Apres 01
- 1. 31/07/2019 1 PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA UNIDADES DIDÁTICAS 1. Introdução ao estudo dos Processos Químicos Industriais. Relacionamento com a Indústria Química. 2. Derivados inorgânicos do nitrogênio. 3. Fósforo e ácido fosfórico. 4. Ácido sulfúrico. 5. Indústrias de cloro álcalis. 6. Carga e pigmentos inorgânicos. 7. Indústrias de vidros e materiais cerâmicos. 8. Ácido clorídrico. 9. Fertilizantes. 1. Introdução ao estudo dos Processos Químicos Industriais. Relacionamento com a Indústria Química. 2. Derivados inorgânicos do nitrogênio. 3. Fósforo e ácido fosfórico. 4. Ácido sulfúrico. 5. Indústrias de cloro álcalis. 6. Carga e pigmentos inorgânicos. 7. Indústrias de vidros e materiais cerâmicos. 8. Ácido clorídrico. 9. Fertilizantes. 1 2
- 2. 31/07/2019 2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. SHREVE, R.N. & BRINK, J.A. – Indústrias de Processos Químicos 2. LIMA, I.R. – Elementos Básicos de Engenharia Química 3. SHERWOOD, T.K. – Projeto de Processos da Indústria Química 4. BÜCHNER, W. – Industrial Inorganic Chemistry 5. CONSIDINE, D.M. – Chemical and Process Technology Encyclopedia 6. KUZNETSOV, D. – Chemical Engineering 1. SHREVE, R.N. & BRINK, J.A. – Indústrias de Processos Químicos 2. LIMA, I.R. – Elementos Básicos de Engenharia Química 3. SHERWOOD, T.K. – Projeto de Processos da Indústria Química 4. BÜCHNER, W. – Industrial Inorganic Chemistry 5. CONSIDINE, D.M. – Chemical and Process Technology Encyclopedia 6. KUZNETSOV, D. – Chemical Engineering PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS I UD 01 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DOS PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS – RELACIONAMENTO COM A ENGENHARIA QUÍMICA 3 4
- 3. 31/07/2019 3 PROCESSO QUÍMICO A indústria química recebe a(s) matéria(s) prima(s) e gera produtos; a matéria prima pode ser separada em frações (sem sofrer transformação química) ou em outros produtos (sofrendo transformação química). PROCESSO QUÍMICO Processo químico MATÉRIAS- PRIMAS MÃO-DE- OBRA RECURSOS PRODUTO RESÍDUOS Etapas Reações Operações 5 6
- 4. 31/07/2019 4 PROCESSO QUÍMICO MATÉRIAS-PRIMAS: • SÓLIDOS • LÍQUIDOS • SOLUÇÕES • SUSPENSÕES • GASES PREPARAÇÃO PROCESSO QUÍMICO RECURSOS: • UTILIDADES: • VAPOR • ENERGIA ELÉTRICA • ÁGUA TRATADA • GASES • AR COMPRIMIDO • OUTROS RECURSOS: • MANUTENÇÃO • INSTRUMENTAÇÃO, ETC. 7 8
- 5. 31/07/2019 5 PROCESSO QUÍMICO RESÍDUOS: • SUB-PRODUTOS • RESÍDUOS POLUENTES: • RESÍDUOS SÓLIDOS RECICLÁVEIS • RESÍDUOS SÓLIDOS TRATÁVEIS • RESÍDUOS SÓLIDOS INCINERÁVEIS • RESÍDUOS SÓLIDOS PARA ATERROS • EFLUENTES (LÍQUIDOS) • EMISSÕES GASOSAS PROCESSO QUÍMICO O PROCESSO QUÍMICO COMPREENDE VÁRIAS ETAPAS: •PREPARAÇÃO DAS MATÉRIAS- PRIMAS •REAÇÕES QUÍMICAS •PURIFICAÇÃO DO PRODUTO •EMBALAGEM 9 10
- 6. 31/07/2019 6 PROCESSO QUÍMICO ETAPAS: • CONVERSÕES REAÇÕES QUÍMICAS • OPERAÇÕES TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS PROCESSO QUÍMICO Quando a matéria prima não sofre transformação química, para a obtenção de produtos, dizemos que ela foi submetida a uma OPERAÇÃO UNITÁRIA. O conjunto de operações unitárias coordenadas e etapas com reações químicas, que levam à transformação de matérias-primas nos produtos desejados, chamamos de PROCESSO QUÍMICO. 11 12
