Aula 1-ProcessosePanoramaIndustriaQuimica

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS 
DA INDÚSTRIA QUÍMICA 
Profa Patrícia Moreira Lima 
Universidade Federal de São Carlos 
Departamento de Engenharia Química 
109096 - Processos da Indústria Química 
1 
SUMÁRIO 
• Processos da Indústria Química 
Processo Químico 
Indústria Química 
Fluxograma de Processos 
• Panorama da Indústria Química 
Classificação das atividades da indústria 
Estatísticas da indústria química 
 
 
2 
Combustível 
Alumínio 
Plástico ou limpeza 
Açúcar 
PROCESSO QUÍMICO 
Qualquer operação ou conjunto de operações coordenadas que 
causam uma transformação física ou química em uma material 
ou mistura de materiais. 
 
Tintas 
Medicamentos 
OS PROCESSOS QUÍMICOS SÃO DESENVOLVIDOS DENTRO DA 
INDÚSTRIA QUÍMICA 
 
Processo 
Químico 
Processo 
Químico 
Produtos 
Químicos 
Básicos 
Energia 
Ar 
Água 
Energia 
Ar 
Água 
Matéria-prima 
Inorgânica 
Matéria-prima 
Orgânica 
Intermediários Químicos & Produtos Finais 
Outras Indústrias de 
Transformação Consumidores Exportação 
Petróleo & Gás 
Minérios 
Indústria 
Química 
Biomassa 
Fonte: ACC - Guide to the Business of Chemistry - 2002 
INDÚSTRIA QUÍMICA 
6 
 Os produtos químicos podem ser agrupados em 
dois grandes blocos: 
 
INDÚSTRIA QUÍMICA 
Produtos químicos 
 de uso industrial 
Produtos químicos 
de uso final 
INDÚSTRIA QUÍMICA 
ENGLOBA SETORES DE GRANDE IMPORTÂNCIA 
Farmacêuticos 
Metalúrgicos 
Nuclear Petroquímicos 
Produtos 
orgânicos 
Produtos 
inorgânicos 
SHREVE E BRINK JR. EM “INDÚSTRIA DE PROCESSOS QUÍMICOS” 
CLASSIFICA 38 PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS DE 
RELEVÂNCIA: 
• Tratamento de água e proteção do meio ambiente 
• Energia, combustíveis, condicionamento de ar e 
refrigeração 
• Produtos carboquímicos 
• Gases combustíveis 
• Gases industriais 
• Carvão industrial 
• Indústrias de cimento 
• Indústrias de vidro 
• Cloreto de sódio e outros compostos de sódio 
• Indústria do cloro e dos álcalis: barrilha, soda 
cáustica e cloro 
• Indústrias eletroquímicas 
• Indústrias eletrotérmicas 
• Indústrias de fósforo 
• Indústrias de potássio 
• Indústrias do nitrogênio 
• Enxofre e ácido sulfúrico 
• Ácido clorídrico e diversos compostos inorgânicos 
• Indústrias nucleares 
• Explosivos, agentes químicos tóxicos e propelentes 
• Indústrias de produtos fotográficos 
• Indústrias de tintas e correlatos 
• Indústrias de alimentos e co-produtos 
• Indústrias agroquímicas 
• Perfumes, aromatizantes e aditivos alimentares 
• Óleos, gorduras e ceras 
• Sabões e detergentes 
• Indústrias do açúcar e do amido 
• Indústrias de fermentação 
• Derivados químicos da madeira 
• Indústrias de polpa de papel 
• Indústrias de fibras e películas sintéticas 
• Indústrias da borracha 
• Indústrias de plásticos 
• Refinação do petróleo 
• Indústria petroquímica 
• Intermediários, corantes e suas aplicações 
• Indústria farmacêutica 
Transformações químicas ou físicas da matéria 
Englobam as 
conversões químicas e 
bioquímicas 
Englobam todas as 
transformações físicas: 
OPERAÇÕES 
UNITÁRIAS 
PROCESSOS QUÍMICOS 
Evolução biotecnológica com 
aplicação de conhecimentos e 
metodologias provenientes de 
diferentes campos: engenharia 
genética, biologia molecular, 
química, engenharia bioquímica, 
etc. 
BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL E SUA INTERAÇÃO COM OUTROS 
RAMOS DO CONHECIMENTO 
Operações Unitárias 
Ótica do balanço de 
massa e energia 
(PPQ) 
Ótica dos fenômenos 
de transferência 
(FT) 
Análise dos 
equipamentos 
envolvidos 
ANÁLISE DE UM PROCESSO QUÍMICO 
 
