Resumo das Palestras de Introdução aos Processos Químicos e Bioquímicos

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RESUMOS DE TODAS AS PALESTRAS DE PQB
OBS: Os textos não estão na ordem em que foram apresentadas as palestras.
PATENTES
PROPRIEDADE INTELECTUAL: Informação passível de reconhecimento de uma pessoa. Ligada ao potencial humano e a idéias que devem ser desenvolvidas para um determinado mercado.
FORMAS DE PROTEGER A PROPRIEDADE INTELECTUAL: Patentes, marcas, desenhos industriais, softwares, novas variedades vegetais, direito autoral, segredo de negócio e circuito integrado.
DEFINIÇÃO: Protege o inventor contra a competição desvantajosa em relação àqueles que não assumiram o risco financeiro inicial, ao mesmo tempo em que cria condições favoráveis para o emprego do capital de risco na transformação de uma invenção em uma inovação (impede que outros copiem seus produtos, protegendo os investimentos).
REQUISITOS BÁSICOS: Novidade, atividade inventiva, aplicação industrial, suficiência descritiva.
INFORMAÇÃO TECNOLÓGICA E PROTEÇÃO DAS INVENÇÕES: Subsidiar pesquisas, reproduzir invenções não patenteadas, conhecer a concorrência. Produtos e processos novos e estratégias para a instituição. Evitar a violação de patentes de terceiros e da própria instituição.
OBS: Seres biológicos não podem ser patenteados, somente os métodos para obter um transgênico podem.
BIOPROCESSOS INDUSTRIAIS
PROCESSO QUÍMICO: Uso de catalisadores específicos (ex: metal). Decorre de reações químicas, caracterizado pela matéria prima, catalisadores não específicos, condições drásticas, menores volumes, não esteriliza.
PROCESSO BIOQUÍMICO: Catalisador biológico (mais limpo e produz resíduos mais fáceis de serem tratados). Decorre de atividade microbiana, catalizadores de alta especificidade, condições brandas, maiores volumes e esterilização. Antes artesanais hoje industriais - recursos de engenharia.
BIOTECNOLOGIA MODERNA: Biologia molecular (engenharia genética) para controle de eficiência e seleção (ex: modificar o microorganismo para atuar em condições mais fáceis de se proporcionar vacinas e medicamentos). Utiliza-se de: Química orgânica (produção de etanol, acetona, polímeros), química inorgânica (corrosão), fármacos (antibióticos e vacinas), energia (etanol, biocombustíveis), alimentos (vitaminas, leite, molhos), agricultura e pecuária, meio ambiente e indústria têxtil.
ETAPAS: Seleção de microorganismos, otimização do meio de cultura, testes em biorreatores, operação em escala piloto e em larga escala, recuperação do produto.
SELEÇÃO DO AGENTE DE FERMENTAÇÃO: Viabilidade, estabilidade, potência (rendimento) inocuidade.
MEIO DE CULTIVO: Tem que ser mais barato, atender a necessidades nutricionais, não permitir produção de substâncias que reajam com o produto de interesse.
MATÉRIA PRIMA: Custo, alto teor de substrato, transporte e estocagem, não ter substâncias tóxicas, sazonalidade. Ex: caldo de cana, mandioca, bagaço de cana, palha de milho, beterraba, suco e polpa de frutas.
FORMAS DE CONDUÇÃO: 
a) Batelada - Todo o alimento do microorganismo de uma vez.
b) Batelada alimentada - Um pouco de cada vez.
c) Processo contínuo - Alimenta e remove o meio fermentado ao mesmo tempo e vazão.
PRODUTOS DE MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL/BIOCATÁLISE: Produtos celulares (enzimas, álcool)/ células (leveduras).
INÓCULOS: Cultura em estoque, suspensão celular, suspensão de microorganismo na concentração adequada a ser usada na fermentação. Inóculo + Matéria prima (Biorreator) -> Produtos -> Separação -> Purificação
DENTRO DO REATOR: Controle das condições ambientais: Nutrientes (amido, glicogênio, celulose), pH, temperatura e teor de oxigênio.
TECNOLOGIA DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
BIOTECNOLOGIA: Transformação conduzida por ser biológico (O microorganismo absorve componentes extracelulares e, com suas enzimas, transforma esses nutrientes em produtos de interesse através de reações catalíticas ou analíticas).
