Processos+Químicos+Industriais+-+Anchieta

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Tecnologia de Processos Químicos
Prof. Ms. Fernanda Palladino
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2o. semestre - 2009
Curso: Engenharia de Produção
Disciplina: Tecnologia de Processos Químicos
Carga horária: 72 horas-aula
 
Objetivos: 
Proporcionar aos estudantes conhecimentos-chave relacionados aos processos da indústria de transformação química
Plano de Ensino
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Ementa
Conceitos do processamento químico industrial.
Operações unitárias nas indústrias químicas.
 Classificação dos processos de produção química. 
Classificação das indústrias químicas e seus segmentos. 
Tipos de fluxogramas. 
Necessidade de energia nas indústrias químicas. 
Processos químicos industriais. Indústrias químicas e o meio ambiente. 
Plano de Ensino
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Conteúdo Programático
 
1. CONCEITOS DO PROCESSAMENTO QUÍMICO INDUSTRIAL
2. OPERAÇÕES UNITÁRIAS NAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS
3. CLASSIFICAÇÃO DE PROCESSOS DE PRODUÇÃO QUÍMICA
3.1 Batelada
3.2 Contínuos
3.3 Semi-contínuos
4. TIPOS DE FLUXOGRAMAS
Plano de Ensino
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5. CLASSIFICAÇÃO DAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS E SEUS SEGMENTOS
5.1 Fabricação de produtos químicos inorgânicos
5.2 Fabricação de produtos químicos orgânicos
5.3 Fabricação de resinas e elastômeros
5.4 Fabricação de fibras artificiais
5.5 Fabricação de defensivos agrícolas e desinfetantes domissanitários 
5.6 Fabricação de sabões, detergentes, produtos de limpeza, cosméticos, produtos de perfumaria de higiene pessoal. 
5.7 Fabricação de tintas, vernizes, esmaltes, lacas e produtos afins 
5.8 Fabricação de produtos e preparados químicos diversos 
5.9 Fabricação de produtos farmoquímicos e farmacêuticos 
 
