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08/03/2017
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PQI 3211Engenharia de Produçãoe Processos Químicos
O setor de Indústrias Químicas no Brasil
08/03/2017
4
1
Produtos químicos de uso industrial
1.006 = Total de fábricas de produtos químicos de uso industrial cadastradas
= 4
7
64
10
= 4
8
2
70
2
5
= 7= 14
4
= 5
= 41 1
1
1
Nordeste = 114Sudeste = 706S l 159
Norte = 15Nordeste = 114industrial cadastradas
no Guia da Indústria Química Brasileira
4
51 = 77
74= 34
555
Fonte: ABIQUIM.
Sul = 159Nordeste 114Sudeste = 706Sul = 159
Fonte: ABIQUIM
Matéria-prima
Petróleo Gás
Minérios
Matéria-prima
Estrutura da Indústria Química
Fonte: ACC -Guide to the Business of Chemistry -
2002
Processo Químico
Produtos Químicos BásicosEnergia
ArÁgua
Biomassa
Processo Químico
8
Intermediários Químicos e Produtos Finais
Indústrias de Transformação
Consumidores Exportação
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Características de uma Indústria Química:
Produto pode ser matéria-prima da própria IQ
Intensiva em capital, matéria-prima e energia
Grande escala, o p e r a ç ã o c o n t í n u a
Permeia demais setores industriais e de consumo
9
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OBJETIVOS DO CURSO
1. Aquisição de Conceitos sobre Engenharia de Processos Químicos
2. Aprendizado de técnicas de solução de Balanços de Massa e de Energia em Processos da
Indústria Química
Representações de processos industriais:
Etapa 1fluxogramas de processo
Representações de Sequências
de Etapas de Processamento
(Operações)
Etapa 1
Etapa i
(Operações)
Etapa n
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Produção de Café
a partir de água e grãos de café torrado
Fluxograma do Processo de Produção de Café
a partir de água e grãos de café torradoa partir de água e grãos de café torrado
Aquecer água
Água
Café
Extrair café
SepararL-S
(filtrar)
Sólido:
Rejeito
Moer os grãos
Café
(grãos) Líquido: Produto
Etapas (operações)
Conexões (correntes)
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Fluxograma do Processo de Produção de Café
a partir de água e grãos de café torrado
Energia
a partir de água e grãos de café torrado
Aquecer água
Água
Café
Extrair café
SepararL-S
(filtrar)
Sólido:
RejeitoEnergia
Moer os grãos
Café
(grãos) Líquido: Produto
Etapas (operações)
Conexões (correntes)
Produção de Café
a partir de água e grãos de café torrado
Consumo específico, por kg de produto (solução):
1,13 kg água
0,07 kg Café moído
Energia*
Rejeito: 0,20 kg (35% de sólidos)
Invest imento?Invest imento?
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M té i
Estrutura de um Processo Industrial
Reciclos
Matérias-Primas
Preparação Transformações Acabamento
Processos de Tratamento
Produtos
Rejeitos
Efluentes
SINTERIZAÇÃO
Carvão Minério de Ferro
Altos
Processos da Indústria Siderúrgica
REDUÇÃO
COQUEIFICAÇÃOCarvão
OXIGENAÇÃO
Ferro
FornosAciaria
MOLDAGEM -LINGOTAMENTO
Aço
LINGOTAMENTO
Produtos
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Sinterização
Processos da Indústria Siderúrgica
Coqueria
Petróleo cru
Refino de Petróleo
CRAQUEAMENTOS
DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA
Tratamentos: hidrotratamentos
etc
Frações pesadas
Frações médias
Frações leves
Tratamentos: reforma catalítica etc
Produtos pesados:Asfalto, óleos pesados
etc
Produtos intermediários:Óleo combustível, diesel,
gasolina, nafta etc
Produtos leves:Solventes, gases
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Diagrama de Entradas e Saídas
Matérias-primas
A B
A + B C + D
Produtos
C D
Diagrama de Blocos (ou Funções)
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Fluxograma de Processo de uma área específica
Fluxograma de Tubulações e Instrumentos (P & I)
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Representações de um mesmo sistema
Estrutura de um Processo Industrial
Unidade de Processamento
Entradas Saidas
. . .
. . .
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Estrutura de um Processo Industrial
Unidade de
Entradas Saidas
. . .
. . .Processamento
Estrutura de um Processo Industrial
Energia
Unidade de Processamento
Entradas Saidas
Energia
. . .
. . .
