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Manual de Curso de licenciatura em Ensino de Química Química Técnica Q0077 A Química Transformadora Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino `a Distância Direitos de autor (copyright) Este manual é propriedade da Universidade Católica de Moçambique, Centro de Ensino `a Distância (CED) e contêm reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste manual, no seu todo ou em partes, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (electrónicos, mecânico, gravação, fotocópia ou outros), sem permissão expressa de entidade editora (Universidade Católica de Moçambique - Centro de Ensino `a Distância). O não cumprimento desta advertência é passível a processos judiciais. Elaborado Por Carlos Alberto Morais Licenciado em Ensino de Química pela Universidade Pedagógica - Delegação da Beira. Responsável Pelo Laboratório de Inspecção do Pescado de Sofala Colaborador e Docente do Centro de Ensino à Distância Universidade Católica de Moçambique. Universidade Católica de Moçambique Centro de Ensino `a Distância-CED Rua Correira de Brito No 613-Ponta-Gêa Moçambique-Beira Telefone: 23 32 64 05 Cel: 82 50 18 44 0 Fax:23 32 64 06 E-mail:ced@ucm.ac.mz Website: www..ucm.ac.mz Agradecimentos A Universidade Católica de Moçambique - Centro de Ensino `a Distância e o autor do presente manual, dr. Carlos Alberto Morais, agradecem a colaboração dos seguintes indivíduos e instituições na elaboração deste manual. Pela contribuição do conteúdo. dr. Sérgio D. Artur, Coordenador & docente de Cursos de Química e Biologia & dr. Osvaldo Jorge Brito Rupias, Assistente Coordenador do curso de Química. Ilustração e maquetização dr. Carlos Alberto Morais docente de Cursos de Química e Biologia do CED-UCM & dr. Sérgio D. Artur, Coordenador & docente de Cursos de Química e Biologia no CED-UCM Pela revisão linguística dr. Carlos Alberto Morais docente de Cursos de Química e Biologia do CED-UCM & dr. Osvaldo Jorge Brito Rupias. Química Técnica. A Química Transformadora i Índice Visão geral 1 Bem-vindo a Química Técnica .................................................................................. 1 A Química Técnica é uma ciência que se ocupa com o processo de investigação de Leis, Normas e Princípios que regem a transformação das substâncias . ............................................................................................................... 1 Objectivos da cadeira ................................................................................................. 1 Quem deveria estudar esta cadeira .......................................................................... 1 Como está estruturado este módulo ......................................................................... 1 Ícones de actividade ................................................................................................... 2 Acerca dos ícones 3 Habilidades de estudo ................................................................................................ 3 Precisa de apoio? ....................................................................................................... 3 Tarefas (avaliação e auto-avaliação)........................................................................ 4 Avaliação ..................................................................................................................... 4 Unidade no. 01- Q0072 7 Tema: INTRODUÇÃO DA CADEIRA ....................................................................... 7 Introdução 7 1.1. Conceito ............................................................................................................... 7 1.2.Objecto de estudo ................................................................................................ 7 1.3.Importância e tarefas ........................................................................................... 7 Exercícios .................................................................................................................. 10 Unidade no 2. Q0072 11 Tema: TECNOLOGIA QUIMICA ............................................................................. 11 Introdução 11 2.1. Conceito ............................................................................................................. 11 2.1.Conceito .............................................................................................................. 11 2.2. Origens da Tecnologia ...................................................................................... 12 Exercícios .................................................................................................................. 15 Unidade no.3-Q0072 17 Tema: INDUSTRIA QUÍMICA ................................................................................. 17 Introdução 17 3.1. Conceito ............................................................................................................. 17 3.1. Conceito ............................................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Economia Industrial 19 3.1.2 Industria Química como Transformadora da Matéria-prima 19 Química Técnica. A Química Transformadora ii 3.2. Matéria-prima..................................................................................................... 19 3.3. Processo Químico Tecnológico ....................................................................... 20 Exercícios .................................................................................................................. 22 Unidade no. 4-Q0072 23 Tema: MEIOS DE COMUNICAÇÃO E TRANSPORTE ........................................... 23 Introdução .................................................................................................................. 23 4.1. Conceito de meios de comunicação ............................................................... 23 4.2. Conceito de transporte ..................................................................................... 24 4.3. Tipos de transporte ........................................................................................... 24 4.4. Industria Química e Transporte e Comunicação............................................ 25 4.5 As cidades e as Fábricas na Revolução Industrial ......................................... 26 4.6 Os grandes avanços tecnológicos da Revolução Industrial .......................... 27 Exercícios .................................................................................................................. 29 Unidade no.5-Q0072 31 Tema: O TRABALHO ............................................................................................... 31 Introdução 31 Ao completar esta unidade você será capaz de: 31 5.1. Conceito ............................................................................................................. 31 A 5.1.Conceito............................................................. Error! Bookmark not defined. 5.2.Divisão do trabalho ............................................................................................ 32 5.3.Tipos de Trabalho .............................................................................................. 32 5.4.Métodos de trabalho .......................................................................................... 32 6.4.1. Método de Trabalho Contínuo 32 5.4.2. Método de Trabalho Descontínuo 33 5.5. Princípios de trabalho ....................................................................................... 33 5.5.1. Princípio de contra corrente 33 5.5.3. Princípio de turbilhão 34 5.5.4. Princípio regenerativo 35 Unidade no. 6 - Q0077 37 TEMA: REACTORES 37 Introdução 37 6.1. Conceito .............................................................................................................37 6.1.Conceito ................................................................ Error! Bookmark not defined. 6.2. Classificação dos Reactores ............................................................................ 38 6.2.1.Reactor descontínuo ou de partida 38 6.2.2.Reactor Contínuo: 39 6.2.3.Reactor Tubular 39 6.2.4. Reactor Semi-contínuo ou Semi-Descontínuo 40 Química Técnica. A Química Transformadora iii 6.3. Baterias de Reactores ...................................................................................... 40 6.3.1. Bactérias de Reactores Contínuos 41 6.3.2.Principio de Projecto de Reactores 41 6.3.4. Equações 42 6.3. 4.1. Equação de balanço massiço material 42 6.3.4.2. Equação de balanço massiço energético p/ volume 43 6.3.4.3. Equação Cinética 43 Exercícios .................................................................................................................. 43 Unidade no.7-Q0077 44 Tema: PRINCÍPIOS TECNOLÓGICOS .................................................................... 44 Introdução 44 7.1. Conceito ............................................................................................................. 44 7.1. Conceito ............................................................... Error! Bookmark not defined. 7.2. Processos/operações físicos – químicos ........................................................ 45 7.2.1. Fenómenos físicos 45 7.2.2. Fenómeno químico 45 7.2.3. Tipos de operações Físicas 46 7.2.3.1.Filtração 46 7.2.3.2.Dissolução 46 7.2.3.3. Moagem 46 7.2.3.4.Trituração 46 7.2.3.5. Fusão 46 7.2.3.6. Britagem 46 7.2.3.7. Divisão 46 7.2.3.8. Decantação 47 7.2.3.9. Lavagem 47 7.2.3.10. Vaporização 47 7.2.4. Tipo de operação físico-químico 47 7.2.4.1. Destilação 47 7.2.4.2. Extracção 47 7.2.4.2.1. Descontinua 47 7.2.4.2.2. Continua 47 7.2.4.2.3. Electrólise de Solucao Aquosa 48 7.2.4.3. Adsorção 48 7.2.4.3.1. Física 48 7.2.4.3.2. Química 48 7.2.5. Reacções Químicas com Base nos Processos Químicos-tecnicos Típicos 49 7.2.5.1. Insecticida Inorgânicos 49 Química Técnica. A Química Transformadora iv 7.2.5.2. Aditivo alimentar (Sacarina) 49 7.2.5.3. Fabricação de Detergente 49 7.3. Outras operações fundamentais no Tratamento da Matéria-Prima ............. 