O conceito de operações unitárias parte do princípio 
que um processo é uma série coordenada de 
operações, que pode ser separada em unidades 
menores independentes, baseadas em princípios 
físicos e físico-químicos comuns. 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS 
 
Ao decompormos um processo químico complexo para uma 
análise individualizada dos equipamentos envolvidos em cada 
etapa, nos deparamos com uma grande quantidade de 
operações: 
- Transporte de fluidos (bombeamento) 
- Evaporação 
- Cristalização 
- Moagem 
- Destilação 
- Secagem 
- Filtração 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS 
Destilação Evaporação 
Cristalização 
Moagem (moinho de bolas) 
Análise granulométrica 
Britador Sedimentador 
Transporte de líquidos: 
 Bombas 
Transporte de gases: Compressores e sopradores 
São as reações químicas aplicadas ao processamento 
industrial e incluem: 
- A química fundamental de cada reação 
- O equipamento em que ocorre a reação 
A operação de todo processo a um custo 
suficientemente baixo para ser competitivo e 
eficiente e levar a obtenção do lucro. 
CONVERSÕES QUÍMICAS 
Exemplo: Obtenção do ácido fosfórico a partir do minério 
fosfático através de um processo chamado de via úmida. 
Para que a reação aconteça, as matérias primas precisam ser 
trabalhadas para entrarem no reator dentro das características 
técnicas especificadas. 
COMO PODEMOS REPRESENTAR UM PROCESSO QUÍMICO 
COMPLEXO? 
Passo 1: O concentrado fosfático, que além de fluorapatita (portadora de 
fósforo) contém outros minerais que atuam como impurezas, deverá ter o 
teor adequado de P2O4 e ter granulometria conveniente. 
- Operação de concentração por flotação 
- Moagem e classificação 
Fluorapatita: Ca5(PO4)3F 
Apatita: (Ca4(PO4)3(X2), sendo X = F, OH ou Cl 
Passo 2: O Ácido deve estar na concentração desejada e na temperatura 
definida. 
- Operação de concentração ou diluição em água 
- Operação de troca térmica 
Passo 3: As duas matérias primas precisam ser transportadas até o reator 
na dosagem correta, definida pela estequiometria e pela cinética. 
- Mineral sólido: correias e elevadores de caneca 
- H2SO4: Operação de bombeamento 
Passo 4: Decorrida a reação tem-se o ácido, o sulfato de cálcio e outras 
substâncias que precisam ser separadas. 
- Operação de filtração a vácuo 
- Torta do filtro: formada pela fase sólida 
- Filtrado: H3PO4 diluído 
Passo 5: Como se pretende ter um produto com alto valor agregado, o 
ácido deverá ser concentrado. 
 
- Operação de evaporação 
Flotação Moinho 
Reator Filtro 
Evaporador 
Rocha 
Água 
H2SO4 
H3PO4 
Água 
Ácido fosfórico 
concentrado 
Concentrado fosfático 
Gás fluorídrico 
Rejeito de 
sulfato 
de cálcio 
DIAGRAMA DE BLOCOS 
PRODUÇÃO DE FERTILIZANTES 
 
