757406_Introdução aos Processos Químicos industriais

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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