49 7.3.1. Técnica de Produção 50 7.3.2. Métodos de Transmissão de calor no Processo de Produção Industrial 51 Exercícios .................................................................................................................. 52 Unidade no.8-Q0072 54 Tema: CARVÃO........................................................................................................ 54 Introdução 54 8.1. Conceito ............................................................................................................. 54 8.2. Métodos para determinação da composição ................................................. 54 8.2.1. Análise elementar 54 8.2.2. Análise aproximada 55 8.3. Classificação ...................................................................................................... 55 8.3.1. Carvões artificiais 55 8.3.1.1. Carvão Vegetal 55 8.3.1.2. Coque 56 Processo de produção ............................................................................................. 56 8.3.1.3. Carvão das retortas 58 8.3.1.4. Carvão mineral 58 8.3.1.5.Carvão de açucar 59 8.3.1.6. Negro – de – fumo 59 8.3.2. Carvões naturais ou minerais 59 8.3.2.1. Turfa 59 8.3.2.2. Lenhite 60 8.3.2.3. Hulha 60 8.3.2.4. Antracite 61 Exercícios .................................................................................................................. 61 Unidade no.9-Q0077 62 Tema: GÁS NATURAL ............................................................................................. 62 Introdução 62 Química Técnica. A Química Transformadora v 9.1. Conceito ............................................................................................................. 62 9.2.Composição ........................................................................................................ 63 9.3. Actores da Cadeia de Gás Natural .................................................................. 63 9.4. Exploração ......................................................................................................... 63 9.5. Produção ............................................................................................................ 64 9.5.1. Acondicionamento 65 9.5.2. Processamento 65 9.6. Transporte .......................................................................................................... 66 Exercícios .................................................................................................................. 66 Unidade no.10-Q0072 67 Tema: PETRÓLEO ................................................................................................... 67 Introdução 67 10.1. Caracterização ................................................................................................ 67 10.1. Conceito ............................................................. Error! Bookmark not defined. 10.2.Origens da indústria petrolífera ...................................................................... 69 Fig. 22. Instalação petrolífera .................................................................................. 69 Fig. 23. Depósito petrolífero .................................................................................... 69 10.3. Geologia ........................................................................................................... 70 10.4. Constituintes da destilação do petróleo ........................................................ 70 Exercícios .................................................................................................................. 70 Unidade no.11-Q0077 71 Tema: PROCESSO DE PRODUÇÃO DE AÇUCAR .............................................. 71 Introdução 71 11.1. Conceito ........................................................................................................... 71 11. 2. Tipos de açúcar .............................................................................................. 72 11.2.1. Monossacarídeos: 72 11.2.2. Dissacarídeos: 72 11.2.3. Trissacarídeos: 72 11.2.4. Políssacarídeos: 72 11. 3. Etapas de produção ....................................................................................... 72 Exercícios .................................................................................................................. 76 Unidade no.12-Q0077 77 Tema: PRODUÇÃO DE FERRO E AÇO ................................................................... 77 Introdução .................................................................................................................. 77 12.1. Caracterização ................................................................................................ 77 12.1. Fornos Primitivos ............................................................................................ 79 12.2. Desenvolvimento dos altos-fornos ................................................................ 80 12.3. Matérias-primas da indústria siderúrgica ...................................................... 81 12.3.1.Minério de ferro 81 Química Técnica. A Química Transformadora vi 12.3.1.1. Beneficiamento do minério de ferro 81 12.3.1.2. Sinterização 81 12.3.1.3.Pelotização 82 12.3.2. Carvão 82 12.3.3. Fundente 82 12.4. Produção do ferro Gusa: Alto-forno .............................................................. 82 12.3.1.Operação do alto-forno 84 12.3.2.Reações químicas 84 12.3.3. Reações químicas de redução do minério de ferro 86 12.4. Produtos do alto-forno .................................................................................... 87 12.5. Fabricaçãodo aço........................................................................................... 88 12.6. Processos pneumáticos ................................................................................. 89 12.7. Reacções químicas de oxidação do ferro gusa ........................................... 89 12.8. Processos eléctricos ....................................................................................... 90 12.9. Processos de redução directa ....................................................................... 91 Exercícios .................................................................................................................. 93 Unidade no.13-Q0072 94 Tema: PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO ........................................................................ 94 Introdução .................................................................................................................. 94 13.1. Caracterização ................................................................................................ 94 13.3. Processo de Refinaria .................................................................................... 96 A refinaria é ............................................................................................................... 96 13.4. Redução do alumínio ...................................................................................... 98 13.5. Laminação ..................................................................................................... 100 13.5.1. Laminação a quente 101 13.5.2. Laminação a frio 102 Exercícios ................................................................................................................ 104 Unidade no.14-Q0077 105 Tema: PRODUÇÃO DE CIMENTO ...................................................................... 105 Introdução ................................................................................................................ 105 14.1. Conceito ......................................................................................................... 105 14.1.1. História ........................................................................................................ 105 14.2.1. Clínquer 106 14.2.2. Gesso 107 14.2.3. Escória siderúrgica 107 14.2.4. Argila pozolânica 107 14.2.5. Calcário 108 Química Técnica. A Química Transformadora vii 14.2. Matéria - Prima ............................................................................................ 109 14.3. Processo de produção .................................................................................. 109 14.3.1. Mineração 109 Clínquer 109 14.4. Combustíveis ................................................................................................ 113 14.3.2. Processo de clinquerização 114 14.4. PRODUÇÃO CIMENTO ............................................................................... 118 14.4.1.HIDRATAÇÃO DO CIMENTO 118 14.4.2. REAÇÕES QUÍMICAS 119 14.4.3. TIPOS DE CIMENTO MAIS COMUNS (Tabela 7) 120 Exercícios ................................................................................................................ 121 Unidade no.15-Q0077 122 Tema: PRODUÇÃO DO ÁCIDO SULFÚRICO .................................................... 122 Introdução ................................................................................................................ 122 15.1. Conceito ......................................................................................................... 122 15.2. História ........................................................................................................... 