RESFRIADOR 
SILO 
GRANULADOR 
SECADOR 
MOINHO 
PENEIRA 
Ar 
Ar 
Combustível 
Amônia 
Ácido 
fosfórico 
PRÉ-
REATOR 
Produto 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 Processos químicos são representados por um desenho 
esquemático chamado de fluxograma ou diagrama 
de fluxo do processo. 
 Estes diagramas indicam a lógica do processo. 
 Na fase de projeto de um processo, vários diagramas de 
fluxo são feitos para ilustrar as alternativas. 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 Os 3 principais tipos de fluxograma são: 
 BFD (Block flow diagram): diagrama de blocos 
 PFD (Process flow diagram): diagrama de processo 
 P&ID (Piping and instrumentation diagram): diagrama de 
instrumentação e tubulação. 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 BFD (Diagrama de blocos) 
 Representam as principais seções de processamento em 
blocos. 
 Este nível de detalhe ajuda a sumarizar as principais 
unidades do processo, e é muito utilizada nas fases iniciais 
de um projeto, quando várias alternativas do processoestão em consideração. 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 BFD 
 Diagrama de blocos do processo de produção de cloreto de vinila 
(C
2
H
3
Cl) 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 PFD (Diagrama de fluxo do processo) 
 Mostra uma visão mais detalhada do processo. 
 Indicam as maiores unidades de processamento (incluindo 
trocadores de calor, bombas e compressores), informações de 
correntes e as principais malhas de controle. 
 São construídos geralmente utilizando-se simuladores de 
processo. Adicionalmente, PFDs com maiores detalhes podem 
ser construídos usando o AUTOCAD, VISIO, Dia, etc. 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
PFD 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
PFD 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
VÁLVULA 
VÁLVULA DE 
CONTROLE 
CONTROLE DE 
PRESSÃO 
CONTROLE DE 
NÍVEL 
CONTROLE DE 
VAZÃO 
ROTÂMETRO 
CONTROLE DE 
TEMPERATURA 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
31 
MISTURADOR 
DIVISOR 
(SPLITTER) 
TURBINA 
COMPRESSOR 
BOMBA 
AQUECEDOR 
AGITADOR 
CONDENSADOR 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
32 
Coluna com Recheio 
Tambor de 
Flash 
Separador de fases 
Separador gás-líquido 
Coluna de 
Destilação 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
33 
Reator Contínuo 
Agitado e Encamisado 
Reator Multitubular 
Reator de Leito Fixo Vertical 
(um e múltiplos leitos) 
Filtro 
Ciclone 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
34 
 Fornalha 
(Furnace) 
Trocador de Calor 
(casco e tubo) 
Caldeira 
 (Boiler) 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
P&ID 
 Este é o tipo de documento transmitido dos 
engenheiros de projeto aos engenheiros responsáveis 
pela construção da planta. 
 Usado para startup, operação do processo e 
treinamento de operadores. 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
P&ID 
 Tem um grande número de informações que não aparecem do 
PFD: 
 Localização e tipo de todos os instrumentos de medida 
e controle 
 Posicionamento de todas as válvulas 
 O tamanho e material de construção das tubulações 
 Como consequência, tem-se um número grande de P&ID para 
um processo que é representado por um simples PFD. 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 
P&ID 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
P&ID 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
• Outros tipos de fluxograma... 
Planta 3D 
 
FLUXOGRAMAS DE PROCESSO 
 Outros tipos de fluxograma... 
Planta 3D 
SUMÁRIO 
• Processos da Indústria Química 
Processo Químico 
Indústria Química 
Fluxograma de Processos 
• Panorama da Indústria Química 
Classificação das atividades da indústria 
Estatísticas da indústria química 
 
 
41 
CLASSIFICAÇÃO DAS ATIVIDADES 
 DA INDÚSTRIA QUÍMICA 
 
42 
A classificação da indústria química e de seus segmentos já foi 
motivo de muitas divergências, o que dificultava a comparação e análise dos 
dados estatísticos referentes ao setor. 
 
• Em algumas ocasiões, indústrias independentes, como a do 
refino do petróleo, por exemplo, eram confundidas com a 
indústria química propriamente dita. 
 
