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Introdução aos Processos Químicos industriais Agda Aline Rocha de Oliveira Bibliografia Básica SHREVE, R. Norris, JUNIOR, Joseph A. Brink. Indústrias de Processos Químicos. Editora: Guanabara, Rio de Janeiro, 1994. 4ª. Ed. ABIQUIM - http://www.abiquim.org.br/conteudo.asp?princ=ain&pag=conc Bibliografia Complementar: FELDER, Richard M., ROUSSEAU, Ronald W., Princípios Elementares de Processos Químicos, Editora: LTC, 2005, 3ª. Ed. Referências Bibliográficas O processamento químico pode ser definido como o processamento industrial de matérias-primas químicas, 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 massa. Conceitos de Processos Químicos Industriais Processo químico MATÉRIAS-PRIMAS MÃO-DE-OBRA RECURSOS PRODUTO RESÍDUOS Quando a matéria prima não sofre transformação química, para a obtenção de produtos, dizemos que ela foi submetida às OPERAÇÕES UNITÁRIAS; Quando a matéria prima sofre transformação química, temos a chamada CONVERSÃO QUÍMICA ou PROCESSO UNITÁRIO. Conceitos de Processos Químicos Industriais Principais operações unitárias (físicos) Transporte e armazenamento de fluidos e sólidos Geração e transporte de calor Processos de separação: lixiviação, filtração, cristalização, sublimação Sistemas líquido-sólido: filtros e centrífugas, misturadores, agitadores Sistemas sólido-sólido: peneiração Destilação Principais processos unitários (conversões químicas) Acilação Combustão Halogenação Alcoolise Condensação Hidrogenação Polimerização Alquilação Desidratação Isomerização Reações de Friedel-Crafts Aminação por redução Diazotação e acoplamento Neutralização Redução Aromatização Eletrólise Nitração Saponificação Calcinação Esterificação Oxidação Sulfonação Carboxilação Fermentação Pirólise Troca iônica Caustificação Formação de silicato A produção em escala industrial de um produto envolve três fases: Desenvolvimento em laboratório - estudo detalhado das conversões químicas e das condições físicas (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.) necessárias para sua execução; 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. Projeto e implantação do processo em escala industrial. Tipos de Processos em Manufatura A relação entre volume e variedade determina o tipo de processo Variedade Baixa Alta Baixo Alto Volume Projeto Bateladas Em Massa Contínuo Processos de Projeto São processos que lidam com produtos discretos, bastante customizados. O período para fazer o produto é longo. Não há uma padronização do processo de produção, vai depender do tipo e do projeto de produto encomendado. Exs.: indústria naval, construção civil, produção de filmes, construção de grandes máquinas. Processos em Bateladas (ou Lotes) Variedade e volume intermediários. O tamanho do lote varia de algumas unidades até toneladas de produto por unidade de tempo. É típico de produtos com maior valor agregado, com especificações direcionadas a um tipo de cliente e menores volumes. Exs. Polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos, de especialidades químicas. Produção em Massa Produzem 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. Produção Contínua Opera em volumes maiores e variedade ainda menor que a produção em massa. São associados a tecnologias relativamente inflexíveis, de capital intensivo e fluxo altamente previsível. Exs.: refinarias de petróleo, petroquímicas, produção de papel em larga escala, usinas de eletricidade, de tratamento de água. Apresentam a sequência coordenada das conversões químicas unitárias e das operações unitárias, expondo assim, os aspectos básicos do processo. Indicam pontos de entrada das matérias-primas e da energia necessária e também os pontos de remoção do produto e dos subprodutos. Fluxogramas de Processos Químicos 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 do processo (process flow diagram – PFD) c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação (pipping and instrumentation diagram – P&ID): Tipos de Fluxogramas 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. Fluxogramas de Blocos Tanque de liquido TL01 Tanque de liquido TL02 Misturador M08 Reator R102 Separador S56 Cada bloco ou retângulo representa 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. Um fluxograma de blocos deve conter: Operações e processos unitários tais como misturadores, separadores, reatores, colunas de destilação e trocadores de calor denotados por um bloco simples ou retangulo. Correntes de fluxo do processo entrando e saindo dos blocos representadas por linhas retas horizontais ou verticais. A direção do fluxo deve ser claramente indicada por setas. As correntes de fluxo devem ser numeradas em uma ordem lógica. Quando possível, o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo material ocorra da esquerda para a direita. 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. Fluxogramas de Processos Fluxogramas de processo 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 sistemas e valores operacionais como temperatura e pressão para fluxos mínimo, normal e máximo composição dos fluidos Contém toda informação do processo necessária para a construção da planta. Mostram toda a tubulação incluindo a seqüência física de ramificações, redutores, válvulas, equipamentos, instrumentação e controles intertravados. Estes dados incluem dimensionamento da tubulação e localização de toda instrumentação para ambas as correntes de processo e de utilidades. Fluxogramas de Tubulações e Instrumentação Um FTI deve incluir: Instrumentação e designações Equipamentos mecânicos com nomes e números Todas as válvulas e suas identificações Processo de tubulação, tamanhos e identificação Micelânea: ventilação, drenagem, amostragem, redutores, aumentadores Direção dos fluxos Referencias das interconexões Controles de inputs e outputs Nível de qualidade Sistemas de controle computadorizados Identificação dos componentes e subsistemas entregues por outros Seqüencia física dos equipamentos Processos Químicos Industriais Produtos químicos de uso industrial Produtos inorgânicos Produtos orgânicos Resinas e elastômeros Produtos e preparados químicos diversos Produtos químicos de uso industrial Tratamento de água Carboquímicos Petroquímica Gases combustíveis Gases industriais Cerâmica Cimento Vidro Ácidos Álcalis Sais Tintas Explosivos Corantes Plásticos Fibras sintéticas Borracha Detergentes e sabões Perfumes, aromatizantes Alimentos Agroquímicos Óleos, gorduras Açúcar e amido Fermentação Papel e celulose Indústria de fósforo Indústria de potássio Indústria de nitrogênio Plásticos Fibras sintéticas Borracha Inorgânicos: Produtos químicos de uso industrial 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
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