Processos químicos industriais Matérias-primas, Resumos de Processos Químicos

Baixe Processos químicos industriais Matérias-primas e outras Resumos em PDF para Processos Químicos, somente na Docsity!

Processos Químicos Industriais

Matérias-primas, Técnicas de Produção e

Métodos de Controle de Corrosão

Nathalia Motta de Carvalho Tolentino

Processos Químicos Industriais

Matérias-primas, Técnicas de Produção e

Métodos de Controle de Corrosão

1 a^ Edição

Agradecimentos

Agradeço a Deus, aos familiares e amigos pelas oportunidades, apoio, contribuições e forças

que me fizeram chegar aonde cheguei e que me tornaram capaz de escrever este livro.

4 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão

Sobre a autora

Como a grande maioria das crianças, que não conhecem o grande universo de profissões que

existe, na minha infância tinha o sonho de ser médica, dançarina e até mesmo dona de padaria. Uma

das coisas que nunca me passara pela cabeça foi virar professora. Porém, aos 13 anos, como uma boa

aluna, comecei a dar aulas de reforço escolar para crianças da rua, no início somente por favores.

Surpreendentemente, descobri não só um dom como também uma vocação.

Ao entrar no Ensino Médio, descobri o universo da química e junto com ele a profissão que

iria seguir: professora de química.

No ano de 2012 me formei em licenciatura em química pela Universidade Federal Fluminense.

Comecei a dar aula em escolas particulares, e atualmente pertenço ao programa de Pós-Graduação

da Universidade Federal Fluminense como aluna de Mestrado em química, trabalhando na área de

síntese de novas moléculas que possam apresentar atividade antivirais, antibióticas e anticâncer.

