos equipamentos, do custo da matria prima e da estimativa da mo de obra. A maior parte dos erros uma subestimativa das vendas e dos servios de venda, desprezo do capital para financiar as operaes correntes (matria prima e produtos acabados)

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico3. 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...

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico4) Controle e instrumentao dos processos qumicosUma caracterstica que quase universal na planta qumica moderna a instrumentao indicadora, registradora e controladora das variveis de processo. Em muitas usinas qumicas, as despesas com os instrumentos atinge a 15% da despesa total da instalao. A instrumentao atingiu esta posio eminente graas a expanso dos processos contnuos, ao aumento no custo da mo-de-obra e da superviso e a disponibilidade de todos os tipos de instrumentos e computadores. Os instrumentos servem para registrar temperaturas ou presses e serem utilizados tambm como ferramentas confiveis para controlar e manter as condies operacionais desejveis. A estratgia de controle e monitorao do processo pode ser automatizado ou manual. Na maioria dos processos competitivos, a monitorao, controle e operao em sua, maioria, automatizada e controlada por computador.

Importncia da instrumentaoI. Informao instantnea (instrumentos indicadores), para a temperatura, termmetros de mercrio e termopares; para a medio de massa, as balanas convencionais; para a de presso, os manmetros. 2. Registros contnuos, de instrumentos especiais, para registrar a temperatura, a presso, a massa, a viscosidade, a vazo de fluidos, a percentagem de dixido de carbono e muitos outros dados fsicos e qumicos. 3. Automao integral ou controle por computador das diversas variveis de um sistema de processo qumico. Os instrumentos especiais para a manuteno de uma certa presso, ou temperatura, ou pH, ou vazo do material, so dispositivos complicados, porm necessrios. As reaes sensveis, as disposies novas de equipamentos ou os esquemas de controle excepcionalmente complexos constituem sistemas to complicados que praticamente impossvel ao homem conceber ou calcular o comportamento do processo durante a partida ou depois de ser perturbado em relao a condio de estado permanente. A facilidade com que o computado pode ser programado pelo engenheiro, sua velocidade e exatido na resoluo de equaes diferenciais e a viso que ele fornece sobre a natureza do comportamento do processo so as trs maiores razes do sucesso do computador analgico nas indstrias de processamento.

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico5) Funo do controle qumico anlise das matriasprimas afluentes; anlise dos produtos da reao durante a manufatura, isto , controle do processo e anlise dos produtos acabados efluentes.

O fabricante qumico deve no s conhecer o carter da matria-prima que est comprando, mas tambm estabelecer especificaes estritas de qualidade, para assegurar a presena mnima, ou a ausncia completa, de certas impurezas indesejveis. Por exemplo, a presena de arsnico no cido empregado para hidrolisar o amido ser deletria, mas tem uma importncia menor quando usado na fabricao de adesivos. Por certo, mais de 90% das matrias-primas das indstrias qumicas so, sensivelmente, compradas na base da anlise qumica.

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico6. Economia do processo qumico Os engenheiros devem sempre estar conscientes dos custos e dos lucros. Na verdade, realizam sequentes estimativas de novos projetos, de expanses ou de obsolescncia, e, neste trabalho, impossvel que no tenham a conscincia dos custos, que constituem parcela da sua obra. Devem estar continuamente em dia com os fatores econmicos que podem afetar seus produtos. Um dos objetivos primrios dos esforos do engenheiro deve ser, fornecer o melhor produto, ou os servios mais eficientes, ao menor custo para o empregador ou para o pblico consumidor. Ateno para: 1) processos competitivos (P&D) ; 2) Balano de massa (rendimentos e converses dos processos qumicos); 3) Energia (movimentao de matrias primas, usada na forma de calor de um vapor ou eletricidade ou aquela desprendida ou absorvida nas reaes qumicas) 4) Mo de Obra (processamento contnuo)

O engenheiro no projeto e implantao do processo qumico7. Localizao da fbrica A definio da localizao inclui a avaliao das matriasprimas envolvidas, transporte e mercado, logstica de suprimentos e distr