Aula 1 introdução

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Princípios básicos da Indústria 
Baseado em 
Shreve, R.N & Brink Jr., J.A
Indústria Química
Faz o processamento industrial químico de matérias-primas levando à obtenção de produtos com valor comercial agregado. 
O processamento industrial químico, em geral, envolve:
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
Operações Unitárias ou Operações Físicas, como transferência de calor, controle de temperatura, separação.
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
Alcoolise
Alquilação
Aminação por redução
Aromatização
Calcinação
Carboxilação
Caustificação
Combustão
Condensação
Desidratação
Diazotação e acoplamento
Eletrólise
Esterificação
Fermentação
Formação de silicato
Halogenação
Hidrogenação
Isomerização
Neutralização
Nitração
Oxidação
Pirólise
Polimerização
Reações de Friedel-Crafts
Redução
Saponificação
Sulfonação
Troca iônica
Indústria
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.
O projeto e implantação do processo químico 
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 pelo equilíbrio a 14%, o que significa que 86% da carga não reagem e devem ser recirculados. 
O projeto e implantação do processo químico 
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.
O projeto e implantação do processo químico 
2 - Tipo do Processo
Processo contínuo - Opera em altos volumes e baixa variedade de produtos. Seus produtos são indivisíveis e produzidos em fluxo ininterrupto. 
São relacionados a altos investimentos (capital intensivo), com fluxo altamente previsível e tecnologia inflexível. Exs.: refinaria petróleo, processos petroquímicos, fabricação de papel em altos volumes.
O projeto e implantação do processo químico 
 2 - Tipo do Processo
Processo descontínuo (bateladas) – A operação tem períodos em que é repetida, enquanto produz-se um lote. É associada a maior variedade de produtos e menor volume. Ex: polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos.
Tipos de Processos em Manufatura 
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. É tipicamente “sob encomenda”. Geralmente todos os recursos da empresa são voltados para apenas um projeto por vez. Exs.: indústria naval, construção civil, produção de filmes, construção de grandes máquinas.
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Tipos de Processos em Manufatura 
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. Exs. Produção de roupas, de peças e conjuntos. 
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.
Tipos de Processos em Manufatura 
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.
Tipos de Processos em Manufatura 
Produção Contínua
 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.
O projeto e implantação do processo químico 
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.
O projeto e implantação do processo químico 
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, criogenia etc...
O projeto e implantação do processo químico 
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.
O projeto e implantação do processo químico 
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.
O projeto e implantação do processo químico 
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. 
O projeto e implantação do processo químico 
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.
O projeto e implantação do processo químico 
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. 
O projeto e implantação do processo químico 
10. Construção da fábrica
Normalmente, é confiada a empresas especializadas em construção de fábricas.
O projeto e implantação do processo químico 
11. Melhoria contínua e otimização de processos
Uso das ferramentas da qualidade, buscando maior eficiência nos processos.
Fluxogramas
Os fluxogramas são parte fundamental em um projeto, estes apresentam a seqüência coordenada das conversões químicas unitáriase 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.
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): 
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.
Fluxogramas de blocos
Tanque de liquido TL01
Tanque de liquido TL02
Misturador M08
Reator R102
Separador S56
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.
Fluxogramas de blocos
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.
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.
Fluxogramas de processo
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. 
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
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).
Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Este fluxogramas mostram toda a tubulação incluindo a seqüência física de ramificações, redutores, válvulas, equipamentos, instrumentação e controles intertravados. 
São usados para operar o processo de produção. 
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
Permanente 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