123 15.3. Formas do Ácido Sulfúrico ........................................................................... 126 15.4. Polaridade e condutividade 127 15.5.Propriedades químicas .................................................................................. 127 15.5.1.Reação com a água 127 15.5.2.Outras reações do ácido sulfúrico 128 Química Técnica. A Química Transformadora viii 15.6. Produção industrial ....................................................................................... 129 Exercícios ................................................................................................................ 131 Unidade no.16-Q0077 132 Tema: PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL ................................................. 132 Introdução ................................................................................................................ 132 16.1. Conceito ......................................................................................................... 132 16.2. História ........................................................................................................... 132 16.3. Matéria-prima ................................................................................................ 133 16.4. Produção ........................................................................................................ 134 16.4.3.Resumo do processo produtivo ................................................................. 135 16.6. Tipos de papel ............................................................................................... 136 Exercícios ................................................................................................................ 137 Unidade no.17-Q0072 138 Tema: Processo de produção de Vinho ............................................................... 138 Introdução ................................................................................................................ 138 17.1. Conceito ......................................................................................................... 138 17.2. Maiores produtores ....................................................................................... 139 17.3. O processo de produção e fermentação ................................................... 139 17.3.1 A vindima (colheita) 140 17.3.2. O esmagamento 140 17.3.3. A fermentação 140 17.3.4. Fermentação tumultuosa 140 17.3.5. Fermentação lenta 141 17.3.6. Filtragem 141 17.3.7. Envelhecimento 141 17.4. Classificação dos vinhos .............................................................................. 141 17.4.1. Quanto à classe 141 17.4.2. Quanto à cor 142 17.4.3. Quanto ao teor de açúcar 142 17.4.4. Quanto à variedade da uva 143 Química Técnica. A Química Transformadora ix Exercícios ................................................................................................................ 143 Unidade no.18-Q0077 144 Tema: PRODUÇÃO DE CERVEJA ...................................................................... 144 Introdução ................................................................................................................ 144 18.1. Conceito ......................................................................................................... 144 18.2.História ............................................................................................................ 144 18.3. Preparação .................................................................................................... 146 18.4. Tipos de cerveja ............................................................................................ 147 Exercícios ................................................................................................................ 147 Unidade no.19-Q0077 148 Tema: PRODUÇÃO DE VIDRO ............................................................................ 148 Introdução ................................................................................................................ 148 19.1. Conceito ......................................................................................................... 148 19.1. Conceito Error! Bookmarknot defined. 19.2. História ........................................................................................................... 149 19.3. Composição ................................................................................................... 150 19.4. Fabricação ..................................................................................................... 151 19.6. Principais características .............................................................................. 154 Exercícios ................................................................................................................ 155 Unidade no.20-Q0077 157 Tema: PRODUÇÃO DE TINTAS E VERNIZES................................................... 157 Introdução ................................................................................................................ 157 20.1. Conceito ......................................................................................................... 157 20.2 Solventes 158 Exercícios ................................................................................................................ 163 Unidade no.21-Q0072 164 Tema: PLÁSTICOS ................................................................................................. 164 Introdução ................................................................................................................ 164 21.1. Caracterização .............................................................................................. 164 Exercícios ................................................................................................................ 168 Unidade no.22-Q0072 169 Tema: RECICLAGEM ............................................................................................ 169 Introdução ................................................................................................................ 169 22.2. Tipos de reciclagem 172 Química Técnica. A Química Transformadora x Exercícios ................................................................................................................ 173 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 174 Química Técnica. A Química Transformadora 1 Visão geral Bem-vindo a Química Técnica A Química Técnica é uma ciência que se ocupa com o processo de investigação de Leis, Normas e Princípios que regem a transformação das substâncias . Esta cadeira permitirá que o estudante compreenda a interligação da Química como ciência, transformadora de substâncias, a indústria e a Química como disciplina escolar. Objectivos da cadeira Ao terminar a cadeira da Química Técnica, o estudante deverá ser capaz de: Objectivos Aplicar os conhecimentos da Química Técnica; Explicar os diversos processos de produção; Reconhecer as diversas aplicações das substâncias; Descrever a matéria-prima fundamental em cada processo de produção; Descrever a relação entre a indústria e o meio ambiente; Analisar as equações das reacções químicas presentes em cada processo. Quem deveria estudar esta cadeira Este manual de Química Técnica foi concebido para todos aqueles que estejam a frequentar o curso de Licenciatura em Ensino de Química, ministrados no Centro de Ensino à Distância – Universidade Católica de Moçambique. Como está estruturado este módulo Todos os manuais das cadeiras dos cursos oferecidos pela Universidade Católica de Moçambique - Centro de Ensino `a Química Técnica. A Química Transformadora 2 Distância (UCM-CED) encontram-se estruturados da seguinte maneira: Páginas introdutórias Um índice completo. Uma visão geral detalhada da cadeira, resumindo os aspectos-chave que você precisa conhecer para completar o estudo. Recomendamos vivamente que leia esta secção com atenção antes de começar o seu estudo. Conteúdo da cadeira A cadeira está estruturada em unidades de aprendizagem. Cada unidade incluirá, o tema, uma introdução, objectivos da unidade, conteúdo da unidade incluindo actividades de aprendizagem e uma ou mais actividades para auto-avaliação. Outros recursos Para quem esteja interessado em aprender mais, apresentamos uma lista de recursos adicionais para você explorar. Estes recursos podem incluir livros, artigos ou sites na internet. Tarefas de avaliação e/ou Auto-avaliação Tarefas específicas de avaliação para esta cadeira, encontram-se no final de cada unidade e as tarefas gerais poderão ser acessadas no fim do módulo. Sempre que necessário, dão-se folhas individuais para desenvolver as tarefas, assim como instruções para as completar. Estes elementos encontram-se no final do manual. Comentários e sugestões Esta é a sua oportunidade para nos dar sugestões e fazer comentários sobre a estrutura e o conteúdo da cadeira. Os seus comentários serão úteis para nos ajudar a avaliar e melhorar este manual. Ícones de actividade Ao longo deste manual irá encontrar uma série de ícones nas margens das folhas. Estes ícones servem para identificar diferentes partes do processo de aprendizagem. Podem indicar uma parcela específica de texto, uma nova actividade ou tarefa, uma mudança de actividade, etc. Química Técnica. A Química Transformadora 3 Acerca dos ícones Os ícones usados neste manual são símbolos africanos, conhecidos por adrinka. Estes símbolos têm origem no povo Ashante de África Ocidental, datam do século 17 e ainda se usam hoje em dia. Habilidades de estudo Caro estudante, procure olhar para você em três