Variáveis de Processo:
VazãoTemperaturaPressãoComposição
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Exemplo: Unidade de Evaporação
Energia
Unidade de Processamento
Solução aquosa salina
Solução Concentrada (salmoura)
Energia
Água
1122
33
Variáveis de Processo:
VazãoTemperaturaPressãoComposição
3 Correntes:
Corrente 1: água; salCorrente 2: Água; salCorrente 3: Água
Total: 11 variáveis (Correntes)+ taxa de consumo de energia
Exemplo: Unidade de Evaporação
11
33
22
17 Correntes:
Total: 67 variáveis (Correntes)+ taxa de consumo de energia em cada estágio
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Exemplo: Unidade de Evaporação
OBJETIVOS DO CURSO
1. Aquisição de Conceitos sobre Engenharia de Processos Químicos
2. Aprendizado de técnicas de solução de Balanços de Massa e de Energia em Processos da
Indústria Química
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PROFESSORES
Prof. Roberto Guardani
Prof. Moisés Teles dos Santos
www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi3211
Bibliografia
HIMMELBLAU, D.M. RIGGS, J.B. Engenharia Química - Princípios e Cálculos. Trad. da 7ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2006. 888p.
REKLAITIS, G.V. Introduction to Material and Energy Balances. J. Wiley, New York, 1983. 683p.
FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos Químicos. Trad. da 3ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005. 604p.
TURTON, R., BAILIE, R.C., WHITING, W.B., SHAEIWITZ, J.A., Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, 2nd. Ed., Prentice Hall, Upper Saddle River 2007 987pUpper Saddle River, 2007. 987p.
McCABE, W. L., SMITH, J. C., HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th. Ed., McGraw-Hill, 2001.
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Aula Tema
1 Apresentação do curso Introdução Conceituação de
PQI 3211
1 Apresentação do curso. Introdução. Conceituação de processos industriais; fluxogramas de processo.
2 Variáveis de processo, unidades, conversão de unidades.
3
4
Balanços de Massa: formulação geral – Análise de Graus de Liberdade.
Balanços de Massa em Sistemas com Múltiplas Unidades de Processamento.
5 Aplicação de BM a processos com reações químicas. Reatores Químicos Industriais.
PROVA P1PROVA P1
Aula Tema
6 Balanço de Energia.
7 Balanço de Energia.
8 Balanço de Energia.
9 Operações da Indústria Química: Trocadores de Calor
PROVA P2PROVA P2
10
11
12
Operações da Indústria Química: Processos de Separação e Purificação
Operações da Indústria Química: Processos de Separação e Purificação
O õ d I dú t i Q í i Utilid d E i12
13
Operações da Indústria Química: Utilidades, Energia
Estimativas de Custo para Processos Químicos
PROVA P3PROVA P3
PROVA SUBPROVA SUB
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Critério de Aprovação
Média de 3 provas, com pesos 1,0, 1,5 e 1,5:
P = (P1 + 1,5 P2 + 1,5 P3)/4
OBJETIVOS DO CURSO
1.Aquisição de conceitos sobre Balanços de Massa e de Energia em Processos Químicos
Industriais
2 Aquisição de habilidades na solução de2.Aquisição de habilidades na solução de equações relacionadas aos Balanços de Massa e
de Energia
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Exemplo:
Processo de Produção de Etileno Glicol
Etapa 1: Eteno (Etileno) + Oxigênio → Óxido de Etileno
Etapa 2: Óxido de Etileno + Água → Etileno Glicol
Aditivos sist. Refrigeração
Produção de PoliesterPoliester
Exemplo:
Processo de Produção de Etileno Glicol
Etapa 1: C2H4+ ½ O2 → C2H4O (g), catalisada
C2H4+ 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O (g)
Condições:Temperatura, pressão, proporção molar C2H4 : O2
Etapa 2: C2H4O+ H2O → C2H4(OH)2 (Líq.)
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Ar H2O
C2H4(OH)2
H2O, C2H4O, outros
?? ??
Reator 1 Reator 2C2H4 C2H4O
C2H4(OH)2
C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4
Gás,l T l
Líquido,Temperatura e Pressão ambientes
alta Temperatura, alta Pressão
Ar H2O
C2H4(OH)2
H2O, C2H4O, outros
Reator 1 Reator 2C2H4 C2H4O
C2H4(OH)2
C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4
Produto
RejeitosRecicláveis
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Ar H2O
?? ??
Reator 1 Reator 2C2H4 C2H4O
C2H6O2
São necessárias etapas intermediárias com as seguintes funções:
1.Mudança de condição termodinâmica (Temperatura, Pressão)
2.Separação de componentes das misturas
3.Recuperação ou descarte de alguns componentes
Ar H2O
?? ??
Reator 1 Reator 2C2H4 C2H4O
C2H6O2
Operações Unitárias:
1.Trocadores de calor, bombas, compressores, ...
2.Colunas de destilação, absorção, ...