parte 2

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
Processos Químicos 
 
Ana Maria Furtado 
ana.furtado.sousa@gmail.com 
Definição de Processo Químico 
É um conjunto de etapas sequenciais, que 
através de mudanças químicas, físicas, 
mecânicas ou térmicas transformam matéria-
prima em produto. 
Matéria Prima Produto 
Processo Químico 
Tipos de Processos 
 Contínuo. 
 Bateladas. 
Processo Contínuo 
 Processo com fluxo constante de matérias-primas e de 
produtos em todos os equipamentos. 
 
 Aplicação: Altos volumes de produção e baixa variedade 
de produtos (custo operacional alto para pequenas 
produções, mas que se diluem com o aumento do 
volume). 
 
 
Processo Contínuo 
 Características: 
• Requer instrumentação de processo rigorosa, que controle 
e corrija automaticamente os desvios 
• Alto investimento. 
• Uniformidade do produto 
Ex.: refinarias, petroquímicos, fabricação de papel. 
 
Máquina Voith - Fabricação 
de papel jornal 
Velocidade: 2000m/min 
Largura: 10m 
 
Gramatura do papel 
jornal: 60g/m2 
 
Fabricação de papel 
cargas, produtos químicos e aditivos 
(FORMULAÇÃO) 
Processo Descontínuo ou em Bateladas 
 Fluxo de matérias-primas, produtos e parâmetros 
de processo (T, P, concentração, troca térmica 
etc.) variam com o tempo. 
 Aplicação: 
• Produção de menor volume. 
• Plantas multipropósitos, que permitem a 
fabricação de diferentes produtos. 
• Produção de produtos perigosos (segurança). 
Processo Descontínuo ou em Bateladas 
 Características: 
 
• Normalmente os equipamentos estão em melhores 
condições de uso, já que sofrem frequentes etapas 
de limpeza e/ou esterilização. 
 
• Processos economicamente viáveis para pequenos 
volumes de produção. 
 
Processo Descontínuo ou em Bateladas 
 Características: 
 
• Processos mais flexíveis a variações de volume 
de venda (número de bateladas pode variar com 
oscilação que o produto tem no mercado). 
 
• Facilita o processo identificação e 
rastreabilidade dos lotes (principalmente 
importante para a indústria farmacêutica e 
alimentícia). 
Processo Descontínuo ou em Bateladas 
Maior Problema: 
Conformidade entre os lotes: Pequenas alterações no 
processo podem produzir diferenças significativas entre os 
lotes. Normalmente, produtos fabricados neste processo 
têm rígidas especificações de processo, de modo a 
minimizar a variações. 
Exemplo: polímeros, fármacos, corantes 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
1. VOLUME DE PRODUÇÃO 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Pequeno Volume favorece 
a escolha do processo em 
batelada. 
• Demanda (sazonal) de 
produto (ex. fertilizante) 
• Oferta sazonal de matéria-
prima. 
 
Grande volume favorece a 
escolha do processo contínuo. 
Plantas de processo contínuo 
são projetadas para volume 
elevado e deve operar o ano 
todo. No caso de sazonalidade 
pode-se, quando aplicável, ter 
um estoque de MP, fabricar 
outro produto ou programar a 
manutenção. 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
2. VERIFICAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Quando a qualidade do 
produto deve ser certificada o 
processo em batelada é o 
preferido (principalmente para 
a indústria farmacêutica e 
alimentícia). 
 
• Se não é possível retrabalhar 
o produto fora de 
especificação, o processo 
deve ser projetado para 
pequenas bateladas. 
• Quando a qualidade do 
produto pode ser verificada 
continuamente ou 
periodicamente e o produto 
fora de especificação pode ser 
“misturado” ou retrabalhado o 
processo em contínuo pode 
ser escolhido. 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
3. FLEXIBILIDADE OPERACIONAL 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Permitem que os equipamentos 
sejam usados em múltiplas 
operações, ou seja, um tanque 
agitado pode ser usado como 
misturador, em seguida como 
reator e também como um 
decantador para separação de 
liquido-líquido 
O uso de um equipamento em 
diferentes operações não é viável 
em processos contínuos. 
 
 Em geral, processos contínuos são 
concebidos para fabricar um restrito 
número de produtos a partir de 
Matéria-prima especificadas. Se 
houver aumento na demanda ou 
restrição de Matéria-prima a planta 
deverá ser adaptada. 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
4. FABRICAÇÃO DE MULTIPLOS PRODUTOS 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Processos em batelada podem 
ser facilmente modificados para 
produção de múltiplos produtos. 
 