dimensões nomeadamente: O lado social, profissional e académico, dai ser importante planificar muito bem o seu tempo. Procure reservar no mínimo 2 (duas) horas de estudo por dia e use ao máximo o tempo disponível nos finais de semana. Lembre- se que é necessário elaborar um plano de estudo individual, que inclui, a data, o dia, a hora, o que estudar, como estudar e com quem estudar (sozinho, com colegas, outros). Evite o estudo baseado em memorização, pois é cansativo e não produz bons resultados, use métodos mais activos, procure desenvolver suas competências mediante a resolução de problemas específicos, estudos de caso, reflexão, etc. Os manuais contêm muita informação, algumas chaves, outras complementares, dai ser importante saber filtrar e apresentar a informação mais relevante. Use estas informações para a resolução dos exercícios, problemas e desenvolvimento de actividades. A tomada de notas desempenha um papel muito importante. Um aspecto importante a ter em conta é a elaboração de um plano de desenvolvimento pessoal (PDP), onde você reflecte sobre os seus pontos fracos e fortes e perspectivas o seu desenvolvimento. Lembre-se que o teu sucesso depende da sua entrega, você é o responsável pela sua própria aprendizagem e cabe a ti planificar, organizar, gerir, controlar e avaliar o seu próprio progresso. Precisa de apoio? Caro estudante, temos a certeza de que por uma ou por outra situação, o material impresso, lhe pode suscitar alguma dúvida (falta de clareza, alguns erros de natureza frásica, prováveis erros ortográficos, falta de clareza conteudística, etc.). Nestes casos, contacte o tutor, via telefone, escreva uma carta participando a situação e se estiver próximo do tutor, contacte-o pessoalmente. Os tutores têm por obrigação, monitorar a sua aprendizagem, dai o estudante ter a oportunidade de interagir objectivamente com o tutor, usando para o efeito os mecanismos apresentados acima. Química Técnica. A Química Transformadora 4 Todos os tutores têm por obrigação facilitar a interacção, em caso de problemas específicos ele deve ser o primeiro a ser contactado, numa fase posterior contacte o coordenador do curso e se o problema for da natureza geral, contacte a direcção do CED, pelo número 825018440. Os contactos só se podem efectuar, nos dias úteis e nas horas normais de expediente. As sessões presenciais são um momentoem que você caro estudante, tem a oportunidade de interagir com todo o staff do CED, neste período pode apresentar dúvidas, tratar questões administrativas, entre outras. O estudo em grupo, com os colegas é uma forma a ter em conta, busque apoio com os colegas, discutam juntos, apoiem-me mutuamente, reflictam sobre estratégias de superação, mas produza de forma independente o seu próprio saber e desenvolva suas competências. Juntos na Educação `a Distância, vencendo a distância. Tarefas (avaliação e auto- avaliação) O estudante deve realizar todas as tarefas (exercícios, actividades e auto-avaliação), contudo nem todas deverão ser entregues, mas é importante que sejam realizadas. As tarefas devem ser entregues antes do período presencial. Para cada tarefa serão estabelecidos prazos de entrega, e o não cumprimento dos prazos de entrega, implica a não classificação do estudante. Os trabalhos devem ser entregues ao CED e os mesmos devem ser dirigidos ao tutor/docentes. Podem ser utilizadas diferentes fontes e materiais de pesquisa, contudo os mesmos devem ser devidamente referenciados, respeitando os direitos do autor. O plagiarísmo deve ser evitado, a transcrição fiel de mais de 8 (oito) palavras de um autor, sem o citar é considerado plágio. A honestidade, humildade científica e o respeito pelos direitos autorais devem marcar a realização dos trabalhos. Avaliação Você será avaliado durante o estudo independente (80% do curso) e o período presencial (20%). A avaliação do estudante é regulamentada com base no chamado regulamento de avaliação. Os trabalhos de campo por ti desenvolvidos, durante o estudo individual, concorrem para os 25% do cálculo da média de frequência da cadeira. Química Técnica. A Química Transformadora 5 Os testes são realizados durante as sessões presenciais e concorrem para os 75% do cálculo da média de frequência da cadeira. Os exames são realizados no final da cadeira e durante as sessões presenciais, eles representam 60%, o que adicionado aos 40% da média de frequência, determinam a nota final com a qual o estudante conclui a cadeira. A nota de 10 (dez) valores é a nota mínima de conclusão da cadeira. Nesta cadeira o estudante deverá realizar: 2 (dois) trabalhos; 1 (um) teste e 1 (exame). Não estão previstas quaisquer avaliações orais. Algumas actividades práticas, relatórios e reflexões serão utilizadas como ferramentas de avaliação formativa. Durante a realização das avaliações, os estudantes devem ter em consideração: a apresentação; a coerência textual; o grau de cientificidade; a forma de conclusão dos assuntos, as recomendações, a indicação das referências utilizadas, o respeito pelos direitos do autor, entre outros. Os objectivos e critérios de avaliação estão indicados no manual. Consulte-os. Alguns “feedbacks” imediatos estão apresentados no manual. Química Técnica. A Química Transformadora 7 Unidade no. 01- Q0077 Tema: INTRODUÇÃO DA CADEIRA Introdução Abordagem da Química Técnica no nosso quotidiano é deveras fundamental, pois, permite ter noções fundamentais da aplicação da Química como ciência transformadora. Nesta unidade, ir-se-á destacar aspectos meramente de conceitos fundamentais, dos quais o estudante deve saber e/ou conhecer: Seja bem-vindo! Ao completar esta unidade você será capaz de: Objectivos Caracterizar a Química técnica. Identificar o objecto de estudo da Química Técnica. Distinguir a importância e tarefas da Química Técnica 1.1. Conceito A Química Técnica é uma ciência que estuda os processos de investigação de Leis, Normas e Princípios que regem a transformação das substâncias químicas em outras. 1.2.Objecto de estudo A Química técnica - estuda os processos químicos-tecnicos de transformação de substâncias na produção industrial, seja de pequena escala ou de grande escala. 1.3.Importância e tarefas A civilização moderna depende da produção dos bens de consumo, e muitas das suas fases, envolvem transformações químicas que se traduzem em: Química Técnica. A Química Transformadora 8 Fabricação de matérias-primas de natureza mineral; Recolhendo os minérios existentes na crusta terrestre, isola os metais para o fabrico de máquinas, automóveis, aviões, utensílios da cozinha, etc Extraindo o petróleo e carvão, submete-os a transformações para preparar não só combustíveis, mas também outros produtos intermédios (borracha sintética, plásticos, corantes, etc); Fabricação de produtos de origem vegetal e animal; Produção de roupas, pois, elas são feitas, por exemplo, de algodão (origem vegetal) ou de lá (origem animal). Para além disto, utiliza-se também as fibras sintéticas, tais como nylon e o polyester – produtos sintetizados pelos químicos; Colhendo cereais, nomeadamente cevada, o químico prepara a cerveja, cujo aroma e sabor amargo tradicionais se devem à presença do lúpulo (planta trepadeira); A dependência que agricultura tem em relação aos pesticidas, fertilizantes e adubos; A exigência, imposta pela indústria química, em análises químicas para o controlo de qualidade e adição de conservantes, aromatizantes e corantes; A modificação da madeira para o uso em várias finalidades; Obtendo a madeira das árvores, submete a transformações de forma a fabricar papel e outros mobiliários; Construção de infra-estruturas, sobretudo, as casas onde habitamos não são apenas feitas de madeira e pedra, mas também de ferro, aço, cimento, tijolos, vidro, tintas, que resultam do trabalho de processos químicos; Produção de medicamentos; Existência de meios de comunicação e transporte; A evolução do telefone, da rádio e da TV deve-se aos progressos alcançados nos últimos anos. Actualmente são utilizados novas tecnologias, tais como computadores, comunicações via satélite, telefones celulares, etc. Estas acções expandem-se até aos aviões modernos que constitui uma obra – prima do desenvolvimento científico e técnico. Outrossim, a viagem à lua tornou-se possível porque o homem aprendeu a construir gigantescos foguetões que desenvolvem enormes velocidades, entre outros. Química Técnica. A Química Transformadora 9 Portanto, a Química Técnica ocupa um lugar muito importante no sistema de ciências visto que ela estabelece ligações entre as ciências (Química, Física, Matemática técnica e economia). Investiga também as leis que determinam a economia e a produtividade económica, aquisição de produto, gastando, contudo, pouca matéria-prima, pouca energia para a produção de maiores quantidades de produto desejado. A Química técnica, como ciência que se dedica aos processos de transformação, ela tem, por si, as seguintes tarefas: Analisar a composição de alimentos, fármacos e outros produtos, bem como fazer o seu controlo de qualidade; Melhorar as condições de vida, sintetizando materiais diversificados; Explorar propriedades de certos materiais para aplicar em novas tecnologias e na medicina; Aperfeiçoar e melhorar os meios de comunicação; Descobrir as origens do universo e a sua evolução. Investigação sobre os aspectos das substâncias (seu estado padrão), por exemplo, o estudo das substâncias em diferentes estados, se elas podem se combinar ou não (as proporções); Investigação sobre aspectos económicos (optimização); Rendimento de substâncias; Uso racional de energia; Existência de pouco ou nada de produtos secundários desnecessários; Categoria das máquinas. Notar-se-à nos aspectos evocados nos itens anteriores que, a Química é imprescindível para: Melhoria dos padrões de vida do Homem; Controlo e melhoria do meio ambiente; Exploração do mundo material; Desenvolvimento de outras ciências Progresso da sociedade Nestes elementos aqui indicados, ressalta uma pergunta muito importante: o Será que a Química só tem contribuído para melhoraros padrões de vida do Homem? o Não terá aspectos negativos? Química Técnica. A Química Transformadora 10 Certamente que a resposta a essas perguntas, cabe a todos nós, usuários da sabedoria da química, mas é aos cientistas, em primeira mão, que cabe a responsabilidade dos riscos criados ao fabricarem: Explosivos; Armas químicas e nucleares; São também responsáveis pela poluição: Dos solos; Dos mares; Do ar. Exercícios Auto-avaliação 1. O domínio do Homem sobre a natureza está directamente ligado ao senso comum e aplicação dos conhecimentos científicos na produção de bens materiais, quer industrialmente, quer não”. a) Como definiria a Química Técnica b) Qual é o objecto de estudo da Química Técnica? 