PRODUTOS DA MICROBIOLOGIA: A própria célula (levedura), bioconversões, produtos fabricados pelas células, enzimas (glicose, isomerase), antibióticos (penicilina), produtos químicos (ácido cítrico), álcool, aditivos alimentares (aminoácidos).
 Esterilização
Separação + purificação
 Produto
Cultura de Microorganismos
Biorreator (Ajusta pH e Temperatura)
Pré-tratamento, preparo do meio, esterilização.
BIORREATOR: Fermentação: Fase sólida (biomassa – microorganismos)
			 Fase líquida (mosto – meio de cultura)
Os resíduos também podem ser tratados por microorganismos.
GRUPOS MICROBIANOS: Bactérias, actinomicetos (bactérias filamentosas), leveduras, algas, bolores (são reconhecidos pela forma).
REAÇÕES CATABÓLICAS: Moléculas compostas Moléculas simples (Ex: ATP = ADP + Pi)
REAÇÕES ANABÓLICAS: Moléculas simples Moléculas compostas (Ex: ADP + Pi = ATP)
Em ambas, é necessário ajustar nutrientes, temperatura, pH e oxigênio para cada microorganismo.
PRODUÇÃO DE CERVEJA: Cevada contém amido e levedura não tem enzima para quebrar o amido. Então deixa-se a cevada começar a germinar (malte), porque nessa fase ela mesma produz as enzimas. O malte é moído e vai para uma caldeira com água, para que as enzimas comecem a quebrar o amido. Entra aí a levedura, que transforma a glicose em etanol (fermentação). Adiciona-se um adjunto (arroz, milho, trigo ou xarope de glicose). Depois, é adicionado lúpulo, que dá o gosto amargo. Nos tanques de fermentação é feito o controle de temperatura. Depois a levedura é retirada e a cerveja é filtrada e embalada.
DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS
DIFERENÇAS NOS MEIOS DE CULTIVO DE LEVEDURAS:
Para produção de etanol: Alta concentração de açúcar
Para produção de pão: Alta concentração de CO2
PROCESSOS BIOTECNOLÓGICOS: Lançam mão de organismos vivos, mantém a qualidade correta dos reagentes, atende às condições do agente biológico. Exs: Cerveja, ácido lático, queijo, biocombustíveis (metanol, etanol, biodiesel), iogurte, biopesticidas.
IMPORTÂNCIA: Medicamentos e vacinas, tratamento ambiental (degradação do petróleo), produção de medicamentos via alimentos (leite de cabra transgênico).
INDÚSTRIA QUÍMICA
COMMODITIES: Produtos sem diferenciação alguma, produzidos em larga escala e que podem ser negociados na bolsa de valores. Agrícolas: café; soja. Químicos: amônia, eteno, propeno.
PSEUDO-COMMODITIES: Produtos que sofrem ligeira transformação. Ex: Polietileno.
QUÍMICA FINA: Produtos que tem uma aplicação no produto final. Ex: Corantes, aditivos.
ESPECIALIDADES: Produtos feitos sob medida, com valor agregado muito alto.
FATORES ECONÔMICOS: Matéria prima, mão de obra, energia, combustível (equipamentos funcionarem) e água (gasta-se para trata-la).
FATORES DE DISTRIBUIÇÃO: Transporte, frete, mercado local, nacional e internacional, poder de compra, hábitos regionais, normas de exportação e fabricação e localização.
INSUMOS: Tudo o que entra no processo químico.
Insumos energéticos: Elétrica, derivados do petróleo, água/vapor (transferência de calor), carvão, ar de alta ou baixa pressão (vácuo usado para destilação a vácuo do petróleo).
PRODUTOS: Resultado do processo. Sendo principais ou subprodutos, podem ser utilizados como matéria prima em outros processos. Preço, qualidade, segurança e desempenho: Adaptação de produtos instantâneos para a venda ao consumidor.
MÃO DE OBRA: Especializada (mais difícil de encontrar) ou não especializada.
FORMULAÇÃO E PRODUTOS DE DESEMPENHO
CADEIA PRODUTIVA: Consiste em transformar coisas complexas (como petróleo) em substâncias mais simples.
PROJETO DE PRODUTOS QUÍMICOS: Necessidade IdéiaSeleçãoFabricaçãoProdutos
NOVAS COMPETÊNCIAS: Vendas Marketing, pesquisa, engenharia e produção.
REQUISITOS BÁSICOS DE UM PRODUTO: Preço, desempenho, qualidade, segurança.
 O que adicionar, por que, quanto, quando, como processar, fabricar, embalar e vender. 