• Em outras, segmentos tipicamente químicos, como os de 
resinas termoplásticas e de borracha sintética, não eram 
incluídos nas análises setoriais. 
 
 
CLASSIFICAÇÃO DAS ATIVIDADES 
 DA INDÚSTRIA QUÍMICA 
• ONU 
• Nova classificação internacional para a 
indústria química, incluindo-a na Revisão n° 3 
da ISIC (International Standard Industry 
Classification) e mais recentemente na 
Revisão n° 4 , 2008. 
• Brasil: 
• IBGE definiu, com base nos critérios 
aprovados pela ONU, uma nova Classificação 
Nacional de Atividades Econômicas (CNAE). 
Em 2006, o IBGE redefiniu toda a estrutura da 
CNAE, adaptando-a à revisão nº 4 da ISIC. 
 
43 
https://unstats.un.org/unsd/publication/seriesM/seriesm_4rev4e.pdf 
IBGE – CNAE – SEÇÃO C – INDÚSTRIA DE TRANSFORMAÇÃO 
44 
https://cnae.ibge.gov.br/?view=secao&tipo=cnae&versaosubclasse=9&versaoclasse=7&secao=C 
IBGE – CNAE – SEÇÃO C – INDÚSTRIA DE TRANSFORMAÇÃO 
45 
 
20 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS 
20.1 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS INORGÂNICOS 
20.11-8 Fabricação de cloro e álcalis 
20.12-6 Fabricação de intermediários para fertilizantes 
20.13-4 Fabricação de adubos e fertilizantes 
20.14-2 Fabricação de gases industriais 
20.19-3 Fabricação de produtos químicos inorgânicos não especificados anteriormente 
20.2 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS ORGÂNICOS 
20.21-5 Fabricação de produtos petroquímicos básicos 
20.22-3 Fabricação de intermediários para plastificantes, resinas e fibras 
20.29-1 Fabricação de produtos químicos orgânicos não especificados anteriormente 
20.3 FABRICAÇÃO DE RESINAS E ELASTÔMEROS 
20.31-2 Fabricação de resinas termoplásticas 
20.32-1 Fabricação de resinas termofixas 
20.33-9 Fabricação de elastômeros 
20.4 FABRICAÇÃO DE FIBRAS ARTIFICIAIS E SINTÉTICAS 
20.40-1 Fabricação de fibras artificiais e sintéticas 
20.5 FABRICAÇÃO DE DEFENSIVOS AGRÍCOLAS E DESINFESTANTES 
DOMISSANITÁRIOS 
20.51-7 Fabricação de defensivos agrícolas 
20.52-5 Fabricação de desinfetantes domissanitários 
 
 
IBGE – CNAE – SEÇÃO C – INDÚSTRIA DE TRANSFORMAÇÃO 
46 
20.6 FABRICAÇÃO DE SABÕES, DETERGENTES, PRODUTOS DE LIMPEZA, COSMÉTICOS, 
PRODUTOS DE PERFUMARIA E DE HIGIENE PESSOAL 
20.61-4 Fabricação de sabões e detergentes sintéticos 
20.62-2 Fabricação de produtos de limpeza e polimento 
20.63-1 Fabricação de cosméticos, produtos de perfumaria e de higiene pessoal 
20.7 FABRICAÇÃO DE TINTAS, VERNIZES, ESMALTES, LACAS E PRODUTOS AFINS 
20.71-1 Fabricação de tintas, vernizes, esmaltes e lacas 
20.72-0 Fabricação de tintas de impressão 
20.73-8 Fabricação de impermeabilizantes, solventes e produtos afins 
20.9 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS E PREPARADOS QUÍMICOS DIVERSOS 
20.91-6 Fabricação de adesivos e selantes 
20.92-4 Fabricação de explosivos 
20.93-2 Fabricação de aditivos de uso industrial 
20.94-1 Fabricação de catalisadores 
20.99-1 Fabricação de produtos químicos não especificados anteriormente 
 
