PROCESSOS QUÍMICOS PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAISINDUSTRIAIS

Profa. Patrícia Mesquita

Matéria Prima

PRODUTOPRODUTO

PROCESSOPROCESSO

Operações Unitárias

Transformações físicas

Conversões QuímicasConversões Químicas

Conjunto de reações químicas aplicadas ao

processamento industrial

Introdução

CARACTERÍSTICAS DAS CONVERSÕES CARACTERÍSTICAS DAS CONVERSÕES QUÍMICAS PARA A FABRICAÇÃO DE QUÍMICAS PARA A FABRICAÇÃO DE

PRODUTOS QUÍMICOSPRODUTOS QUÍMICOS

� aspectos unitários� numerosas reações químicas individuais� variações químicas

� de energia� de pressão� de tempo de reação� de equilíbrio� de matérias-primas

CARACTERÍSTICAS DAS CONVERSÕES CARACTERÍSTICAS DAS CONVERSÕES QUÍMICAS PARA A FABRICAÇÃO DE QUÍMICAS PARA A FABRICAÇÃO DE

PRODUTOS QUÍMICOSPRODUTOS QUÍMICOS

� dados químicos fundamentais para a viabilização econômica de um processo

� Rendimentos� Conversões� Velocidade (cinética)� Balanços de massa� Balanços de energia

TIPOS DE PROCESSOTIPOS DE PROCESSO

� Contínuos

� Descontínuos (a batelada)

� Semi-contínuos

TIPOS DE PROCESSOTIPOS DE PROCESSO

� Contínuos

� tendência favorável� processos em grande escala� máximo controle� correção automática de afastamentos

TIPOS DE PROCESSOTIPOS DE PROCESSO

� Em bateladas

� produção pequena� razões de segurança (operação com pequenas

quantidades – p.e: explosivos)� cinética ótima para reações lentas� controle mais fácil

TIPOS DE PROCESSOTIPOS DE PROCESSO

� Mudança para o contínuo

� início, mediante operações descontínuas� ampliação do mercado => processamento

contínuo� redução no custo da fabricação, por unidade

de produção => fator da mudança

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� projeto inicial adequado e flexível � Plantas-piloto:

- laboratório -------------------------- escala industrial

- economia de tempo e dinheiro

- equipamento feito com o mesmo material que o da planta industrial

- investigações sobre a melhoria do processo

“cometer erros em pequena escala para fazer lucros em grande escala”

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� Equipamentos

- custo/benefício

- eficiência

- manutenção preventiva e corretiva

- mão-de-obra capacitada

- operação ótima nas condições de processo

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CORROSÃO E MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

- materiais capazes de resistir à corrosão e opor-se aos efeitos de temperaturas e pressões elevadas

- materiais resistentes à corrosão: aço recoberto por borracha, carvão aglutinado por resina e tântalo, para resistir ao ácido clorídrico; aço inoxidável, para resistir à ação do ácido nítrico aquoso e dos ácidos orgânicos, mesmo sob pressão. Diversos polímeros orgânicos, resinas e plásticos tornaram-se materiais importantes para combater a corrosão.

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CORROSÃO E MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO- mais comuns (tijolo, ferro, cimento e madeira)

- mais raros (platina, tântalo e prata)

Fig 1 - Ilustração de diferentes tipos de corrosão: corrosão em tubo, corrosão em válvula, corrosão atmosférica de estátua, corrosão em concreto.

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS� processamento de dados e os instrumentos de

computação estão assumindo a predominância sobre o controle de sistemas de processamento químico complexo na indústria química pesada, na da borracha ou de petróleo.

� ferramentas confiáveis para controlar e manter as condições operacionais desejáveis

� instrumentação indicadora, registradora e controladora das variáveis de processo

� em muitas usinas, as despesas com instrumentos atingem 15% da despesa total da instalação

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS� Informação instantânea (instrumentos indicadores)

− para a temperatura, termômetro de mercúrio e termopares

− para a medição de massa, as balanças convencionais− para a de pressão, os manômetros.

Fig 2 - Ilustração de termopares: indicação de temperatura

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS

� Registros contínuos (registradores)− registrar a temperatura, a pressão, a massa, a

viscosidade, a vazão de fluidos, a percentagem de compostos e muitos outros dados físicos e químicos.

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS

� Automação integral ou controle por computador− instrumentos especiais para a manutenção de uma

certa pressão, ou temperatura, ou pH, ou vazão do material => maior complexidade.

SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, SELEÇÃO DO PROCESSO QUÍMICO, PROJETO E OPERAÇÃOPROJETO E OPERAÇÃO

� CONTROLE E INSTRUMENTAÇÃO DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS

� Controle químico (função tripla): − Análise das matérias-primas afluentes;− Análise dos produtos da reação durante a

manufatura, isto é, controle do processo;− Análise dos produtos acabados efluentes.

ECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOSECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOS

� Escolha dos processos: custos e lucros

� Existem muitos processos técnicos de fabricação, por exemplo, do fenol, dois para o ácido sulfúrico, três para o etanol e muitos para o ácido acético. A escolha de um deles, entre os diversos é uma decisão prática, muitas vezes baseada na experiência e custos.

ECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOSECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOS

� Escolha dos processos: custos e lucros� BALANÇOS DE MASSA

− rendimentos e conversões− materiais e quantidades => fluxogramas

� ENERGIA− conversões químicas => modificações na energia

química− operações unitárias => modificações físicas de

energia ou de posição (fluxo de calor, escoamento de fluidos, separação de fases)

− gastos gerais com energia (p.e., transporte de matérias-primas)

ECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOSECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOS

� Escolha dos processos: custos e lucros� MÃO-DE-OBRA

− controle otimizado− economia de mão-de-obra

� CUSTO GLOBAL− estimativa− composição de balanço de material, custo da matéria-

prima e estimativa da mão-de-obra− Erros comuns: sub-estimativa das despesas gerais,

das despesas de vendas e dos serviços de venda, e do desprezo do significativo capital necessário para financiar as operações, incluindo matérias-primas e os produtos acabados.

ECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOSECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOS� Escolha dos processos: custos e lucros

� AVALIAÇÃO DO MERCADO

− Lançamento do produto

− Pureza e uniformidade do produto (p.e.: técnicas nucleares e produtos farmacêuticos)

� Redução dos subprodutos (redução de custos)

− Estado físico dos produtos (estrutura cristalina, granulação, cor de sólidos e líquidos) => comerciabilidade

ECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOSECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOS

� Escolha dos processos: custos e lucros

� AVALIAÇÃO DO MERCADO

− Armazenamento:� mais econômicos: transporte grosso, reutilizáveis

(carros-tanque, vagões ferroviários, navios-tanque, dutos - para o transporte de petróleo, de ácidos, de salmoura e de muitos outros líquidos)

− Vendas e serviços de venda� previsão econômica� tendências do mercado

LOCALIZAÇÃO DA FÁBRICALOCALIZAÇÃO DA FÁBRICA

� Matérias-primas� Transporte� Mercados� Energia� Água� Disponibilidade de mão-de-obra eficiente� Custo do terreno� Descarte dos rejeitos� Incentivos fiscais

SEGURANÇASEGURANÇA

� prevenção de sinistros� natureza de reagentes e produtos� reações químicas do processo� fogo => precauções para seu impedimento ou combate� proteção dos funcionários (substâncias químicas tóxicas

ou exposição a condições insalubres)� familiaridade com substâncias químicas => descuidos e

falta de cuidado