Aulas12e3_PlanodeEnsinoeProcessosQuimicos

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Prof. Oscar R. K. Montedo
UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE
Unidade Acadêmica de Ciências, Engenharias e Tecnologias
Curso Superior de Engenharia de Produção
Disciplina Indústrias Químicas
Plano de Ensino
Introdução aos Processos Químicos
Objetivo 
Promover o aprendizado acerca dos principais processos relacionados 
às indústrias químicas, em especial às da região sul catarinense, 
descrevendo-os e relacionando-os às disciplinas Matemática 
Financeira, Física III, Pesquisa Operacional, Estudo de Tempos e 
Métodos e Controle de Qualidade.
Plano de Ensino
Ementa
Principais processos industriais. Indústria de papel e celulose. Indústria 
petroquímica. Indústria carboquímica. Indústria de tintas e correlatos. 
Indústria alimentícia. Indústria cerâmica. Indústria de alimentos. 
Indústria metalúrgica. Principais equipamentos industriais (moinhos, 
prensas, peneiras, entre outros).
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Conteúdo Programático 
• Conceitos do processamento químico industrial.
• Operações unitárias nas indústrias químicas.
• Classificação dos processos de produção química.
• Tipos de fluxogramas.
• Necessidade de energia nas indústrias químicas.
• Indústrias químicas e o meio ambiente.
• Indústria Petroquímica. Indústria Carboquímica. Indústria
Metalúrgica. Indústria de Tintas e Correlatos. Indústria Cerâmica.
Plano de Ensino
Metodologia
Aulas expositivas
Visitas a indústrias químicas da região
Seminário Interdisciplinar
Recursos utilizados: quadro, aparelho de multimídia e visitas a campo
Plano de Ensino
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Avaliação do Processo Ensino-Aprendizagem
� 1ª Avaliação: Prova escrita individual (10/04)
� 2ª Avaliação: Prova escrita individual (26/06)
Plano de Ensino
Regras:
- A prova deverá ser preenchida a caneta (preta ou azul) para dar direito à revisão. 
- Conterá questões do conteúdo ministrado e questões de recuperação da avaliação 
anterior.
- Evitar rasuras na prova; uso de corretivo e existência de rasuras não dão direito à 
revisão. 
- A interpretação faz parte da prova; portanto, leia o comando com atenção. 
- Não é permitido o uso de telefones celulares durante a prova.
- Se o aproveitamento for inferior a 6,0, então recuperação de conteúdo será feita na 
aula seguinte a da realização da avaliação. Nova avaliação será realizada.
Avaliação do Processo Ensino-Aprendizagem
Plano de Ensino
� 3ª Avaliação: Seminário interdisciplinar (05/07)
- Temas fornecidos com a devida antecedência relacionado a um dos processos 
químicos existentes na região e com enfoque específico nos conteúdos desenvolvidos 
nas disciplinas Indústrias Químicas, Matemática Financeira, Estudo de Tempos e 
Métodos e Controle de Qualidade.
- Trabalho desenvolvido em grupo (máximo 3).
- Critérios: 
• individual (50%): domínio do assunto, conteúdo de informações apresentadas 
relacionadas ao tema, clareza na exposição das ideias e desenvoltura. 
• grupo (50%): atendimento aos itens solicitados.
- Não poderá ser substituído por prova escrita e vice-versa.
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Plano de Ensino
Bibliografia Básica
SHREVE, R. N.; JUNIOR, J.A.B. Indústrias de Processos Químicos. 
4ª ed. Editora: Guanabara, Rio de Janeiro, 1994. 
FOUST, A.S. Princípios das operações unitárias. 2ª ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 1982. 670 p.
WONGTSCHOWSKI, P. Indústria química: riscos e oportunidades.
São Paulo: Edgard Blücher, 1999. 214 p.
CAMPOS, M.M.; TEIXEIRA, H.C.G. Controles típicos de 
equipamentos e processos industriais. São Paulo: Blücher, 2006. 
396 p.
Plano de Ensino
Bibliografia Complementar
HIMMELBLAU, D.M.; RIGGS, J.B. Engenharia química: princípios e
cálculos. 7a. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. 846 p.
McCABE, W.L.; SMITH, J.C.; HARRIOTT, P. Unit operations of
chemical engineering. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 2005. 1139 p.
COUGHANOWR, D.R.; COPPEL, L.B. Análise e controle de
processos. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara, 1978. 474 p.
Anuário da indústria química brasileira, 2003. São Paulo: ABIQUIM,
2003. 301 p.
COHN, P.E. INSTITUTO BRASILEIRO DE PETRÓLEO E GÁS.