Ex: óleo de coco (fonte natural renovável) ácido láurico [hidrogenação] ácido laurítico (graxo) [+ óxido de etileno] álcool lauril éter [sulfatação] lauril éter sulfato de sódio shampoo.
TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
SÉC. XVIII: Latas (apertização – choques térmicos)
SÉC. XIX: Esterilização,pasteurização (tratamento térmico que elimina os microorganismos termossensíveis, é utilizado quando tratamentos químicos mais elevados trazem perda de qualidade significativa, quando o agente microbiano responsável pela alteração do alimento não é muito termo resistente ou quando deseja-se eliminar agente competitivos HTST ou LTLT – cerveja, catchup, papinha), brio, centrífuga.
SÉC. XX: Defumação, desidratação, tratamentos térmicos, conservantes e embalagens melhorados, atmosfera modificada (sem O2), extração de fluidos no ponto supercrítico, conhecimento da composição química dos alimentos e das necessidades nutritivas de cada grupo funcional, controle de perigos físicos (objetos), químicos (substâncias tóxicas) e biológicos (micróbios).
CIÊNCIA DOS ALIMENTOS: Conhecimento das propriedades físicas, químicas e biológicas dos alimentos e dos princípios nutritivos.
TECNOLOGIA DOS ALIMENTOS: Exploração dos princípios nutricionais, aplicação industrial dos conceitos básicos.
NUTRIENTES: Substâncias contidas nos alimentos que o organismo utiliza, transformando ou incorporando aos tecidos para gerar energia, prover materiais para a formação de estruturas e regular o metabolismo.
ALIMENTO: Produto de composição complexa consumido para satisfazer necessidades nutritivas e sensoriais, seja in natura, processado ou cozido.
BIOTECNOLOGIA E PROCESSAMENTO: Impactando na produção de alimentos, fornecerão meios para fazer alimentos mais seguros e que conferem benefícios à saúde. Áreas potenciais: Corantes naturais, alimentos enriquecidos, aroma biológico, transgênico, alimentos funcionais, novas moléculas.
ENGENHEIRO DE ALIMENTOS: Atender às necessidades da empresa no ramo de alimentos. Evitar perdas no faturamento, descontos por má qualidade, perdas de produção por paradas no equipamento, erro no faturamento, consumo excessivo de energia e devolução.
MATERIAIS COMPÓSITOS
COMPÓSITOS: Mistura física de dois materiais, para criar materiais que não existem na natureza. Matriz + Carga ou reforço Novo Material
FIBRAS SINTÉTICAS: 
Orgânicas: polietileno, PEBD, PGAD, UHMW, aramida, Kevlar.
Inorgânicas: Fibras de vidro, boro e carbono.
PROPRIEDADES CONTROLADAS POR: Fração volumétrica, ligação interfacial (essencial, ausência mistura), processo de fabricação, orientação do reforço, tamanho de reforço ou carga, geometria do reforço, propriedades de seus componentes.
BENEFÍCIOS: Baixo peso, alta resistência mecânica, alta rigidez específica, formato versátil, estabilidade dimensional, ampla faixa de combinações.
OBS: A junção de dois ou mais compostos resulta em um compósito com características intermediárias.
MEIO AMBIENTE/CONTROLE DE POLUIÇÃO
Por que tratar esgotos? Remoção de matéria orgânica, sólidos em suspensão, organismos patogênicos, nutrientes. É necessário retirar o que promove o crescimento de algas, pois elas, além de consumirem muito O2, acabando com a vida aquática, quando morrem, depositam-se no fundo, causando diminuição do corpo d’água. 
CONTROLE DE QUALIDADE DA ÁGUA
220L/habitante – 0,1% do esgoto é composto por sólidos tornando a água imprópria (sólidos suspensos dissolvidos, como matéria orgânica, nitratos e fosfatos, organismos patogênicos). É preciso tratar o esgoto para remover a matéria orgânica (evitando falta de O2 na água), os sólidos suspensos (que podem afetar a fotossíntese das algas e sedimentarem-se provocando assoreamento), os microorganismos (que causam doenças) e os nutrientes (N e P).
NÍVEIS DE TRATAMENTO: 
Preliminar: Sólidos grosseiros (grade para reter sólidos, caixa de areia, medidor de vazão).
Primário: Sólidos suspensos (tanques de sedimentação, decantador, espera-se até os sólidos irem sedimentando-se no fundo do tanque para fazer a remoção e a raspagem da superfície).