2. “ A Química Técnica é a parte da Química ligada aos aspectos das substâncias, suas leis e suas transformações”.Mencione tarefas fundamentais da Química. 3. “ A Química Técnica ocupa um lugar muito importante no sistema das ciências naturais, por isso, ela é uma ciência de tecnologia que estabelece ligações entre outras ciências naturais e economia". Argumente esta afirmação. 4. Mencione a Importância a Química Técnica tem para a humanidade. 5. Relacionar aspectos do quotidiano com a Química Técnica. Química Técnica. A Química Transformadora 11 Unidade no 2. Q0077 Tema: TECNOLOGIA QUIMICA Introdução Nesta unidade, focalizar-se-á sobre o conceito, caracterização da Tecnologia Química e o marco histórico da sua evolução, requerendo ao estudante: Seja Bem-vindo! Ao completar esta unidade você será capaz de: Objectivos Caracterizar a Tecnologia Química; Conhecer a relevância da Tecnologia Química no quotidiano; Distinguir as etapas de evolução histórica da Tecnologia Química; Diferenciar entre a Química Técnica da Tecnologia Química 2.1. Conceito 2.1.Conceito Tecnologia Química – é o ramo que se ocupa apenas na transformação das substâncias, em determinados tipos de produtos. Tem relação com a Química técnica por apresentam uma interdependência uma com a outra. Tecnologia empregar-se na manupulação das substâncias aplicando conhecimento científico e equipamentos adequados (prática). Pode envolver, por exemplo, formas de produzir novos medicamentos, melhores plásticos, carros mais velozes, armas Química Técnica. A Química Transformadora 12 nucleares, heroína mais pura, ração de frangos para a produção de ovos com menos colesterol. O importante é que Tecnologia, assim como a ciência, são actividades humana que decidem sobre o emprego dos conhecimentos científicos para gerar boas ou má aplicação tecnológica nas indústrias e nos governos, que têm o poder de tomar tais decisões. 2.2. Origens da Tecnologia Há já bastante tempo, convivemos com produtos e procedimentos desenvolvidos pelas artes práticas que antecederam à Química e contribuíram para a Química moderna como uma de suas vertentes: Metalurgia, Cerâmica, Vidros, Corantes e pigmentos, Medicamentos, etc Para R. Mülhaupt, 1997, tão importantes foram para Humanidade tais conhecimentos “químicos” que falamos de uma sucessão de Idade da Pedra - Idade do Bronze - Idade do Ferro. Tão importantes são os materiais da Química que eles designam eras da nossa história comum. O conceito de Tecnologia proposto por Milton Vargas: “aplicação de teorias, métodos e processos científicos às técnicas” (Vargas, 1994), entendendo-se por Técnica, com Ruy Gama e de acordo com a definição de A. Birou, “o conjunto dos processos de uma ciência, arte ou ofício, para obtenção de um resultado determinado com o melhor rendimento possível” (Gama, 1986). A primeira Ciência Tecnológica nestes moldes terá sido a Ciência da Mineração proposta por Georg Agrícola (1494-1555), um cientista típico do Renascimento no que se refere ao seu empenho empírico como prioridade (ainda mais inexistindo uma autoridade antiga a quem se contrapor, apenas um ligeiro e longínquo contacto com Plínio). Desta Ciência da Mineração (Montanwesen) nasceram eventualmente três ciências (Wagenbreth, 1994): Química Técnica. A Química Transformadora 13 Mineralogia, Geologia, Metalurgia. A Tecnologia Química formaliza-se e institucionaliza-se no século XVIII, e sua institucionalização é inclusive um dos aspectos que caracterizam o século XVIII como o “grande século” na evolução da Química. A Tecnologia Química desenvolveu-se como um campo específico da Química (química aplicada) em resposta às necessidades da Revolução Industrial emergente, que requeria conhecimentos químicos e técnicos sistematizados e organizados. No decorrer de sua evolução, esta Tecnologia Química apresenta algumas facetas que merecem ser comentadas em função de sua importância na inserção da Histórica da Química num contexto social mais amplo (Maar, et al). Importa referir que: 1 - A Tecnologia Química coloca em uso prático reacções e propriedades das espécies químicas, tornando-as úteis para o nosso quotidiano, e valendo-se mesmo das propriedades para obter novas espécies. Quando aumenta a demanda por um produto, como a soda, mais usada na indústria de vidros e sabões, cabe à Química descobrir métodos alternativos de produção dessa matéria-prima a partir de outros materiais naturais baratos e acessíveis (no caso o sal comum), e caberá à Tecnologia Química converter os métodos de laboratório em procedimentos industriais técnica e economicamente viáveis. Décadas mais tarde surgiu novo desdobramento com o nascimento da Engenharia Química, uma Físico-Química aplicada, dedicada ao planeamento e construção dos equipamentos em que tais procedimentos se efectuam. Implicitamente foi sempre um dos objectivos do estudo das espécies químicas o seu uso prático, desde as actividades dos artesãos da Antiguidade e dos alquimistas da Idade Média. 2 - A Tecnologia Química não cumpre sozinhas as suas funções. Mineração e metalurgia necessitam de máquinas, e portanto de Mecânica e de Física. Operações como extracção e destilação, além de também necessitarem de equipamentos apropriados, fazem uso de princípios físicos. Extrair princípios activos (como Química Técnica. A Química Transformadora 14 medicamentos ou corantes) de plantas significa conhecer e classificar essas plantas, saber onde buscá-las. Vista desta forma e aceitando a ideia de interdisciplinaridade. 3.- a Tecnologia Química constitui um dos mais antigos exemplos de interdisciplinaridade, um exemplo ainda pouco explorado: 3.1. A Tecnologia Química é um elo de ligação da Química com outras actividades científicas e técnicas, e com outras actividades que o engenho humano desenvolve. 3.2. É através da Tecnologia Química que a Química exerce sua influência sobre a economia, o poder, e por que não, sobre a História Universal. Portanto, muito mais do que uma Ciência aplicada ou uma aplicação da Ciência, a Tecnologia Química é autónoma, com seus próprios métodos, objectivos e filosofia. Através da Tecnologia Química, a Química estabelece seus relacionamentos com outras Ciências, Tecnologias e Técnicas, e, o que é de muito maior alcance social e histórico, com o Poder económico e político, com a própria História Universal. Nesse processo de transformação de substâncias, há particularidades a ter em conta: Ocorrência do Processo – condiciona-se a essa questão o tipo de aparelho a usar, energia, substâncias auxiliares e outros; Elevada cientificidade no processo de produção - relaciona-se com pouco gasto da matéria-prima e de força humana; Alta pureza dos produtos – assenta-se com a qualidade de produto que deva ser aceitável; Alta produtividade – relaciona-se com maior quantidade de produto a adquirir em menos tempo; Alta exigência das obrigações – a conduta do produto deva ter em conta com asregras nacionais e internacionais. Química Técnica. A Química Transformadora 15 Exercícios Auto-avaliação 1. Diferencie os conceitos Química Técnica e Tecnologia Química. 2. Refira-se da sua interdependência Química Técnica. A Química Transformadora 17 Unidade no.3-Q0077 Tema: INDUSTRIA QUÍMICA Introdução A Nesta unidade, o centro da unidade transformadora da matéria/substâncias, são propostos conteúdos do seu dia-a-dia como, economia industrial, matéria-prima e os componentes do processo químico – técnico. Outrossim, irá constatar um conceito novo, numa perspectiva de termo, pois, “Quimizaçao” acaba sendo o equilíbrio entre a indústria e o meio ambiente. Seja bem-vindo! Ao completar esta unidade você será capaz de: Objectivos Caracterizar o conceito da indústria química; Definir o papel da Industria Química, como transformadora da matéria-prima; Descrever a caracterização da matéria-prima e sua relevância num processo produtivo; Identificar os processos químicos – tecnológicos; Descrever a caracterização da economia industrial em dois contextos: mundial e nacional 3.1. Conceito A indústria química é uma indústria destinada na transformação de uma matéria-prima em novos produtos usando substâncias químicas e processos químicos. Incluem as indústrias que têm a ver com a produção de petroquímicos, agro-químicos, produtos farmacêuticos, polímeros, tintas, etc. São utilizados processos químicos como reacções químicas, para formar novas substâncias, separações baseadas em propriedades químicas tais como grau de solubilidade ou a Química Técnica. A Química Transformadora 18 carga iónica e destilações das substâncias, além de