Nota: neste tipo de planta é muito 
importante a programação da 
sequencia da produção. 
Não é recomendável. 
Os equipamentos do processo 
contínuo normalmente são 
projetados e otimizados para 
operarem com um condição de 
operação restrita. 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
5. EFICIÊNCIA DO PROCESSO 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Requer estrita programação 
(atendimento ao cliente). 
• Processo não pode ser 
otimizado para TODOS os 
produtos fabricados. 
• Integração energética nem 
sempre é possível (aumento 
no consumo de energia). 
• Reciclo de MP não é tão fácil 
como no processo contínuo. 
Geralmente,  volume de 
produção, + eficiente é o 
processo. Ex. redução na perda 
de energia nos equipamentos 
(bombas, compressores); Reciclo 
de matéria-prima não reagida e 
integração energética são 
praticas comuns e facilmente 
implantadas. 
 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
6. CUSTO DE OPERAÇÃO 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Alto custo de operação devido 
as etapas de limpeza e tempo de 
preparação. 
Para processos comparáveis, o 
custo de operação do processo 
contínuo é menor que o batelada. 
FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA 
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 
7. INCRUSTAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS 
Vantagens/desvantagens do 
Processo BATELADA 
Vantagens/desvantagens do 
Processo CONTÍNUO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Se existir elevada tendência, 
o processo em batelada é o 
recomendável. 
 Projetar unidades em paralelo 
pode ser uma solução para 
este problema, no entanto há 
um aumento no custo capital 
Processo Contínuo Processo em Batelada 
  velocidade de produção, pouco 
trabalho humano. 
 Clara determinação da capacidade 
de produção. 
 Uma rotina para todos os produtos. 
 
 Baixa flexibilidade. 
 Baixo valor agregado. 
 Tempo de Parada: grande impacto. 
 
 Número limitado de produtos. 
 Pequeno número de etapas de 
produção. Tempo de lead time , muito 
trabalho humano. 
 Capacidade de produção não é 
facilmente determinada. 
 Diferentes configurações, rotinas 
complexas. 
 Alta flexibilidade. 
 Alto valor agregado. 
 Tempo de parada: menor 
impacto. 
 Maior número de produtos. 
 Maior numero de etapas de 
produção. 
A representação gráfica: 
Fluxograma 
Definição: 
 
“É uma representação gráfica feita por meio de figuras, letras e 
palavras da estrutura, instalações e sequência de funcionamento 
de um processo”. 
 
“Indica pontos de entrada de matérias-primas e da energia 
necessária e os pontos de retirada dos produtos e subprodutos”. 
 
“São desenhos esquemáticos, sem escala, que mostram todo 
um sistema constituído por vários equipamentos”. 
 
Processo Químico 
FLUXOGRAMA DE PROCESSO 
Importância: 
 Concepção de um projeto. 
 Auxílio no desenvolvimento de balanços de massa e energia e 
operação da planta. 
 Planejamento de recuperação e aproveitamento de energia 
 Treinamento de operadores 
 Gerenciamento da qualidade 
 
 
 
FLUXOGRAMA DE PROCESSO 
Os três principais tipos de fluxogramas usados para 
descrever os processo químicos são: 
 
 Fluxograma ou Diagrama de Blocos 
(block flow diagrams – BFD) 
 Diagrama de Fluxo de Processo 
(process flow diagram – PFD) 
 Diagrama Tubulação e instrumentação 
(pipping and instrumentation diagram – P&ID) 
c
o
m
p
le
x
id
a
d
e
 
1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos 
 Conceito básico do processo (visão geral clara). 
 Útil para representar processo simples. 
 Blocos ou retângulos podem representar um único 
equipamento ou uma etapa completa do processo. 
 Linhas retas representam as correntes de fluxo do 
processo entre as unidades. 
1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos 
 As vazões e composições das correntes podem ser 
descritas junto às linhas de corrente, ou em tabelas 
separadas quando houver muitas informações. 
 Possuem pouca utilização em documentos de engenharia, 
pois não apresentam detalhes importantes do processo. 
 Possuem uma finalidade mais didática. 
1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos 
Recomendações para elaboração de fluxogramas de blocos: 
 
 Operações/processos unitários (misturadores, separadores, 
reatores, colunas de destilação etc.) são usualmente 
denotados por um bloco simples ou retângulo. As 
operações unitárias devem ser rotuladas 
 
 Correntes de fluxo do processo são representadas por 
linhas retas que podem ser horizontais ou verticais. A 
direção do fluxo deve ser indicada por setas 
 
 Quando possível, o diagrama deve ser arrumado de modo 
que o fluxo material ocorra da esquerda para a direita. 
1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos 
Blocos representa vários equipamentos. 
1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos 
28% de oleum: 28% de SO3 e 72% de H2SO4 por peso. 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
 Todos os equipamentos principais do processo são 
representados no diagrama por um “símbolo 
gráfico” especifico. 
 
 Cada equipamento terá um número exclusivo e um 
nome descritivo. 
 