- 7. 31/07/2019 7 PROCESSO QUÍMICO OPERAÇÕES: • Bombeamento de fluidos • Troca de calor • Transporte de sólidos • Redução de tamanho • Peneiração • Filtração • Misturação • Destilação • Evaporação • Absorção de gás • Extração • Processos de separação • Secagem PROCESSO QUÍMICO O PROCESSO QUÍMICO INDUSTRIAL é a aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química (quando necessário, apoiadas por outras ciências) para a transformação da(s) matéria(s)-prima(s) em produtos. 13 14
- 8. 31/07/2019 8 PROCESSO QUÍMICO PROCESSOS INDUSTRIAIS: • ORGÂNICOS • INORGÂNICOS PROCESSO QUÍMICO PROCESSOS ORGÂNICOS: • NITRAÇÃO • SULFONAÇÃO • ALQUILAÇÃO • ESTERIFICAÇÃO • POLIMERIZAÇÃO • FERMENTAÇÃO • AMINAÇÃO • CARBOXILAÇÃO • HIDROGENAÇÃO • OXIDAÇÃO, ETC. 15 16
- 9. 31/07/2019 9 PROCESSO QUÍMICO PROCESSOS INORGÂNICOS: • Tratamento de água • Carboquímicos • Petroquímica • Gases combustíveis • Gases industriais • Cerâmica • Cimento • Vidro • Ácidos • Álcalis • Sais • Tintas • Explosivos • Corantes • Detergentes e sabões • Perfumes, aromatizantes • Alimentos • Agroquímicos • Óleos, gorduras • Açúcar e amido • Fermentação • Papel e celulose • Indústria de fósforo • Indústria de potássio • Indústria de nitrogênio • Plásticos • Fibras sintéticas • Borracha QUÍMICA Química Ciência básica Pesquisas em laboratório Processos Químicos 17 18
- 10. 31/07/2019 10 ASPECTOS ECONÔMICOS DOS PROCESSOS • Constantes de equilíbrio químico • Tempos de residência • Velocidade de reação RENDIMENTO E CONVERSÃO ESTÁ RELACIONADO COM A CAPACIDADE DO PROCESSO DE REAPROVEITAMENTO DE SUBSTÂNCIAS QUE NÃO REAGIRAM, MAXIMIZANDO O APROVEITAMENTO DAS MATÉRIAS PRIMAS. RENDIMENTO PROCESSO QUÍMICO 19 20
- 11. 31/07/2019 11 RENDIMENTO E CONVERSÃO ESTÁ RELACIONADO COM A CINÉTICA QUÍMICA DA ETAPA DE CONVERSÃO DO PROCESSO. É INFLUENCIADA PELAS VARIÁVEIS DO PROCESSO, COMO CONCENTRAÇÃO, TEMPERATURA E PRESSÃO. CONVERSÃO EQUILÍBRIO QUÍMICO RENDIMENTO E CONVERSÃO 100 x Moles do produto principal RENDIMENTO = Moles do produto principal correspondentes à desaparição completa do reagente mais importante no processo Consumo no processo 21 22
- 12. 31/07/2019 12 RENDIMENTO E CONVERSÃO 100 x Moles do produto principal CONVERSÃO = Moles do produto principal correspondentes à carga do reagente mais importante no equilíbrio químico da reação Consumo no reator RENDIMENTO E CONVERSÃO Exemplo: Síntese da amônia, a 150 atm e 500ºC: Rendimento é maior que 98% Conversão 14% 1/2 N2 + 3/2 H2 NH3 Recirculação – economia do processo – equipamentos necessários 23 24
- 13. 31/07/2019 13 CUSTOS DE PRODUÇÃO Custos fixos Custos variáveis $ Quantidade produzida Custo total de produção Receita de vendas (faturamento) Ponto de equilíbrio X PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO Processo Contínuo: Fluxo constante de matérias-primas e de produtos em todos os equipamentos. Processo Descontínuo (por batelada): Um equipamento é carregado com as matérias-primas, a operação ou a conversão ocorrem após um tempo determinado, quando então o produto é descarregado. 25 26