transformações por aquecimento ou por outros métodos físicos. As indústrias químicas envolvem o processamento ou alteração de matérias-primas obtidas por mineração e agricultura, entre outras fontes de abastecimento, formando matérias e substâncias com utilidade imediata ou que são necessários para outras indústrias. As indústrias de processamento de alimentos não são, em geral, incluídas no termo "indústria química". Com a demanda actual, implica maior expansão da rede industrial e respectiva automatização assim como aumento da exploração da matéria-prima, criando condições de desgaste ambiental na medida em que se lançam quantidades consideráveis de dióxido de enxofre, de gases nitrosos e de substâncias nocivas para o meio ambiente, revelando um contraste entre o desenvolvimento e a destruição ambiental, surgindo daí o conceito de Químização. Quimização É o processo de industrialização e protecção do meio ambiente, baseado na produção e comercialização dos produtos, de acordo com os seguintes critérios: Ordenar as substâncias nocivas, e a forma de diminuir a produção quantitativa; Formação de produtos que neutralizam os nocivos; Diálogo entre a indústria química com a sociedade (opinião pública); Implementação do processo de reciclagem. Química Técnica. A Química Transformadora 19 3.1.1. Economia Industrial Esquema 3.1 3.1.2 Industria Química como Transformadora da Matéria-prima Esquema 3.2 3.2. Matéria-prima A matéria-prima consiste num conjunto de produtos necessários em diversos processos de produção, que são extraídos ou obtidos directamente da Natureza (explorações florestais, agrícolas ou minerais). Estas matérias constituem a primeira fase da cadeia de Economia Economia Energética Economia Industrial Produção Mecânica Produção de Maquinas Produção de Ferramentas Produtos Químicos RAMOS DA INDUSTRIA Industria Química Industria de Construção i Economia Agro-pecuária e florestal Substancias iniciais Matéria-prima Processos Físicos Processos Físico- químicos Processos Químicos Processos físico- químicos Produto Principal Produto Secundário Ex: Resíduo e Escoria Química Técnica. A Química Transformadora 20 transformações imprescindíveis para a obtenção do produto final. Dado que o estado em que se encontram as matérias-primas não possibilita a sua utilização directa pela maior parte das indústrias, estas usam produtos semi-elaborados obtidos a partir das matérias-primas, as denominadas substâncias básicas. Provêm do subsolo, do solo, do mar, da atmosfera usados ao serviço do homem, para servirem as indústrias. De acordo com a proveniência a matéria classificam-se em: 1. Produtos Minerais – englobam o petróleo, o gás natural, carvão mineral, sais, pedras, etc; 2. Produtos Agrícolas – são as plantas e árvores cultiváveis, assim como vegetais; 3. Produtos Pecuários e Pesqueiros – animais domésticos selvagens e peixe; 4. Produtos secundários – sucatas, papel velho, garrafas, vidro, plásticos furados, ossos, etc; 5. Produtos Pré-fabricados – plásticos PVC, linha, etc. 6. Produtos Atmosféricos – Ar; 7. Produtos Hídricos – água. São normalmente substâncias auxiliares: a água, o ar, os solventes orgânicos e inorgânicos, catalisadores e a energia. Ar – serve para o aquecimento para combustão, como corrente nos altos-fornos, serve também para arrefecer, dissolvente no processo de Linder; Água – serve como solvente, aquecimento e arrefecimento, sedimentação, limpeza, meio de flotação, para filtração, etc. 3.3. Processo Químico Tecnológico É o processo que envolve desde a entrada da matéria-prima, montagem dos equipamentos, transformação das substâncias `a novas substâncias, comercialização ate ao último consumidor. O centro da tecnologia química designa - se por Processo Químico Tecnológico (PQT). É o trabalho em indústrias químicas em geral, como as de produtos agrícolas, alimentícias, de plásticos, tratamento de couros e fabricação de tintas e vernizes, de cimento e de vidro, Química Técnica. A Química Transformadora 21 entre outras. Na linha de produção, opera equipamentos e controla processos industriais. Em laboratórios, faz análises de qualidade da matéria-prima e de produtos finais. Controla resíduos da produção, de modo a não prejudicar o meio ambiente com poluentes. Em órgãos públicos, participação na elaboração do plano de municípios, no que diz respeito ao tratamento de águas e serviços de armazenamento e transporte de produtos químicos. É comum trabalhar em parceria com engenheiros químicos e sanitaristas O Processo Químico Tecnológico designa-se por processo de produção que se diferem através da sua orientação tecnológica- cientifica, que engloba a parte sócio económica e material técnica. 3.3.1 Processo Químico de Produção •é deter através de relações de produção (RP) Parte socio- económico •é o conjunto de relações que se verifica entre trabalhadores de uma indústria. Relação de Produção (RP) •é deter através de forcas produtivas (FP), campos FP, homem, meios de produção, ciência, planificação, direcção e organização Parte material- técnico Química Técnica. A Química Transformadora 22 3.3.2 Esquema de Componentes do Processo Químico- Técnico Exercícios Auto-avaliação 1. No processo de produção industrial, as substâncias são classificadas em matéria-prima, substâncias auxiliares e produto final. Mencione dois processos para cada alínea, em que: a) A matéria-prima e o outro são substância auxiliar b) O metal ferro é matéria-prima e o outro é produto final. 2. Relacione o processo de extracção de ouro na Província de Manica com aspectos de Quimização. 3. Fale da relação existente entre o papel das fontes da energia e o desenvolvimento da produção industrial duma determinada região. Componentes do Processo Químico- tecnico Matéria-prima pré-fabricada/bruta Processo Tecnológico Químico Aparelhagem (Instalação) Processo tecnológicos fundamentais: Operações básicas Reacções básicas Fenómenos científicos naturais, etc. Princípio de TrabalhoExperiência de Trabalho Produto Final (principal e/ou secundário) Química Técnica. A Química Transformadora 23 Unidade no. 4-Q0077 Tema: MEIOS DE COMUNICAÇÃO E TRANSPORTE Introdução A unidade em apreço é deveras importante nas relações de produção até ao processo de comercialização, valendo os itens nela abordados, sobretudo, os conceitos e tipos de meios de comunicação e transporte; as vantagens e deméritos que os mesmos oferecem. Por fim, a relação entre a Industria Química e transportes e comunicações. Seja bem-vindo! Ao completar esta unidade você será capaz de: Objectivos Caracterizar o conceito de meios de comunicação; Identificar os tipos de meios de comunicação; Caracterizar o conceito de Transporte; Fazer relações entre a Industria Química e Transportes e Comunicações. 4.1. Conceito de meios de comunicação O termo meio de comunicação refere-se ao instrumento ou à forma de conteúdo utilizados para a realização do processo comunicacional. Quando referido a comunicação de massa, pode ser considerado sinónimo de mídia. Entretanto, outros meios de comunicação, como o telefone, não são massivos e sim individuais (ou interpessoais). Tipo de meios de comunicação Sonoro: telefone, rádio, Podcast. Escrita: jornais, diários e revistas. Audiovisual: televisão, cinema. Multimedia: diversos meios simultaneamente. Química Técnica. A Química Transformadora 24 Hipermídia: CD-ROM, TV digital e internet, que aplica a multimédia (diversos meios simultaneamente, como escrita e audiovisual) em conjunto com a hipertextualidade (caminhos não-lineares de leitura do texto). 4.2. Conceito de transporte Transporte é o movimento de pessoas e mercadorias entre localidades, ou deslocações de pessoais e bens materiais de um local para outro independentemente da distância. A expressão rede de transportes designa o conjunto de todas as vias de transporte de pessoas e de mercadorias que se interligam com uma determinada densidade numa determinada região e inclui as estradas, os caminhos-de-ferro, as vias fluviais navegáveis, os oleodutos, os gasodutos, entre outros. A densidade e qualidade das redes de transportes são muitas vezes utilizadas como um indicador do grau de desenvolvimento económico da região em que se localizam. 4.3. Tipos de transporte Tabela 1. Natureza e vantagens do tipo de transportes Tipo de transporte Natureza de transporte Vantagens Desvantagens Terrestre Rodoviário - Grande acessibilidade; - Fácil capacidade de circulação; - Extensa rede viária. - Poluição do ambiente; - Trânsito caótico; - Grande nº de acidentes. Ferroviário - Pouco poluente; - Custos baixos; - Baixo consumo de recursos; - Grande segurança. - Itinerário fixo. Gasodutos Conduta tubular que transporta gás natural por Terra. Oleodutos Conduta tubular que transporta gás petróleo por Terra. Aquáticos Marítimos Transporte de mercadorias muito volumosas e pesadas; - Percurso de longas distâncias (inter continentais) - Poluição (morte de peixes, aves, moluscos, etc) Fluviais (rios) Aéreos - Grande rapidez; - Grande segurança. - Poluição; - Custos elevados. Química Técnica. A Química Transformadora 25 4.4. Industria Química e Transporte e Comunicação O primeiro país a realizar a Revolução Industrial foi a Inglaterra, a partir de meados do século XVIII, seguida, no século XIX, por outras nações europeias: Alemanha, Itália, Bélgica, Luxemburgo, Holanda, Suíça, Suécia, Áustria, e Rússia. Fora do continente europeu, apenas Estados Unidos e Japão realizaram sua Revolução Industrial ao mesmo tempo que os países da Europa. Na grande maioria dos países subdesenvolvidos o processo de industrialização chegou cerca de duzentos anos atrasado em relação a Inglaterra. É ocaso da Revolução Industrial no