Aula 02 - Fundamentos e Quimica Verde - 11.02.11
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Processo de
Produção
Química
1º. Sem./2011
Engenharias
Nesta Aula Veremos ...
• O que é um Processo Químico ?
• Quais as Principias Etapas dos PQ ?
• Como funcionam os PQ ?
• Quais os princípios da engenharia dos PQ ?
• Um PQ pode ser sustentável ?
• O que é Química Verde ?
• Introdução a 1ª. Atividade do Blog
• http://profnelsonppq.blogspot.com
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Processo Industrial
O que é ?
Matérias Primas
Produto
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Processo Químico
O que é ?
A indústria química recebe a(s) matéria(s) prima(s) e gera(m) produto(s); a MP pode ser “convertida”:
Sofrendo transformação física Sofrendo transformação química
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Processo Químico
O que é ?
Processos Unitários
Processo Químico
Produto Químico
Intermediário Final
Operações Unitárias
Processo Químico
Classificação
Orgânicos Inorgânicos
Processos Industriais
Processo Químico
Processos Orgânicos P
roces
so
s
Org
ân
ico
s
• Refino Petróleo • Petroquímica • Carboquímica • Sucroquímica • Alcoolquímica • Combustíveis
Fósseis • Biocombustíveis • Polímeros • Farmoquímica
Processo Químico
Processos Inorgânicos P
roces
so
s
Ino
rgân
ico
s
• Cloro-Soda • Tratamento de água • Gases industriais • Cerâmica • Cimento • Vidro • Ácidos • Álcalis • Sais
Processos Químicos
Diagrama Geral
TRATAMENTO REAÇÃO SEPARAÇÃO PURIFICAÇÃO
• MP – Matérias Primas / Reagentes (Recurso Natural ou Prod. Inter.)
• P – Produto Final ou Intermediário
• SP – Subproduto (menor valor) ou coproduto (maior valor)
• R – Resíduos ou Impurezas (subproduto sem valor agregado)
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Processo Químico
Etapas do Processo
ETAPAS
TRATAMENTO
REAÇÃO
SEPARAÇÃO
PURIFICAÇÃO
PROCESSO
OP. UNITÁRIA
PROC. UNITÁRIO
OP. UNITÁRIA
OP. UNITÁRIA
TIPO
Separação Física
Transformação Química
Separação Física
Separação Física
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Processo Químico
Etapa - Tratamento
Opção 1:
• Ajuste das condições operacionais para ocorrer a conversão química
• Temperatura, Pressão, Composição e Fase
Opção 2:
• Tratamento para melhorar o grau de pureza dos reagentes visando reduzir / eliminar substâncias indesejáveis inconvenientes na reação química
Opção 3:
• Processo para obter o reagente de interesse para realizar a reação desejada
• Ex.: Produção de H2 (a partir de combustíveis fósseis, da água ou da biomassa)
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Processo Químico
Etapa - Reação
Tipo Processo:
• Descontínuo (Batelada)
• Contínuo
• Semicontínuo
Tipo de Reator:
• Tanque agitado, tubular,
• Com catalisador (leito fixo ou fluidizado)
Engenharia de Processo (aspectos econômicos):
• Condições Termodinâmicas – T, P e V (regra dos 3 T)
• Cinética e Equilíbrio Químico
• Rendimento e Conversão
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Processo Químico
Separação e Purificação
• Separações Mecânicas
• Operações com Transferência de Massa
• Operações com Transferência de Calor
Classificação
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Processo Químico
Operações Unitárias
Operações Unitárias
Centrifugação
Filtração
Ciclones
Floculação
Separações Mecânicas
Separação de líquidos utilizando a força centrifuga
Separação de particulados sólidos devido a diferença de diâmetro entre as partículas e os poros (meio filtrante)
Separação de sólidos de tamanhos distintos por meio da ação da força centrifuga
Remoção de material coloidal em suspenso, após coagulação e aglomeração
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Processo Químico
Operações Unitárias
Operações Unitárias
Absorção
Destilação
Extração liq/liq
Membranas
Op. Transf. Massa
Separação preferencial de molécula(s) presente(s) em uma mistura gasosa por meio da sua retenção em um líquido
Separação de líquidos por aquecimento, baseado diferentes pontos ebulição
Separação preferencial de um líquido em mistura com outro(s) por ação de um terceiro líquido
Separação de moléculas de diferentes tamanhos utilizando-se uma barreira seletiva
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Processo Químico
Operações Unitárias
Operações Unitárias
Aquecimento
Resfriamento
Produção vapor
Trocador calor
Op. Transf. Calor
Fornecimento de energia para um fluído ou sólido
Retirada de energia de um fluído ou sólido
Uso de vapor para produção de energia (elétrica)
Processo simultâneo aquecer/resfriar de fluido em determinado equipamento
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Processo Químico
Processos Unitários
Processos Unitários
Alquilação
Aminação
Esterificação
Hidrólise
Processos Produtivos
Obtenção de etilbenzeno, MTBE, fármacos, inseticidas, tintas, perfumes, etc.