- 14. 31/07/2019 14 PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO O processo contínuo exige uma instrumentação de processo mais complexa, que não somente registre, mas também controle as variáveis do processo (temperatura, vazão, pressão...). É necessário controlar os desvios e corrigi-los rapidamente. Controle informatizado do processo. Custos são altos para pequenas produções mas se diluem para grandes produções. PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO O processo descontínuo é utilizado quando o volume de produção é pequeno, quando o custo de produção é mais favorável que o do processo contínuo ou quando condições de segurança são fundamentais. 27 28
- 15. 31/07/2019 15 FLUXOGRAMAS (FLOW-SHEET) Seqüência coordenada das conversões químicas e das operações unitárias, expondo os aspectos básicos do processo químico. Indica pontos de entrada de matérias- primas e de utilidades e os pontos de retirada dos produtos e subprodutos. Podem ser simples, na forma de diagramas de blocos ou detalhados. FLUXOGRAMAS (FLOW-SHEET) 29 30
- 17. 31/07/2019 17 REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS Industrialmente, os reatores químicos podem ser de vários formatos, dimensões e materiais, dependendo das condições em que a conversão química se realiza e os reagentes em excesso podem ou não retornar ao processo, formando o reciclo; pode haver catalisador ou não; o catalisador pode estar em leito fixo ou em leito fluido. REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS Por questão de rendimento, geralmente é desejável que, nas reações químicas realizadas em condições industriais, um ou mais reagentes estejam em excesso relativamente às quantidades teóricas previstas pelas equações químicas e os produtos encerrarão alguns dos reagentes não consumidos, ao lado dos compostos formados na reação. 33 34
- 18. 31/07/2019 18 REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS As quantidades máximas dos produtos formados serão determinadas pela quantidade do REAGENTE-LIMITE, que é aquele que não se encontra em excesso relativamente a qualquer outro do processo; este reagente serve como base para o cálculo do excesso dos demais. REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS EQUAÇÃO QUÍMICA E ESTEQUIOMETRIA A equação química dá várias informações qualitativas e quantitativas essenciais para o cálculo das massas dos materiais envolvidos em um processo químico, como por exemplo: C7H16 (v) + 11 O2 (g) 7 CO2 (g) + 8 H2O (v) 1 mol 11 moles 7 moles 8 moles A equação química nos fornece, em termos de moles, as razões entre reagentes e produtos, chamadas razões estequiométricas. A ESTEQUIOMETRIA lida com as massas dos elementos e compostos que se combinam. 35 36
- 19. 31/07/2019 19 REAÇÕES QUÍMICAS REALIZADAS EM CONDIÇÕES INDUSTRIAIS EXEMPLO: Uma fábrica de fertilizantes produz superfosfato, tratando fosforita, rocha fosfática contendo fosfato de cálcio, com 83% de pureza, pelo ácido sulfúrico concentrado. Num ensaio realizado, foram misturados 500 kg de fosfato com 255,1 kg de solução de ácido sulfúrico, a 98 %, obtendo-se 280 kg de superfosfato, conforme a equação: Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 2 CaSO4 + CaH4(PO4)2 Pedem-se: a) o reagente-limite; b) o cálculo do excesso do outro reagente; c) o rendimento (superfosfato em relação ao fosfato de cálcio). 37