Secundário: Matéria orgânica (bacias de aeração com microorganismos, formam-se flocos biológicos que sedimentam, parte dos flocos é descartadas e parte recusada). Matéria orgânica + bactérias (oxidação) H2O + CO2 + Bactérias
Terciária: Permite reuso (tratamento dos sólidos e do lodo, digestão anaeróbica e leitos de secagem, desidratação devido à evaporação da água) do lodo seco como fertilizante.
Conama 357: Legislação de efluentes líquidos, a estadual não pode contrariar a federal.
PROBLEMAS ENFRENTADOS: Menor reserva superficial de água doce, demanda crescente de água natural, disponibilidade desigual da água doce no planeta.
IMPACTOS ANTRÓPICOS: Impermeabilização do solo, salinização das águas subterrâneas por super-exploração, poluição hídrica (1L de água suja polui 8L de água limpa). 60% das internações são por consumo de água contaminada.
CONTAMINAÇÃO POR: Efluentes domésticos, efluentes industriais, lixiviação (capacidade que a água enriquecida com CO2 tem de remover ou substituir mais rapidamente os átomos dos minerais, entre os quais nutrientes). Cobertura vegetal evita a lixiviação dos solos urbano e rural contaminado. Precipitações atmosféricas (gasosas e particuladas – chuva ácida) também são agentes contaminantes.
MATERIAIS E CORROSÃO
MATERIAIS: Metais (resistentes mas deformáveis), cerâmicas (combinação de elementos metálicos e não metálicos, composto por minerais argilosos, cimento e vidro, isolantes térmicos e elétricos, resistentes a altas temperaturas), polímeros, semicondutores, compósitos (combinação de materiais), biomateriais, materiais avançados, aço de baixo custo (automóveis).
CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS: O processamento muda, mas não altera a composição.
CLASSIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES BÁSICAS: 
Mecânica (deformação x força aplicada módulo de elasticidade e resistência)
Magnética
Elétrica (campo elétrico, condutividade e consistência elétrica)
Térmica (capacidade calorífica e condutibilidade)
Ótica (radiação eletromagnética e índice de refração)
Corrosão (reatividade sob condições de exposições)
CORROSÃO: Processo espontâneo (ΔG < 0). É preciso controlar a corrosão, mexendo em aspectos da cinética e da termodinâmica. 
CONTROLE DE CORROSÃO: Meio, material e condições operacionais.
NOBRE X POBRE: Relativo, depende do meio em que se encontra. Logo, dependemos de condições operacionais.
FORMAS DE CORROSÃO: 
Uniforme (generalizada, mais fácil de deletar e menores riscos)
Localizada – Pite (a mostra) ou Crévice (escondida)
Corrosão em meio aquoso – Processo eletroquímico.
MECANISMOS DE CORROSÃO: Reação anódina, reação catódica, condução eletrônica e condução eletrolítica.
MÉTODOS PARA EVITAR CORROSÕES: 
Proteção catódica (fornecimento de elétrons para inibir a oxidação do material – oxidação)
Proteção anódina (oxidação)
Adição de inibidores (podem ser: catódicos, anódinos, fílmicos, temporários). Considerar compatibilidade com o meio, condições operacionais e compatibilidade entre os materiais.
POLÍMEROS E RECICLAGEM
POLÍMERO: Formado por unidades químicas repetidas e encadeadas (monômeros ). Os de baixo peso molecular são chamados oligômeros. 
CLASSIFICAÇÃO DE MACROMOLÉCULAS:
Naturais [Orgânicas (proteínas, amido) e Inorgânicas (diamante, grafite)]
Sintéticas [Orgânicas (polietileno, náilon) e Inorgânicas (polissiloxanos)]
HOMOPOLÍMEROS: Monômeros iguais.
COPOLÍMEROS: Monômeros aleatórios alternados em blocos.
CADEIAS: Sem ramificação (cadeia mais ordenada, permitindo a formação de cristais), ramificadas (menos ordenação, menos cristalino, mais permeável, com mais espaço entre as moléculas) e reticuladas (mais resistentes à força sem se romper).
OBS: A altas temperaturas os polímeros amolecem permitindo a conformação (moldados).
OBS2: HDPE (shampoo)/LPDE (soro) – polietileno de baixa/alta densidade
OBS3: Polímeros não são homogêneos (o peso molecular varia entre moléculas), não há muita mudança quando entram ou saem átomos.