21 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS FARMOQUÍMICOS E FARMACÊUTICOS 
21.1 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS FARMOQUÍMICOS 
21.10-6 Fabricação de produtos farmoquímicos 
21.2 FABRICAÇÃO DE PRODUTOS FARMACÊUTICOS 
21.21-1 Fabricação de medicamentos para uso humano 
21.22-0 Fabricação de medicamentos para uso veterinário 
21.23-8 Fabricação de preparações farmacêuticas 
 
Extração e refino do petróleo (indústria do petróleo) não estão incluídos! 
ABIQUIM – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA QUÍMICA 
A Associação Brasileira da Indústria Química (ABIQUIM) acompanha 
estatisticamente, com algumas exceções, o segmento de produtos químicos de 
uso industrial, que abrange aproximadamente 3 mil produtos, usados no âmbito 
de outros setores industriais ou da própria indústria química, fabricados por 
cerca de 800 empresas. 
 47 
https://www.abiquim.org.br/ 
ÂMBITO DA INDÚSTRIA QUÍMICA 
48 
49 
50 
51 
52 
Fonte: Abiquim (2018) 
EVOLUÇÃO DO FATURAMENTO LÍQUIDO 
1995 A 2018 
53 
Fonte: Abiquim (2018) 
54 
55 
Fonte: Abiquim (2018) 
56 
Fonte: Abiquim (2018) 
EXPORTAÇÕES – POR SETOR (2017) 
 
57 
IMPORTAÇÕES – POR SETOR (2017) 
58 
FATURAMENTO LÍQUIDO – 2016 
INDÚSTRIA QUÍMICA MUNDIAL 
 
59 
FATURAMENTO LÍQUIDO – 2017 
INDÚSTRIA QUÍMICA MUNDIAL 
 
60 
https://www.abiquim.org.br/industriaQuimica 
FATURAMENTO LÍQUIDO POR GRUPOS DE PRODUTOS – 2018 
61 
Fonte: Abiquim (2018) 
DISTRIBUIÇÃO DAS PLANTAS 
62 
INVESTIMENTOS REALIZADOS E PROGRAMADOS (EM US$ BILHÕES) 
1995 A 202263 
E O QUE MOVERÁ A INDÚSTRIA QUÍMICA NO FUTURO? 
Mercado 
Evolução 
tecnológica 
Competição 
The future of the chemicals industry: A capabilities perspective 
https://www.youtube.com/watch?v=wqJWyAdiqJ8 
REFERÊNCIAS 
 ABIQUIM. O desempenho da Indústria Química Brasileira, 2018. 
 Felder, R. M., Rosseau, R. W. Princípios Elementares dos Processos Químicos, Ed. LTC, 3ª ed., 2005. 
 Himmelblau, D. M., Riggs, J. B. Engenharia Química – Princípios e Cálculos, Ed. LTC, 7ª ed., 2006. 
 Badino Junior, A. C., Cruz, A. J. G. Balanços de Massa e Energia – Um texto básico para análise de processos químicos. EdUFSCar, 2010. 
 Seider, W. D., Seader, J.D., Lewin, D. R. Product & Process Design Principles – Synthesis, analysis and evalutation. Ed. Wiley, 2ª ed., 2009. 
 Silla, H. Chemical Process Engineering. Ed.Marcel Dekker, 2003. 
 
 
• The future of the chemicals industry: A capabilities perspective 
 
• https://www.youtube.com/watch?v=wqJWyAdiqJ8 
 
• Um outro futuro é possível: perspectivas para o setor químico no Brasil 
• http://conteudodemarca.valor.com.br/deloitte/materias/industria-quimica-apresenta-propostas-para-alavancar-seu-crescimento/ 
• https://www.abiquim.org.br/uploads/guias_estudos/Um_outro_futuro_e_poss%C3%ADvel.pdf 
 
• https://www.youtube.com/watch?v=c2uPuGC0SkE 
 
 
 
65