Brasil, Argentina, México, África do Sul, Índia... O espaço geográfico dos países altamente industrializados da Europa Ocidental caracteriza-se pelo menos por três aspectos: intensa industrialização, forte urbanização e grande aproveitamento do aspecto físico por uma agricultura e pecuária em bases modernas. A Revolução Industrial dos Países da Europa ocidental apoiou-se em vários factores, que resumidamente são: Acumulação de capitais em decorrência da intensa exploração da actividade comercial no mundo e particularmente nas colónias americanas, nas feitorias e nas colónias asiáticas e africanas. Existência de abundantes reservas de carvão mineral, minério de ferro e outras matérias-primas industriais em muitos países europeus. Grande desenvolvimento das técnicas de produção mediante a aplicação de dinheiro em pesquisas científicas. Disponibilidade de mão-de-obra e intensa exploração da força de trabalho do operário ou trabalhador mediante o pagamento de baixos salários. Expansão de empresas multinacionais ou transnacionais nos países subdesenvolvidos. Surgiram então, no séc. XIX, as estradas de ferro, que facilitaram muito o transporte dos produtos manufacturados, Química Técnica. A Química Transformadora 26 tomando-os mais baratos e colaborando para a Revolução Industrial. A invenção dos altos-fornos desenvolveu muito as indústrias de ferro e aço. A população das cidades aumentou demais: um número cada vez maior de pessoas deixava o campo para trabalhar nas fábricas. O povo sofreu bastante com os vários problemas ligados a salários e condições de trabalho, tendo a Grã-Bretanha que importar cada vez mais géneros alimentícios para suprir sua população sempre crescente. 4.5 As cidades e as Fábricas na Revolução Industrial Antes da invenção da máquina a vapor, as fábricas situavam-se em zonas rurais próximas às margens dos rios, dos quais aproveitavam a energia hidráulica. Ao lado delas, surgiam oficinas, casas, hospeda rias, capela, açude, etc. a mão-de-obra podia ser recrutada nas casas de correcção e nos asilos. Para fixarem-se, os operários obtinham longos contratos de trabalho e moradia. Com o vapor, as fábricas passaram a localizar-se nos arredores das cidades, onde contratavam trabalhadores. Elas surgiam "tenebrosas e satânicas", em grandes edifícios lembrando quartéis, com chaminés, apitos e grande número de operários. O ambiente interno era inadequado e insalubre. Até o século XVIII, cidade grande na Inglaterra era uma localidade com cerca de 5 000 habitantes. Em decorrência da industrialização, a população urbana cresceu e as cidades modificaram-se. Os operários, com seus parcos Química Técnica. A Química Transformadora 27 salários, amontoavam-se em quartos e porões desconfortáveis, em subúrbios sem condições sanitárias. 4.6 Os grandes avanços tecnológicos da Revolução Industrial Na primeira metade do século os sistemas de transporte e de comunicação desencadearam as primeiras inovações com os primeiros barcos ao vapor (Robert Fulton/1807) e locomotiva (Stephenson/1814), revestimentos de pedras nas estradas McAdam (1819), telégrafos (Morse/1836). As primeiras iniciativas no campo da electricidade como a descoberta da lei da corrente eléctrica (Ohm/1827) e do electromagnetismo (Faraday/1831). Dá para imaginar a quantidade de mudanças que estes sectores promoveram ou mesmo promoveriam num futuro próximo. As distâncias entre as pessoas, entre os países, entre os mercados se encurtariam. Os contactos mais regulares e frequentes facilitaram a Revolução Industrial, permitiriam uma maior aproximação de mundos tão distintos como o europeu e o asiático. No sector têxtil a concorrência entre ingleses e franceses permitiu o aperfeiçoamento de teares (Jacquard e Heilmann). O aço tornou-se uma das mais valorizadas matérias-primas. Em 1856 os fornos de Siemens-Martin, o processo Bessemer de transformação de ferro em aço. A indústria bélica também se revolucionou (como os Krupp na Alemanha) acompanhando a própriatecnologia metalúrgica. Química Técnica. A Química Transformadora 28 A explosão tecnológica conheceu um ritmo ainda mais frenético para a Revolução Industrial com a energia eléctrica e os motores a combustão interna. A energia eléctrica aplicada aos motores, a partir do desenvolvimento do dínamo, deu um novo impulso industrial. Movimentar máquinas, iluminar ruas e residências, impulsionar bondes. Os meios de transporte se sofisticam com navios mais velozes. Hidroeléctricas aumentavam, o telefone dava novos contornos à comunicação (Bell/1876), o rádio (Curie e Sklodowska/1898), o telégrafo sem fio (Marconi/1895), o primeiro cinematógrafo (irmãos Lumière/1894) eram sinais evidentes da nova era industrial consolidada. E, não podemos deixar de lado um importante avanço na Revolução Industrial, a invenção do automóvel movido à gasolina (Daimler e Benz/1885) que geraria tantas mudanças no modo de vida das grandes cidades. O motor à diesel (Diesel/1897) e os dirigíveis aéreos revolucionavam os limites da imaginação criativa e a tecnologia avançava a passos largos. A indústria química também tornou-se um importante sector de ponta no campo fabril. A obtenção de matérias-primas sintéticas a partir dos subprodutos do carvão - nitrogénio e fosfatos. Corantes, fertilizantes, plásticos, explosivos, etc. Entrava-se no século XX com a visão de universo totalmente transformada pelas possibilidades que se apresentavam na Revolução Industrial proporcionada pelo avanço tecnológico. Na transformação das substâncias em produtos, é necessário a garantia de energia, isto é, deve-se garantir fontes energéticas. Entre estas fontes energéticas, as mais importantes são: carvão mineral, lenhite, coque, hidrocarbonetos, termos eléctricos e hidroeléctricas (também as centrais nucleares). A energia eléctrica toma um lugar especial nas fontes energéticas porque ela é cómoda em qualquer força de trabalho e é transformável para qualquer zona . O ar e a água, como substâncias auxiliares podem ser utilizados também como fonte de energia. Química Técnica. A Química Transformadora 29 Em relação aos transportes e comunicação são facilitadores de todo o processo de trabalho desde o transporte da matéria-prima e o produto acabado até a sua comercialização. Exercícios Auto-avaliação 1. Defina o que entendes por transporte e por comunicação? E Que impactos tem estes no estudo desta disciplina? 2. Que consequências globais provoca da falta dos transportes e comunicação? 3. Mencione 3 (três) problemas derivados da falta de transporte e comunicação que afectam a sua zona de origem. Química Técnica. A Química Transformadora 31 Unidade no.5-Q0077 Tema: O TRABALHO Introdução Para além dos conceitos Trabalho, numa perspectiva Física, abordam-se nesta unidade os tipos de trabalho, métodos e os respectivos princípios. O estudante, no fim desta unidade, deve saber/conhecer: Seja bem-vindo! Ao completar esta unidade você será capaz de: Objectivos Caracterizar o conceito de trabalho; Identificar os tipos de trabalho; Enumerar os métodos de trabalho; Descrever os princípios de trabalho. 5.1. Conceito Em física, trabalho (normalmente representado por W, do inglês work, ou pela letra grega tau) é uma medida da energia transferida pela aplicação de uma força ao longo de um deslocamento. O trabalho de uma força F aplicada ao longo de um caminho C pode ser calculado de forma geral através da seguinte integral de linha: Onde: F é o vector força. r é o vector deslocamento. O trabalho é um número real, que pode ser positivo ou negativo. Quando a força actua no sentido do deslocamento, o trabalho é positivo, isto é, existe energia sendo Química Técnica. A Química Transformadora 32 acrescentada ao corpo ou sistema. O contrário também é verdadeiro, uma força no sentido oposto ao deslocamento retira energia do corpo ou sistema. Qual tipo de energia, se energia cinética ou energia potencial, depende do sistema em consideração. 5.2.Divisão do trabalho Dá-se o nome de divisão do trabalho à especialização do trabalho cooperativo em tarefas e papéis específicos e delimitados, com o objectivo de aumentar a eficiência da produção. A divisão do trabalho é uma característica fundamental das sociedades humanas, devida ao fato de que os seres humanos diferem uns dos outros quanto a suas habilidades inatas ou adquiridas. Em um certo estágio do desenvolvimento de suas comunidades, os indivíduos percebem que podem satisfazer melhor as suas necessidades ao se especializar, ao se associar e ao trocar, em vez de produzir, cada um de maneira autárquica, aquilo que precisa consumir. 5.3. Tipos de Trabalho Trabalho nulo, quando trabalho é igual a zero; Trabalho motor, quando a força e o deslocamento estão no mesmo sentido; Trabalho resistente, quando a força e deslocamento possuem sentidos contrários (geralmente representado por T= -F.d). 