Obtenção de anilinas, etilaminas, TDA – Tolueno diamina, Farmacêuticos, etc
Obtenção de acetato de metila, de etila, de butila, acrilatos, Biodiesel (trans),....
Hidrólise de gorduras (saponificação), obtenção de fenol, etc
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Processo Químico
Processos Unitários
Processos Unitários
Hidrogenação
Nitração
Oxidação
Sulfonação
Processos Produtivos
Adição de H2 na presença de catalisador em um composto orgânico (refino petróleo)
Introdução de um grupo nitro em uma mol. orgânica (explosivos, tintas, vernizes, etc)
Reação de oxi-redução com o O2 (ar) e uma mol. orgânica ou inorgânica.
Introdução do SO3 em composto orgânico através de ligação C-S (detergentes)
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Processo Químico
Processos Unitários
Processos Unitários
Fermentação
Carboxilação
Polimerização
Processos Produtivos
Processo Bioquímico: Alimentícia bebidas, açúcar e álcool
Farmacêutica e alimentícia
Obtenção de macro moléculas usando múltiplas unidades iguais (PVC, Têxtil, etc)
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Processo Químico
Matérias Primas
Petróleo (Petroquímica)
Carvão Mineral (Carboquímica)
Gás Natural
Etanol (Alcoolquímica)
Sacarose (Sucroquímica)
Outros: Xisto, Minerais, etc ..
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Processo Químico
Engenharia de Processo
“Conjunto de atividades que incluem a concepção, o dimensionamento e a avaliação de desempenho do processo para obter um produto
desejado”
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Qual a melhor rota de produção de “P” a partir de “A” e “B” ?
T R S P
T R S S P
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Como definir a rota de fabricação de um processo químico ?
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Estudo de viabilidade técnico-econômica: Balanço de Massa e Energia Estudo Cinético das Reações Condições Termodinâmicas do Processo Estudo dos Fenômenos dos Transportes Fluxogramas, Projeto Básico e Detalhado
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Escolha do produto desejado: Qual a molécula de interesse ? Qual o preço de mercado ? Qual a demanda ? Qual a qualidade requerida ?
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Escolha das matérias primas: Quais a matérias primas ? Quais os preços e fornecedores ? Qual a disponibilidade ? Qual o grau de pureza fornecido ?
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Exigências Legais e Ambientais: Quais as licenças necessárias ? Quais os impactos no meio ambiente ? Quais resíduos formados e seu grau de
toxicidade e periculosidade ? Quais os investimentos em tratamento
desses resíduos ?
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Processo Químico
Engenharia de Processo
Definido a Rota: Testar as condições em Laboratório Testas as condições em Planta Piloto Registrar Patente Operacionalizar
O que é ?
Uma sociedade sustentável é aquela que
satisfaz suas necessidades sem sacrificar as
possibilidades das gerações futuras.
O desenvolvimento sustentável deve ser um
objetivo estratégico da sociedade.
A Química tem um papel fundamental para
tratar de alcançar esse objetivo.
Processo Químico
Desenvolvimento Sustentável
Processo Químico
Tecnologias Verde
O que faz?
Desenvolver produtos químicos e processos que gerem ou usem poucas (ou
nenhuma) sustâncias perigosas.
Como ?
Prevenir não remediar (mitigar).
Quanto ?
“Minimizar resíduos”.
Processos Químicos
Química Verde - Princípios
Evitar geração de resíduos
Maximizar a economia de átomos
Reduzir toxicidade
Desenvolver produtos seguros e eficientes
Eliminar/melhorar solventes e auxiliares de reação
Otimizar uso de energia
Usar fontes renováveis
Evitar derivados e múltiplas etapas
Usar catalisadores
Desenvolver produtos degradáveis
Monitorar/controlar processos em tempo real
Desenvolver processos seguros
Processos Industrias
Sustentáveis
CASOS
1. Síntese do Ibuprofeno
2. Dióxido de Carbono Residual como
agente de sopro
3. Surfactantes para dióxido de carbono
(lavagem a seco)
4. Atividades oxidantes para peróxido de
hidrogênio
5. Novos inseticidas
Estudo de Casos
1. O que é …
2. Quem são os fabricantes e qual a
produção mundial
3. Como é a rota tradicional ?
4. Qual a rota proposta sustentável ?
5. Quais os benefícios obtidos com a nova
rota (identificar os princípios da quimica
verde)
6. Quem esta utilizando na prática ?
Estudo de Casos
Atividades no Blog
• Visite o Blog da Disciplina (link abaixo)
• http://profnelsonppq.blogspot.com
• 1º. Faça sua inscrição no Blog
• 2º. Leia o Post da 1ª. Aula Blog sobre Química Verde e
visite os links indicados
• 3º. Até a próxima Aula (11/02) responda as perguntas
feitas no post (participação individual !!!)
• 4º. Segunda Aula Blog: Trabalho de Equipe (Definição
dos Temas e dos Grupos) – Prazo entrega dos trabalhos
15 dias
Obrigado
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