Plano de Ensino
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6. NECESSIDADES DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS
7. INDÚSTRIAS QUÍMICAS E O MEIO AMBIENTE
	8.1 Impactos ambientais
	8.2 Impactos econômicos
	8.3 Impactos sociais
Plano de Ensino
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8. PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS
7.1 Tratamento de água para uso doméstico e industrial
7.2 Produtos carboquímicos
7.3 Indústrias de cerâmicas
7.4 Indústrias de álcool e derivados
7.5 Indústrias agroquímicas
7.6 Sabões e detergentes
7.7 Indústria petroquímica e
7.8 Refinação do Petróleo
7.9 Indústrias farmacêuticas
7.10 Processos químicos na metalurgia
Plano de Ensino
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As aulas serão teóricas.
As aulas teóricas serão expositivas com exercícios descritivos em classe.
Trabalhos sobre temas específicos preparados pelos alunos.
Método de Ensino
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Serão realizadas duas avaliações no semestre, A1 e A2. As notas destas avaliações serão compostas da seguinte forma:
Prova escrita: Peso 8 (oito)
Exercícios em sala de aula, atividades extra classe e Seminários: Peso 2 (dois)
Nota da A1 ou A2 = Prova Escrita x 0,8 + Nota de Exercícios x 0,2
A nota semestral será resultado da média das duas avaliações, ou seja, (A1 + A2)/2.
Será realizada uma prova substitutiva (P3) para o aluno que não pôde fazer a prova P1 ou P2.
Para a prova P3 será considerado toda a matéria do semestre. No caso do aluno perder as duas primeiras provas, ou seja, P1 e P2, a prova P3 substituirá apenas uma delas.
Caso a média seja menor que 5,0 (cinco), o aluno deverá fazer a prova de recuperação. Na prova de recuperação o aluno será avaliado como suficiente ou insuficiente. Caso seja suficiente receberá a média final igual a 5,0 (cinco).
Método de Avaliação
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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
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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 controle de temperatura, que são necessárias para garantir bons rendimentos que são 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
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
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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:
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Indústria Química
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
Misturação
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Indústria Química
Processos Unitários ou Conversão Química 
exemplo – obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4)a partir do enxofre:
 S + O2 SO2
 SO2 + 1/2O2 SO3
 Solução aquosa de SO3 H2SO4
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Industria Química
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Dados químicos fundamentais
Rendimentos da reação: 
Conversão na reação:
Ex: Na síntese da amônia a 150 atm e 500º. C, 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. 
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Dados químicos fundamentais
Velocidade da reação - rapidez de avanço da reação, catálise, cinética
Termodinâmica - troca de energia envolvidas na reação química e energia necessária de fontes externas como calor ou potência.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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2. Tipo do Processo
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. 
Exs.: refinarias de petróleo, petroquímicas, produção de papel em larga escala, usinas de eletricidade, de tratamento de água.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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 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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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2. Tipo do Processo
Processo descontínuo (bateladas)
– 
Os processos são usados quando a produção é 
	 pequena ou em reações de segurança; 
Exigem que se operem pequenas quantidades de 
	cada vez, como é o caso de explosivos, esse processos 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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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2. Tipo do Processo
Processo descontínuo (bateladas) – 
Na indústria química, 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.
. Ex: polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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2. Tipo do Processo
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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3. Fluxogramas para representar um processo químico :
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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4. Escolha do processo químico, projeto e operação
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...
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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5. Controle e instrumentação dos processos químicos:
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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6. Economia do processo químico:
Prevê a análise e avaliação dos processos competitivos, avaliação dos investimentos, tempo para retorno do investimentos, despesas gerais (seguro, impostos, consultorias), capital (juros e depreciação), fatores de produção, reparos e manutenção, custos globais.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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7.Avaliação do mercado - Planejamento de Marketing:
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. 
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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8. Localização da fábrica:
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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9. Segurança, avaliação dos riscos para saúde ocupacional e meio ambiente:
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 dos riscos e todo processo deve estar em conformidade com a legislação ambiental. 
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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10. Construção da fábrica:
Normalmente, é confiada a empresas especializadas em construção de fábricas.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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11. Melhoria contínua e otimização de processos:
Uso das ferramentas da qualidade, buscando maior eficiência nos processos.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas
Os fluxogramas são parte fundamental em um projeto, estes apresentam a seqüência 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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Tipos de fluxogramas
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): 
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de blocos
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de blocos
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.
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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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 retangulo.
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 rotulados.
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.
Fluxogramas de blocos
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxograma do processo
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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Fluxogramas de processo
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de processo
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. 
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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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
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de processo
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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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).
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Este fluxogramas mostram toda a tubulação
 incluindo a seqüência física de ramificações, redutores, válvulas, equipamentos, instrumentação e controles intertravados. 
Estes fluxogramas são usados para operar o processo de produção. 
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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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 tubulação, tamanhos e identificação
Micelânea: ventilação, drenagem, amostragem, redutores, aumentadores
Permanent start-up and flush lines
Direção dos fluxos
Referencias das interconexões
Controles de inputs, outputs e intertravamento
Nível de qualidade
Sistemas de controle computadorizados
Identificação dos componentes e subsistemas entregues por outros
Seqüencia física dos equipamentos
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
O que é indústria química?
Os produtos químicos podem ser agrupados em dois grandes blocos:
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Produtos químicos
de uso industrial
Produtos inorgânicos
Produtos orgânicos
Resinas e elastômeros
Produtos e preparados químicos diversos
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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:
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Orgânicos
NITRAÇÃO
SULFONAÇÃO
ALQUILAÇÃO
ESTERIFICAÇÃO
POLIMERIZAÇÃO
FERMENTAÇÃO
AMINAÇÃO
CARBOXILAÇÃO
HIDROGENAÇÃO
OXIDAÇÃO, ETC
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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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Total:
US$ 122 bilhões
Faturamento líquido
Indústria química - 2008
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A indústria química brasileira
está entre as 10 maiores do mundo
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Ranking da indústria química mundial
Faturamento líquido - 2007
em US$ bilhões
Estados Unidos
China
Alemanha
Japão
França
Coréia
Reino Unido
Itália
Brasil
Índia
664
388
238
234
143
116
116
106
104
92
Espanha
65
9ª posição
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Onde estão os produtos químicos?
Alguns exemplos:
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Tratamento de água
São utilizados para oxidar detritos e destruir microorganismos 
Absorvem e precipitam 
a sujeira, eliminando 
cor, gosto e odores 
Retém micropoluentes 
e detergentes 
Neutraliza a acidez da água
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Agricultura
Fertilizantes químicos 
Repõem elementos, como nitrogênio, fósforo e potássio, 
cálcio, entre outros, retirados 
do solo pela ação de chuvas,
ventos, queimadas 
e constantes colheitas.
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Agricultura
Defensivos químicos 
Garantem a qualidade dos 
alimentos, a produtividade e 
evitam a disseminação de doenças.
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Saúde animal
Medicamentos veterinários
e alimentação animal 
Preservam a saúde, 
evitam epidemias 
e aumentam a produtividade.
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Construção civil
acetato de polivinila
dióxido de titânio
estão presentes na formulação das tintas – Resinas Acrílicas
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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
Construção civil
Vernizes
Argamassa de Alvenaria
Caixa D’água
Fios e Cabos
Tubos e Conexões
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Automóveis
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
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Informática
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Inovação
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 pesquisa e desenvolvimento. 
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.