5.4.Métodos de trabalho 6.4.1. Método de Trabalho Contínuo É um modo de trabalho no processo químico-técnico em que a substância inicial é introduzida no aparelho de reacção (reactor), a mistura e as reacções químicas, assim como as condições das reacções não são interrompidas até a formação do produto durante um determinado tempo. O aparelho fica em constante funcionamento porque a massa dos reagentes e a mistura são constantes, isto implica que a temperatura, pressão, e a concentração são também constantes, durante o processo de produção. Exemplo: Produção de Carbeto de Cálcio, Amoníaco e Acido Sulfúrico. Química Técnica. A Química Transformadora 33 5.4.2. Método de Trabalho Descontínuo É um modo de trabalho em que se realiza o enchimento da matéria-prima num reactor, processando-se reacções químicas até ao fim e retira-se o mesmo produto e introduz-se noutro reactor para a formação do novo produto. Este processo realiza- se de uma forma contínua, usando repetidos ritmos de trabalho. Exemplo. Produção de aço. 5.5. Princípios de trabalho Segundo WITTLING, princípios de trabalho são sistematizados em função do objecto de trabalho e métodos de trabalho como meios para alcançar os objectivos. Já que a matéria e as fontes de energia são escassas e limitadas, a força de trabalho do homem é ilimitada, e o nível de produtividade do trabalho deve ser aplicado, isto é, o processo Químico Técnico, deve ser reforçado da seguinte maneira: Máxima aplicação de princípios de continuidade de processo; Aumento de rendimento das substâncias e boa acção de uso de energia; Aplicação mínima da técnica; Transformação das substâncias com muita intensidade; Produção de produtos com boa qualidade; Domínio dos processos Químicos técnicos; Óptima capacidade de direcção. 5.5.1. Princípio de Contra Corrente É um princípio químico-técnico em que diferentes substâncias entram num reactor, uma em continuação da outra e em sentidos contrários, introduzindo-se uma corrente de ar do outro lado do reactor, permitindo que as substâncias troquem as suas energias continuamente. O alto-forno é um reactor metalúrgico de contra corrente. O alto-forno baseia-se no fato de que o silício indesejável e outras impurezas, são mais leves do que o ferro fundido, seu produto principal, designado por ferro gusa. O forno é construído na forma semelhante a uma chaminé, numa estrutura alta feita com tijolos refractários. Coque, pedra calcária e minério de ferro (óxido de ferro) são inseridos no topo. O ar chega pela base. Este fornecimento de ar permite a combustão do combustível no seu interior. Isto reduz o Exemplo Química Técnica. A Química Transformadora 34 óxido a metal que, sendo mais denso, se concentra na parte inferior do forno. A natureza exacta da reacção é: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3CO2 . Fig.1.Unidade de produção de ácido sulfúrico (www.belcotech.com).5.5.2. Princípio de corrente circular É um processo em que uma parte da matéria-prima que não completou a reacção é introduzida no aparelho até completar a formação do produto. Produção do Amoníaco (NH3). 5.5.3. Princípio de turbilhão É um processo químico técnico em que uma substância gasosa, é introduzida em jacto no aparelho através de buracos e depois da ocorrência da reacção é mantida em Suspensão. Produção do dióxido de enxofre a partir da pirite e a gaseificação de Carbono. Exemplo Química Técnica. A Química Transformadora 35 5.5.4. Princípio regenerativo Acontece depois de expulsar os gases quentes do aparelho, onde estes são introduzidos nos regeneradores e depois conservados e que posteriormente são usados no pré-aquecimento dos reagentes ou outros gases. O objectivo deste princípio é o uso racional de Energia Produção de cimento. Exercícios Auto-avaliação 1. Segundo WITTLING, princípios de trabalho são sistematizados em função do objecto de trabalho e métodos de trabalho como meios para alcançar os objectivos. Mencione duas diferenças para cada alínea: a) Método de trabalho contínuo e método de trabalho descontínuo. b) Método de trabalho e princípio de trabalho. 2. Descreva o processo de regeneração do ácido sulfúrico. 3. Fale da relação existente entre o papel das fontes da energia e o desenvolvimento da produção industrial duma determinada região. Exemplo Química Técnica. A Química Transformadora 37 Unidade no. 6 - Q0077 TEMA: REACTORES Introdução Caro estudante, seja bem-vindo a esta importante discussão Nesta unidade, que debruçará sobre Reactores, sobretudo, o conceito, classificação; abordagem sobre baterias e as equações envolvidas nessas operações. Ao completar esta unidade você será capaz de: Objectivos Caracterizar o conceito de reactores; Classificar os reactores; Definir Bateria de reactores; Distinguir diversas equações. 6.1. Conceito Em engenharia química, reactores químicos são equipamentos projectados para conter reacções químicas de interesse e escala industrial. O projecto de um reactor químico trata com múltiplos aspectos de engenharia química, sobre os quais os engenheiros químicos trabalham para obter a maximização dos valores obtíveis para a reacção dada. Neles as reacções se processa com maior eficiência para o produto de saída desejado, produzindo o mais alto rendimento do produto, mas gerando o mínimo de custos para serem comprados e operarem. As despesas normais de operação incluem uma fonte de energia, remoção (dissipação) de energia, custos de matérias-primas, trabalho humano, etc. Transferências de energia podem vir na forma de aquecimento ou resfriamento, bombeamento para aumentar a pressão, a perda de pressão pelo atrito (como a queda de pressão através de um cotovelo de 90° na tubulação ou uma placa de orifício, agitação, etc. Química Técnica. A Química Transformadora 38 Tomando em consideração os constrangimentos do mercado, os custos de capital, condições de segurança, condições de operação e manutenção, a possibilidade de controlo automático, as características do produto e controlo de produção, levantam-se as principais questões que se colocam ao engenheiro químico dos projectos de reactores que são: A configuração; Modo de operação dos reactores que originam produtos com maior lucro possível. 6.2. Classificação dos Reactores Existem vários tipos de reactores químicos e várias maneiras de classificá-los. Quanto ao vaso (o formato mais básico do espaço físico onde se dão as reacções), existem dois tipos principais básicos: Reactores em tanques Reactores em tubos Ambos os tipos podem ser usados como reactores contínuos ou de bateladas. Mais comumente, reactores operam em estado estacionário, mas podem também ser operados em um estado transigente. Quando é primeiramente trazido à operação novamente (após uma manutenção ou inoperação) seria considerado em um estado transitório, onde as variáveis-chave do processo mudam com o tempo. Ambos os tipos de reactores também podem acomodar um ou mais sólidos (reagentes, catalisador ou material inerte), mas os reagentes e os produtos são normalmente líquidos e gases. De acordo com o modo de produção, podemos classificar os reactores em: 6.2.1.Reactor descontínuo ou de partida É simples, flexível e barato que o reactor continuo. É constituído por um vaso onde é colocada a mistura de reagentes e por um agitador com a finalidade de homogeneizar melhor possível a mistura de uma forma racional. Química Técnica. A Química Transformadora 39 ------------ Entrada Saida de substancia Centrifugacao Fig.6. Reactor descontínuo 6.2.2.Reactor Contínuo: A transformação das substâncias é feita continuamente sem parar. É ainda constituído por um agitador e mais tanques ligados em operação contínua. A sua construção é de controlos automáticos, é ideal para o processamento industrial quando as velocidades de reacção e de produção são bastante elevadas. ------------ CA1 CA2 CAF CA Fig7: Reactor contínuo 6.2.3.Reactor Tubular É um reactor operando continuamente sem agitação e de configuração de um tubo. O escoamento da massa de reagente tira-se numa direcção especial que não exige a constância de concentração e as perdas das cargas são desprezíveis. Usa-se geralmente em reacções de fases gasosas e em operações adiabáticas, onde a velocidade é constante e variação da pressão. - - - - - - - - - - - - C S T R R . T u b u la r Fig8: reactor tubular Química Técnica. A Química Transformadora 40 6.2.4. Reactor Semi-contínuo ou Semi-Descontínuo Processa-se a operação com características intermediárias, entre as descritas anteriormente. Há variação da concentração, da massa dos reagentes num tempo, e simultaneamente há adição de um reagente inerte ou há fuga de uma ou mais substâncias de modo contínuo ou descontínuo. Tabela 2: Tipos de reactores e suas vantagens Reactor Aplicação Vantagens Desvantagens Descontinuo Produção em pequena escala; Para produtos intermediários. Elevada conversão por unidade de volume; Flexibilidade de operação. Fácil limpeza Elevados custos de operação; Qualidade de produto mais variável que na operação contínua. Tubular Produção em grande escala, Uso de reacções de fase gasosa e liquida Elevada conversão por unidade de volume. Baixo custo de operação; Operação continua Existência de gradientes térmicos e concentração de radicais Baixo control de temperatura Paragens e limpeza muito honorosas. Continuo com agitação CSTR Produção em grande escala; Uso de reacção em fase liquida, gás-liquido, Sólido- liquido Fácil control da temperatura; adaptação fácil a reacção com duas fases; Simplicidade de construção Baixo custo de operação; Fácil limpeza e operação continua Baixa conversão por unidade de volume Possibilidade de curto- circuito no caso de má agitação. Semi-continuo ou Semi-descontinuo Produção em pequena escala Uso de reacções competitivas e gás-liquido. Elevada conversão por unidade de volume; Boa selectividade, minimização de reacções secundária Flexibilidade de operação Elevado custo de operação(mão-de-obra) Qualidade do produto mais variável que na operação continua. 6.3. Baterias de Reactores Um exemplo de bactérias de reactores semi-contínuo existe na disposição em série de n reactores idênticos em que um dos reagentes é continuamente removido. Ex: No processo de esterificação e sulfonação. Química Técnica. A Química Transformadora 41 Fig.9. Bacterias de reactores ------------- ----- ----- VR CAT CB1 CA(N-1) CB(N-1) VR VR VR CAN CBN QN Bacterias de reactores semi-continuo A alimentação do 1º reactor é constituído por uma mistura de reagentes A e B
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