Analisadores industriais: no processo, na área de utilidades, na
supervisão da emissão de poluentes e na segurança. Rio de
Janeiro: Interciência, 2006. 788 p.
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Recomendações Importantes
Deveres do Aluno
- Estudar sistemática e frequentemente para aprender e não para “fazer prova”. Se 
necessário, formar grupos de estudo. Identificar dúvidas e discutir com o professor.
- Comparecer às aulas, respeitando os horários e participando ativamente. Se faltar, 
se inteirar do que foi tratado na aula que faltou.
- Realizar as atividades programadas no prazo previsto.
- Respeitar todos: colegas, professores, coordenadores e funcionários.
- Ser ético.
- Manter postura adequada em sala de aula.
Recomendações Importantes
Direitos do Aluno
- Ser respeitado por todos.
- Ter liberdade de expressão, desde que de forma adequada e no momento certo.
- Ser avaliado justamente, de acordo com critérios e formas estabelecidas no Plano 
de Ensino.
- Ter sua avaliação revisada de acordo com resoluções em vigor na UNESC.
- Fazer avaliação em Época Especial de acordo com resoluções em vigor na 
UNESC.
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Recomendações Importantes
Atitudes Exigidas pelo Mercado de Trabalho de um Profissional
- Ética.
- Capaz de assumir riscos.
- Responsabilidade.
- Comprometimento.
- Respeito.
- Pró-atividade.
- Facilmente adaptável.
- Capaz de trabalhar em equipe, porém qualificado para participar do mesmo.
- Ser organizado e disciplinado.
- Ser honesto.
- Ser humilde.
- Ter disposição.
O processamento químico pode ser definido como o processamento
industrial de matérias-primas químicas e outros insumos, que leva à
obtenção de produtos com valor industrial realçado.
Em todas as operações químicas estão intimamente envolvidas operações
físicas, como transferência de calor e controle de temperatura, que são
necessárias para garantir bons rendimentos, indispensáveis nas indústrias
competitivas.
Outro exemplo seria a transferência de massa em forma líquida ou de
sólidos em suspensão, de um lugar para o outro para um reator químico.
Processos Químicos Industriais: Conceitos
PROCESSOINSUMOS PRODUTOS
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Processo 
químico
MATÉRIAS-
PRIMAS
ÁGUA, 
ENERGIA, 
ETC.
EMBALAGENS, 
PEÇAS DE 
REPOSIÇÃO, ETC.
PRODUTO
RESÍDUOS
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Indústria Química
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.
Este processamento industrial químico, em geral, envolve:
� Operações Unitárias ou Operações Físicas
� Processos Unitários ou Conversão Química
Processos Químicos Industriais: Conceitos
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Indústria Química
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Operações Unitárias ou Operações Físicas, podem ser:
Bombeamento de fluidos Destilação
Troca de calor Evaporação 
Transporte de sólidos Absorção de gás
Extração Controle de Calor
Peneiração Processos de separação
Filtração Secagem
Mistura
Indústria Química
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Processos Unitários ou Conversão Química: 
Ex.: Obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4) a partir do enxofre:
S + O2 SO2
SO2 + ½ O2 SO3
SO3 + H2O H2SO4
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Indústria Química
Processos Químicos Industriais: Conceitos
A produção em escala industrial de um produto envolve três fases:
1. Desenvolvimento em laboratório: estudo detalhado das conversõesquímicas
e das condições físicas (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.)
necessárias para sua execução;
2. Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial: equipamentos que
reproduzem o processo planejado - conversão química e operações físicas
necessárias numa escala bem menor que a industrial;
3. Projeto e implantação do processo em escala industrial.
1. Dados Químicos Fundamentais
Processos Químicos Industriais: Conceitos
• Rendimento da reação: quantidade produzida do principal produto em 
relação ao teórico (estequiométrico).
• Conversão da reação: quantidade transformada do principal reagente em 
relação à quantidade alimentada.
Ex: Na síntese da amônia a 150 atm e 500 ºC, o rendimento é frequentemente 
acima de 98%, enquanto a conversão está limitada a cerca de 14%, o que 
significa que 86% da carga não reagem e devem ser recirculados. 
Rendimento 
percentual = 100 x 
Moles do produto principal
Moles do produto principal equivalentes 
ao desaparecimento completo do 
reagente mais importante
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1. Dados Químicos Fundamentais
Processos Químicos Industriais: Conceitos
• Velocidade da reação: rapidez de avanço da reação, catálise, cinética.
• Termodinâmica: troca de energia envolvida na reação química e energia
necessária de fontes externas como calor ou potência.
