PQI 3211 Engenharia de Produção e Processos Químicos O setor de Indústrias Químicas no Brasil

Transcrição

1 PQI 3211 Engenharia de Produção e Processos Químicos O setor de Indústrias Químicas no Brasil 1

2 DO BRASIL 2

3 3

4 Produtos químicos de uso industrial = Total de fábricas de produtos químicos de uso industrialcadastradas no Guia da Indústria Química Brasileira = = 77 = 5 = 7 = 14 = 4 = 4 Nordeste = 114 Norte Sudeste = 15 = 706 Nordeste Sul = 159 = 114 Sudeste = 706 Sul = = 34 Fonte: ABIQUIM. Fonte: ABIQUIM Estrutura da Indústria Química Minérios Matéria-prima Matéria-prima Petróleo Gás Processo Químico Biomassa Energia Ar Água Produtos Químicos Básicos Processo Químico Fonte: ACC - Guide to the Business of Chemistry Intermediários Químicos e Produtos Finais Indústrias de Transformação Consumidores Exportação 8 4

5 Características de uma Indústria Química: Produto pode ser matéria-prima da própria IQ Intensiva em capital, matéria-prima e energia Grande escala, operação contínua Permeia demais setores industriais e de consumo 9 5

6 6

7 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: fluxogramas de processo Etapa 1 Representações de Sequências de Etapas de Processamento (Operações) Etapa i Etapa n 7

8 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 torrado Água Aquecer água Extrair café Separar L-S (filtrar) Sólido: Rejeito Café (grãos) Moer os grãos Conexões (correntes) Líquido: Produto Etapas (operações) 8

9 Energia Fluxograma do Processo de Produção de Café a partir de água e grãos de café torrado Água Aquecer água Energia Extrair café Separar L-S (filtrar) Sólido: Rejeito Café (grãos) Moer os grãos Conexões (correntes) Líquido: Produto Etapas (operações) 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) Investimento? 9

10 Estrutura de um Processo Industrial Reciclos Matérias- Primas Preparação Transformações Acabamento Produtos Rejeitos Processos de Tratamento Efluentes Processos da Indústria Siderúrgica Carvão Minério de Ferro SINTERIZAÇÃO Altos Fornos Aciaria REDUÇÃO Ferro OXIGENAÇÃO Aço Carvão COQUEIFICAÇÃO MOLDAGEM - LINGOTAMENTO Produtos 10

11 Processos da Indústria Siderúrgica Sinterização Coqueria Refino de Petróleo Petróleo cru Tratamentos: hidrotratamentos etc Frações pesadas DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA Frações médias CRAQUEAMENTOS Frações leves Tratamentos: reforma catalítica etc Produtos pesados: Asfalto, óleos pesados etc Produtos intermediários: Óleo combustível, diesel, gasolina, nafta etc Produtos leves: Solventes, gases 11

12 Representações de processos industriais: fluxogramas 12

13 Diagrama de Entradas e Saídas Matérias-primas A B A + B C + D C D Produtos Diagrama de Blocos (ou Funções) 13

14 Fluxograma de Processo Fluxograma de Processo de uma área específica 14

15 Fluxograma de Processo de uma área específica Fluxograma de Tubulações e Instrumentos (P & I) 15

16 Planta de Tubulações Desenhos em perspectiva isométrica 16

17 Representações de um mesmo sistema Estrutura de um Processo Industrial Entradas... Unidade de Processamento... Saidas 17

18 Estrutura de um Processo Industrial Entradas Unidade de Processamento Saidas Estrutura de um Processo Industrial Energia Entradas... Unidade de Processamento... Saidas Variáveis de Processo: Vazão Temperatura Pressão Composição 18

19 Exemplo: Unidade de Evaporação Energia Solução aquosa salina 1 Unidade de Processamento 2 3 Solução Concentrada (salmoura) Água Variáveis de Processo: Vazão Temperatura Pressão Composição 3 Correntes: Corrente 1: água; sal Corrente 2: Água; sal Corrente 3: Água Total: 11 variáveis (Correntes) + taxa de consumo de energia Exemplo: Unidade de Evaporação Correntes: Total: 67 variáveis (Correntes) + taxa de consumo de energia em cada estágio 19

20 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 20

21 PROFESSORES Prof. Roberto Guardani Prof. Moisés Teles dos Santos Bibliografia HIMMELBLAU, D.M. RIGGS, J.B. Engenharia Química - Princípios e Cálculos. Trad. da 7ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, p. REKLAITIS, G.V. Introduction to Material and Energy Balances. J. Wiley, New York, p. FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos Químicos. Trad. da 3ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, p. 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, p. McCABE, W. L., SMITH, J. C., HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th. Ed., McGraw-Hill,

22 PQI 3211 Aula Tema 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 P1 Aula Tema 6 Balanço de Energia. 7 Balanço de Energia. 8 Balanço de Energia. 9 Operações da Indústria Química: Trocadores de Calor PROVA P Operações da Indústria Química: Processos de Separação e Purificação Operações da Indústria Química: Processos de Separação e Purificação 12 Operações da Indústria Química: Utilidades, Energia 13 Estimativas de Custo para Processos Químicos PROVA P3 PROVA SUB 22

23 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 de 2.Aquisição de habilidades na solução de equações relacionadas aos Balanços de Massa e de Energia 23

24 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 Poliester Exemplo: Processo de Produção de Etileno Glicol Etapa 1: C 2 H 4 + ½ O 2 C 2 H 4 O (g), catalisada C 2 H O 2 2 CO H 2 O (g) Condições: Temperatura, pressão, proporção molar C 2 H 4 : O 2 Etapa 2: C 2 H 4 O+ H 2 O C 2 H 4 (OH) 2 (Líq.) 24

25 Ar H 2 O C 2 H 4 (OH) 2 H 2 O, C 2 H 4 O, outros?? C 2 H 4 C 2 H 4 O C 2 H 4 (OH) 2 Reator 1 Reator 2 C 2 H 4 O, CO 2, O 2, N 2, H 2 O, C 2 H 4 Gás, alta Temperatura, alta Pressão Líquido, Temperatura e Pressão ambientes C 2 H 4 (OH) 2 H 2 O, C 2 H 4 O, outros Ar H 2 O C 2 H 4 C 2 H 4 O C 2 H 4 (OH) 2 Reator 1 Reator 2 C 2 H 4 O, CO 2, O 2, N 2, H 2 O, C 2 H 4 Produto Rejeitos Recicláveis 25

26 Ar H 2 O?? C 2 H 4 C 2 H 4 O C 2 H 6 O 2 Reator 1 Reator 2 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 H 2 O?? C 2 H 4 C 2 H 4 O C 2 H 6 O 2 Reator 1 Reator 2 Operações Unitárias: 1.Trocadores de calor, bombas, compressores,... 2.Colunas de destilação, absorção,... 26

27 Processo de Produção de Etileno Glicol Processo de Produção de Etileno Glicol 27

28 Processo de Produção de Etileno Glicol Processo de Produção de Etileno Glicol 28