 Todas as correntes do processo serão mostradas e 
identificadas por um número. 
 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
 A descrição das condições do processo e da 
composição química de cada corrente dever ser 
incluída. Estes dados podem ser mostrados 
diretamente no PFD ou incluídos em uma tabela. 
 
 Todas as utilidades fornecidas aos equipamentos 
principais e que desempenham uma função no 
processo devem ser incluídas. 
 
 Malhas de controle básico, ilustrando a estratégia de 
controle usada para operar o processo em condições 
normais de operação, também devem ser mostradas. 
Cada equipamento possui um “símbolo gráfico” específico (podem 
sofrer pequenas variações dependendo da empresa responsável pela 
confecção do PFD). 
 
EXEMPLOS: 
http://www.cadtechcorp.com/products.html 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
 
EXEMPLOS: 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Diagrama de Fluxo de Processo 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Todos os equipamentos principais 
do processo são representados 
por um “símbolo gráfico” 
especifico. 
Cada equipamento tem número 
exclusivo e um nome descritivo. 
Todas as correntes do processo 
serão mostradas e identificadas 
por um número. 
A descrição das condições do 
processo e da composição 
química de cada corrente devem 
ser incluída. Estes dados podem 
ser mostrados diretamente no 
PFD ou incluídos em uma tabela. 
 
From R. Turton and J. A. Shaeiwitz 2008 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Numeração do equipamento 
 
Formato Geral: XX-YZZ A/B 
 
XX: Letras que identificam a classe do 
equipamento. 
C – Compressor ou turbina 
E – Trocador de calor 
H – Aquecedor a chama direta 
P – Bomba 
R – Reator 
T – Torre 
TK – Tanque de armazenagem 
V – Vaso 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Numeração do equipamento 
 
Formato Geral: XX-YZZ A/B 
 
Y: é a área dentro da planta. 
ZZ: é o número de designação de cada item 
dentro da classe de equipamento. 
A/B: identifica unidades paralelas ou unidades 
reserva não mostradas no PFD 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Exemplo: 
Equipamento P-102 A/B 
(Diagrama de fluxo da produção de 
Benzeno) 
 
P-102 A/B: O equipamento é uma bomba 
 
P-102 A/B: Bomba de número 02 na unidade 100, que 
neste exemplo é o processo de fabricação do 
benzeno 
 
P-102 A/B: Indica que existe uma bomba reserva 
instalada, ou seja, há duas bombas idênticas P-102A 
e P-102B. Uma bomba estará em operação enquanto 
a segunda ficará parada. 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Correntes do Processo 
 Identificadas com números inseridos em losangos 
 Setas representam a direção do fluxo. 
 Quando possível, começar da esquerda para a direita. 
 Linhas horizontais são dominantes 
 
0 0 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Informações sobre as correntes do Processo 
 Temperatura, pressão, composição e vazão: no 
próprio fluxograma (adjacente às linhas de corrente) 
ou em uma tabela separada. 
 
NOTA: Tentar manter o fluxograma mais simples 
possível para facilitar a interpretação, no entanto as 
informações críticas à segurança e operação da planta 
NÃO PODEM SER OMITIDAS (T/P do reator, vazões da 
alimentação e produto e T/P que sejam muito superiores 
ao restante do processo) 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Informações sobre as correntes do Processo 
 Temperatura, pressão, composição e vazão: 
 
Exemplo de Tabela 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Informações sobre as correntes do Processo 
Continuação: 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Informações sobre as correntes do Processo 
Exemplo 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Correntes do Processo 
Nota: as correntes das utilidades também são incluídas. 
Ex.: eletricidade, ar comprimido, água de resfriamento, água 
refrigerada, vapor, retorno de condensado, gás inerte, etc. 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Correntes do Processo 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
2) Diagrama de Fluxo de Processo 
Malha de Controle - Básico 
Somente os sistema de controle do reator ou associados ao 
balanço de material podem ser incluídos no PFD. 
Fluxogramas de tubulação e instrumentação 
Contém toda informação do processo necessária para a 
construção e operação da planta. Estes dados incluem 
tamanho dos tubos (dimensionamento da tubulação elocalização de toda instrumentação para ambas as correntes 
de processo e de utilidades), incluindo a sequência física de 
ramificações, redutores, válvulas, equipamentos, 
instrumentação e controles. 
 ISO 10628: Flow Diagrams For Process Plants - General 
Rules. 
 ANSI Y32.11: Graphical Symbols For Process Flow 
Diagrams. 
 SAA AS 1109: Graphical Symbols For Process Flow 
Diagrams For The Food Industry. 
 Petrobras N-58: Símbolos Gráficos para Fluxogramas de 
Processo e de Engenharia. 
 Petrobras N-381 - Execução de Desenho e Outros 
Documentos Técnicos em Geral. 
 Petrobras N-1521 - Identificação de Equipamentos 
Industriais.