2. Tipos de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
• Processo Contínuo:
Opera em volumes maiores e variedade ainda menor que a produção em
massa. Geralmente são literalmente contínuos, pois seus produtos são
indivisíveis e produzidos em fluxo ininterrupto. São associados a tecnologias
relativamente inflexíveis, de capital intensivo e fluxo altamente previsível.
Ex.: refinarias de petróleo, petroquímicas, produção de papel em larga escala,
usinas de eletricidade, de tratamento de água.
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2. Tipos de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Produção em massa
Produz bens em altos volumes e com variedade relativamente baixa, em
termos de aspectos fundamentais de produto.
Exemplo típico: montagem final de automóveis – o projeto básico é o mesmo,
mas pode haver grande variedade de opcionais, cores, motorização. Outros
exemplos: fabricação de bebidas, injeção de plásticos em alto volume.
2. Tipos de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
• Processo Descontínuo (batelada):
� Os processos são usados quando a produção é
pequena ou em reações de segurança;
� Exige que se operem pequenas quantidades de cada
vez, como é o caso de explosivos. Esse processo
propicia uma ótima cinética e é frequentemente mais fácil
de ser controlado;
� Cada batelada é um sistema fechado e a massa de
cada batelada é fixa;
� O tempo de reação para todos os elementos do fluido é o mesmo;
� A composição da batelada muda com o respectivo tempo;
� A batelada é uniforme a partir de um determinado tempo devido a eficiente
agitação.
Ex: polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos.
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2. Tipos de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Na indústria química, o processo por batelada é típico de produtos com 
maior valor agregado, com especificações direcionadas a um tipo de cliente 
e menores volumes. 
Ex.: Polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos, de especialidades 
químicas.
2. Tipos de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
• Processo Semi-Contínuo:
São processos onde as partidas (bateladas) do mesmo produto são feitas 
uma após a outra.
ou
onde uma parte do processamento é feito em batelada e a outra parte é feita 
de forma contínua.
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3. Fluxogramas para Representar um Processo Químico
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Servem de base para o projeto e a operação na planta-piloto e na fábrica.
O fluxograma deve conter as operações unitárias, as conversões químicas, o
equipamento utilizado, o balanço de massa e de energia, mão-de-obra e
utilidades.
4. Escolha do Processo Químico, Projeto e Operação
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Esta etapa envolve análise para planejamento e operação eficientes das
plantas-piloto e de produção, projeto e execução da planta piloto, definição
dos equipamentos, materiais de construção, análise de durabilidade e
corrosão no processo, instrumentação e automação do processo, definições
de variáveis como pressões, alto-vácuo, etc...
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5. Controle e Instrumentação dos Processos Químicos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Isto inclui definição da estratégia de controle e monitoração do processo -
automatizado ou manual.
Na maioria dos processos competitivos, a monitoração, controle e operação é,
em sua maioria, automatizada e controlada por computador.
6. Economia do Processo Químico
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Prevê a análise e avaliação dos processos competitivos, avaliação do
investimento, tempo para retorno do investimento, despesas gerais (seguro,
impostos, consultorias), capital (juros e depreciação), fatores de produção,
reparos e manutenção, custos globais.
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7. Avaliação do Mercado – Planejamento de Marketing
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Sugere a avaliação de estatísticas de crescimento de mercado, localização dos
mercados, durabilidade do produto, tipos de embalagens, estratégias de vendas
e serviços pós-venda.
8. Localização da Fábrica
Processos Químicos Industriais: Conceitos
A definição da localização inclui a avaliação das matérias-primas envolvidas,
transporte e mercado, logística de suprimentos e distribuição.
Outros fatores como energia, água, disponibilidade de mão-de-obra, custos de
terreno, descarte dos rejeitos interferem na escolha da localização.
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9. Segurança, Avaliação dos Riscos para Saúde Ocupacional e
Meio Ambiente
Processos Químicos Industriais: Conceitos
No projeto de qualquer processo químico, é fundamental a avaliação e
minimização de impactos ambientais e na saúde e segurança dos operadores.
Existem ferramentas de análise de riscos e todo processo deve estar em
conformidade com a legislação ambiental.
10. Construção da Fábrica
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Normalmente é confiada a empresas especializadas em construção de fábricas,
dados os projetos completos (civil, elétrico, de processo, ambiental, etc.).
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11. Melhoria Contínua e Otimização de Processos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Uso das ferramentas da qualidade, buscando maior eficiência nos processos.
Fluxogramas
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Os fluxogramas são parte fundamental em um projeto.