• Capítulo 1 – Introdução aos Processos Industriais Sumário
  • 1.1 Conceitos básicos...............................................................................................................................................
    • 1.1.1 Definição de processo
    • 1.1.2 Operações unitárias
  • 1.2 Classificação dos sistemas
    • 1.2.1 Quanto ao tipo de operação
    • 1.2.2 Quanto ao comportamento ao longo do tempo
  • 1.3 Principais equipamentos utilizados nas indústrias
  • 1.4 Controle de processo
  • 1.5 Tratamento de água para sistemas de aquecimento e resfriamento
    • 1.5.1 Clarificação da água
    • 1.5.2 Água desmineralizada
  • 1.6 Tratamento de efluentes....................................................................................................................................
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 2 – Produção de Cerâmicas, Vidros e Cimento
  • 2.1 Tipos de materiais cerâmicos
  • 2.2 Etapas da fabricação da cerâmica
    • 2.2.1 Preparo da matéria-prima
    • 2.2.2 Moagem
    • 2.2.3 Preparo da massa
    • 2.2.4 Moldagem das peças
    • 2.2.5 Secagem
    • 2.2.6 Esmaltação.................................................................................................................................................
    • 2.2.7 Queima
    • 2.2.8 Acabamento
  • 2.3 Impactos da indústria cerâmica ao ambiente
  • 2.4 Processo de fabricação do vidro
    • 2.4.1 Composição...............................................................................................................................................
    • 2.4.2 Fusão
    • 2.4.3 Moldagem
    • 2.4.4 Tratamento a quente da superfície
    • 2.4.5 Recozimento..............................................................................................................................................
    • 2.4.6 Tratamento a frio da superfície...............................................................................................................
  • 2.5 Impacto da indústria de vidro ao ambiente
  • 2.6 Processo de fabricação do cimento
    • 2.6.1 Composição...............................................................................................................................................
    • 2.6.2 Moagem de cru
    • 2.6.3 Pré-calcinação
    • 2.6.4 Clinquerização
    • 2.6.5 Resfriamento
  • 2.7 Impactos da indústria de cimento ao ambiente.............................................................................................
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 3 – A Indústria Soda-Cloro
  • 3.1. Eletrólise
    • 3.1.1 Eletrólise com células de mercúrio
    • 3.1.2 Eletrólise com células tipo diafragma
    • 3.1.3 Eletrólise em células de membrana 6 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 4 – Fertilizantes
  • 4.1 Introdução
  • 4.2 Qualidade
  • 4.3 Fertilizantes fontes de nitrogênio
    • 4.3.1 Ureia
    • 4.3.2 Sulfato de amônio
    • 4.3.3 Fosfato monoamônico MAP e fosfato diamônico DAP......................................................................
    • 4.3.4 Nitrocálcio
  • 4.4 Fertilizantes fontes de fósforo
    • 4.4.1 Superfosfato simples
    • 4.4.2 Superfosfato triplo
    • 4.4.3 Termofosfato
  • 4.5 Fertilizantes fontes de potássio
  • 4.6 Impactos ao ambiente
  • 4.7 Informações de periculosidade e efeitos ao ambiente
    • 4.7.1 Ureia
    • 4.7.2 Sulfato de amônio
    • 4.7.3 MAP e DAP
    • 4.7.4 Superfosfato simples
    • 4.7.5 Superfosfato triplo
    • 4.7.6 Termofosfato
  • 4.8 Adubação orgânica
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 5 – Gases Industriais
  • 5.1 O que são gases industriais?
  • 5.2 Gases industriais, aplicações e obtenção
    • 5.2.1 Nitrogênio
    • 5.2.2 Oxigênio
    • 5.2.3 Argônio
    • 5.2.4 Hidrogênio
    • 5.2.5 Hélio
    • 5.2.6 Acetileno
    • 5.2.7 Dióxido de carbono..................................................................................................................................
    • 5.2.8 Monóxido de carbono..............................................................................................................................
    • 5.2.9 Gás natural
    • 5.2.10 Gás liquefeito de petróleo......................................................................................................................
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 6 – Polímeros
  • 6.1 Conceitos
    • 6.1.1 Polímeros
    • 6.1.2 Monômeros
  • 6.2 Tipos de polímeros
    • 6.2.1 Quanto ao método de preparação
    • 6.2.2 Quanto ao aumento de temperatura
    • 6.2.3 Quanto à origem
    • 6.2.4 Quanto ao número de monômeros
    • 6.2.5 Quanto à função química
    • 6.2.6 Quanto à estrutura da cadeia
  • 6.3 Nomenclatura de polímeros
  • 6.4 Reações de polimerização.................................................................................................................................
  • 6.5 Técnicas de polimerização
    • 6.5.1 Polimerização em massa..........................................................................................................................
    • 6.5.2 Polimerização em solução
    • 6.5.3 Polimerização em suspensão
    • 6.5.4 Polimerização em emulsão......................................................................................................................
    • 6.5.5 Polimerização em fases
  • 6.6 Propriedades físicas dos polímeros
    • 6.6.1 Porosidade
    • 6.6.2 Densidade
    • 6.6.3 Condutividade térmica e elétrica
    • 6.6.4 Permeabilidade quanto à luz
    • 6.6.5 Resistência à corrosão
    • 6.6.6 Resistência a impacto
    • 6.6.7 Flexibilidade
  • 6.7 Massa molar
  • 6.8 Cristalização
  • 6.9 Propriedades térmicas.......................................................................................................................................
  • 6.10 Conheça alguns polímeros
    • 6.10.1 Polietileno (PE).......................................................................................................................................
    • 6.10.2 Polipropileno (PP)
    • 6.10.3 Poliestireno
    • 6.10.4 Cloreto de polivinila (PVC)
    • 6.10.5 Politetrafluoretileno (Teflon)
    • 6.10.6 Polimetacrilato (Acrílico)......................................................................................................................