Apresentam a sequência coordenada das conversões químicas unitárias e das
operações unitárias, expondo assim, os aspectos básicos do processo.
É o mais efetivo meio de comunicar informações sobre um processo industrial.
Indicam pontos de entrada das matérias-primas e da energia necessária e
também os pontos de remoção do produto e dos subprodutos.
Na avaliação global do processo, desde sua concepção inicial até o fluxograma
detalhado para o projeto e operação da planta, é preciso desenhar muitos
fluxogramas.
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Tipos de Fluxogramas
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Os três principais tipos de diagramas usados para descrever os fluxos de 
correntes químicas através de um processo são:
a) Fluxogramas de blocos (Block Flow Diagrams – BFD) 
b) Fluxograma de processo (Process Flow Diagram – PFD) 
c) Fluxograma de tubulação e instrumentação (Pipping and
Instrumentation Diagram – P&ID)
Fluxograma de Blocos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
São úteis na conceitualização de um processo ou de um número de processos
em um grande complexo.
Pouca informação sobre as correntes é fornecida, mas uma clara visão geral do
processo é apresentada.
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Fluxograma de Blocos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Tanque delíquido TL01
Tanque de 
líquido TL02
Misturador 
M08
Reator 
R102
Separador 
S56
Os blocos ou retângulos representam uma operação unitária ou processo
unitário. Os blocos são conectados por linhas retas que representam as
correntes de fluxo do processo entre as unidades. Essas correntes de fluxo
podem ser misturas de líquidos, gases e sólidos fluindo em dutos ou sólidos
sendo transportados em correias transportadoras.
Fluxograma de Blocos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Para fazer fluxogramas de blocos claros e objetivos:
– Operações ou processos unitários tais como misturadores, 
separadores, reatores, colunas de destilação e trocadores de calor são 
usualmente denotados por um bloco simples ou retângulo.
– Grupos de operações unitárias podem ser denotados por um bloco 
simples.
– Correntes de fluxo do processo entrando e saindo dos blocos são 
representadas por linhas retas, que podem ser horizontais ou verticais. 
– A direção do fluxo deve ser claramente indicada por setas. 
– As correntes de fluxo devem ser numeradas em uma ordem lógica. 
– As operações unitárias (i.e. blocos) devem ser rotuladas.
– Quando possível, o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo 
material ocorra da esquerda para a direita, com unidades a montante, à 
esquerda, e unidades a jusante, à direita.
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Fluxograma de Blocos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxograma de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Contém toda informação necessária para os balanços material e energético
completos no processo.
Adicionalmente, informações importantes tais como a pressão das correntes,
tamanhos de equipamentos e principais controles são incluídos.
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Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxograma de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Um fluxograma de processo mostra as relações entre os principais
componentes no sistema.
Ele também tabula os valores projetados para o processo para os componentes
nos diferentes modos de operação, tipicamente mínimo, normal e máximo.
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Fluxograma de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Um fluxograma de processo inclui:
– tubulação do sistema
– símbolos dos principais equipamentos, nomes e números de identificação
– controles e válvulas que afetam a operação do sistema
– interconexões com outros sistemas
– principais rotas de by-pass e recirculação
– taxas do sistema e valores operacionais como temperatura e pressão para
fluxos mínimo, normal e máximo
– composição dos fluidos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
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Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxograma de Processo
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxogramas de Tubulação e Instrumentação
Contém toda informação do processo necessária para a construção da planta.
Estes dados incluem tamanho dos tubos (dimensionamento da tubulação e
localização de toda instrumentação para ambas as correntes de processo e de
utilidades).
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Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxogramas de Tubulação e Instrumentação
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxogramas de Tubulação e Instrumentação
Estes fluxogramas mostram todas as tubulações, incluindo a sequencia física
de ramificações, redutores, válvulas, equipamentos, instrumentação e controles
intertravados.
Estes fluxogramas são usados para operar o processo de produção.
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Processos Químicos Industriais: Conceitos
Fluxogramas de Tubulação e Instrumentação
Um FTI deve incluir: 
• Instrumentação e designações
• Equipamentos mecânicos com nomes e números
• Todas as válvulas e suas identificações
• Processo de tubulações, tamanhos e identificação
• Miscelânea: ventilação, drenagem, amostragem, redutores, aumentadores
• Permanent start-up e flush lines
• Direção dos fluxos
• Referências das interconexões
• Controles de inputs, outputs e intertravamento
• Nível de qualidade
• Sistemas de controle computadorizados
• Identificação dos componentes e subsistemas entregues por outros
• Sequência física dos equipamentos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
O que é indústria química?
Os produtos químicos podem ser agrupados em dois grandes blocos:
� Produtos químicos de uso industrial
� Produtos químicos de uso final
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Produtos químicos
de uso industrial
Produtos inorgânicos
Produtos orgânicos
Resinas e elastômeros
Produtos e preparados químicos 
diversos
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Produtos químicos
de uso industrial
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Tratamento de água
Carboquímicos
Petroquímica
Gases combustíveis
Gases industriais
Cerâmica
Cimento
Vidro
Ácidos
Álcalis
Sais
Explosivos
Corantes
Fibras sintéticas
Detergentes e sabões
Indústria de fósforo
Indústria de potássio
Indústria de nitrogênio
Produtos Inorgânicos
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Produtos químicos
de uso industrial
Processos Químicos Industriais: Conceitos
Produtos Orgânicos
NITRAÇÃO
SULFONAÇÃO
ALQUILAÇÃO
ESTERIFICAÇÃO
POLIMERIZAÇÃO
FERMENTAÇÃO
AMINAÇÃO
CARBOXILAÇÃO
HIDROGENAÇÃO
OXIDAÇÃO, ETC
Produtos químicos
de uso final
Produtos farmacêuticos
Higiene pessoal, perfumaria e 
cosméticos
Adubos e fertilizantes
Defensivos agrícolas
Sabões, detergentes e produtos 
de limpeza
Tintas, esmaltes e vernizes
Outros
Processos Químicos Industriais: Conceitos
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Faturamento Líquido
Faturamento da Indústria Química Brasileira - 2010∗∗∗∗
Ranking da Indústria Química Mundial
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cloro
dióxido de cloro 
São utilizados para oxidar 
detritos e destruir micro-
organismos 
cloreto de ferro
sulfato de alumínio 
Absorvem e precipitam 
a sujeira, eliminando 
cor, gosto e odores 
carvão ativo 
Retém micropoluentes 
e detergentes 
hidróxido 
de sódio 
Neutraliza a acidez da 
água
Exemplo: Tratamento de Água
Fertilizantes químicos 
Repõem elementos, como nitrogênio, fósforo e 
potássio, cálcio, entre outros, retirados 
do solo pela ação de chuvas, ventos, queimadas 
e constantes colheitas.
Exemplo: Agricultura
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Defensivos químicos 
Garantem a qualidade dos 
alimentos, a produtividade e 
evitam a disseminação de doenças.
Exemplo: Agricultura
Medicamentos veterinários
e alimentação animal 
Preservam a saúde, 
evitam epidemias 
e aumentam a produtividade.
Exemplo: Saúde Animal
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Estão presentes na formulação das tintas:
- Resinas acrílicas
- Acetato de polivinila
- Dióxido de titânio
Exemplo: Construção Civil
Hidróxido de cálcio
resinas alquídicas
resinas maléicas
resinas epóxi
resinas acrílicas
poliuretano
nitrocelulose
naftenatos
octoatos
solventes
policloreto de 
vinila (PVC)
plastificantes ftálicos
trióxido de antimônio
polietileno de baixa densidade linear (PEBDL)
polietileno de baixa densidade (PEBD)
polietileno de alta densidade (PEAD)
policloreto de vinila (PVC)
polietileno de alta densidade (PEAD)
resinas poliéster
Vernizes
Argamassa de 
alvenaria
Caixa d’água
Fios e cabos
Tubos e conexões
Exemplo: Construção Civil
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poliuretano
polipropileno (PP)
resina de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)
painel
pneus
borracha de estireno butadieno
negro de carbono
poliamida
baterias ácido sulfúrico
polietileno de alta densidade (PEAD)
para-choques polipropileno (PP)
óleos lubrificantes óleos minerais aditivos
pastilha e lonas para freio resinas fenólicas
Exemplo: Automóveis
resina de acrilonitrila-
butadieno-estireno (ABS) Gabinetes
titanatos
zirconatos
Componentes 
eletrônicos
cloreto de polivinila (PVC)
plastificantes ftálicos
trióxido de antimônio
Fios e cabos
vidro (carbono neutro de sódio +
carbonato de lítio +
hidróxido de sódio +
carbonato de potássio)
carbonato de bário
CinescópioExemplo: Informática
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Foi a indústria química que, com as fibras 
sintéticas, permitiu ao setor têxtil ampliar a 
produção e baratear os preços das roupas. 
A indústria química investe grande parte do seu faturamento em P&D.
Com os plásticos, foram criadas embalagens que 
conservam alimentos e remédios por longos 
períodos, tubos resistentes à corrosão e peças e 
componentes utilizados pelas mais diferentes 
indústrias. 
Inovação