    • 6.10.7 Poliuretano
    • 6.10.8 Polifenol (Baquelita)
    • 6.10.9 Poliamidas (Náilon)
    • 6.10.10 Politeriftalato de etileno (PET)...........................................................................................................
  • 6.11 Aditivos
    • 6.11.1 Cargas
    • 6.11.2 Plastificantes
    • 6.11.3 Retardantes de chamas
    • 6.11.4 Lubrificantes
    • 6.11.5 Estabilizadores
    • 6.11.6 Corantes
    • 6.11.7 Agentes antiestéticos
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 7 – Papel e Celulose......................................................................................
  • 7.1 Parede celular vegetal
  • 7.2 Separação dos componentes lignocelulósicos
    • 7.2.1 Processos mecânicos
    • 7.2.2 Processos físicos........................................................................................................................................
    • 7.2.3 Processos biotecnológicos
    • 7.2.4 Processos químicos
  • 7.3 Preparo da polpa da celulose............................................................................................................................
    • 7.3.1 Descascamento
    • 7.3.2 Picagem
    • 7.3.3 Classificação
    • 7.3.4 Cozimento
    • 7.3.5 Depuração
    • 7.3.6 Branqueamento......................................................................................................................................... 8 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão
    • 7.3.7 Recuperação do licor................................................................................................................................
  • 7.4 Indústria de celulose e papel
  • 7.5 Fabricação do papel
    • 7.5.1 Preparo da massa
    • 7.5.2 Seção de formação
    • 7.5.3 Prensagem e secagem
    • 7.5.4 Acabamento
  • 7.6 Aditivos
  • 7.7 Impactos ambientais e reciclagem
  • Agora é com você!....................................................................................................................................................
• Capítulo 8 – Petróleo e Gás
  • 8.1 Histórico
  • 8.2 Características do petróleo
  • 8.3 Processamento primário
  • 8.4 Refino
    • 8.4.1 Destilação
    • 8.4.2 Craqueamento
    • 8.4.3 Tratamentos das frações
  • 8.5 Gás natural e GLP
  • 8.6 Gasolina e óleo diesel
  • Agora é com você!..................................................................................................................................................
• Capítulo 9 – Óleos e Gorduras
  • 9.1 Economia
  • 9.2 Conceitos importantes
    • 9.2.1 Óleos e gorduras
    • 9.2.2 Ácidos graxos
    • 9.2.3 Triglicerídeos, monoglicerídeos e diglicerídeos
  • 9.3 Outros componentes dos óleos e gorduras
  • 9.4 Propriedades.....................................................................................................................................................
  • 9.5 Preparação de óleos e gorduras
    • 9.5.1 Extração dos óleos e gorduras
    • 9.5.2 Degomado
    • 9.5.3 Refino
    • 9.5.4 Branqueamento.......................................................................................................................................
    • 9.5.5 Desodorização
    • 9.5.6 Hidrogenação
    • 9.5.7 Interesterificação
    • 9.5.8 Fracionamento
  • Agora é com você!..................................................................................................................................................
• Capítulo 10 – Sabões e Detergentes
  • 10.1 História do sabão
  • 10.2 Características dos sabões e detergentes
    • 10.2.1 Surfactantes ou tensoativos
    • 10.2.2 Capacidade de limpeza
  • 10.3 Produção de sabão.........................................................................................................................................
    • 10.3.1 Saponificação
    • 10.3.2 Semicotura
    • 10.3.3 Refino
    • 10.3.4 Descanso
    • 10.3.5 Tratamentos posteriores
  • 10.4 Produção de detergente
    • 10.4.1 Composição dos detergentes em pó
  • 10.5 Produção de detergente em pó
    • 10.5.1 Síntese do tensoativo............................................................................................................................
    • 10.5.2 Torre de secagem
  • 10.6 Detergentes enzimáticos
  • 10.7 Impactos ao ambiente
  • Agora é com você!..................................................................................................................................................
• Capítulo 11 – Cosméticos
  • 11.1 Definição
  • 11.2 Histórico
  • 11.3 Composição dos cosméticos e regiões de aplicação
    • 11.3.1 Cosméticos para a pele
    • 11.3.2 Cosméticos para os cabelos.................................................................................................................
    • 11.3.3 Lábios
  • 11.4 Outras matérias-primas dos cosméticos
    • 11.4.1 Agentes de perolização
    • 11.4.2 Antioxidantes
    • 11.4.3 Bases oleosas e solventes
    • 11.4.4 Biocidas
    • 11.4.5 Corantes e pigmentos
    • 11.4.6 Corretores de pH
    • 11.4.7 Emolientes
    • 11.4.8 Agentes umectantes
    • 11.4.9 Espessantes
    • 11.4.10 Essências
    • 11.4.11 Estabilizantes de espuma
    • 11.4.12 Propelentes
  • 11.5 Técnicas de produção
    • 11.5.1 Agitação
    • 11.5.2 Moagem
    • 11.5.3 Controle de micro-organismos
    • 11.5.4 Cristalização
    • 11.5.5 Degasagem
    • 11.5.6 Filtração
    • 11.5.7 Tratamento de água
    • Agora é com você!
• Capítulo 12 – Tecnologias Farmacêuticas
  • 12.1 Histórico
  • 12.2 Conceitos
  • 12.3 Formas farmacêuticas
    • 12.3.1 Formas semissólidas
    • 12.3.2 Formas sólidas
    • 12.3.3 Formas líquidas
  • 12.4 Instabilidades das formulações farmacêuticas
    • 12.4.1 Instabilidade química
    • 12.4.2 Instabilidade física................................................................................................................................
    • 12.4.3 Instabilidade biológica
  • 12.5 Adjuvantes
    • 12.5.1 Veículos.................................................................................................................................................. 10 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão
    • 12.5.2 Solventes
    • 12.5.3 Absorventes
    • 12.5.4 Agentes molhantes
    • 12.5.5 Agentes tamponantes
    • 12.5.6 Corantes, aromatizantes e flavorizantes
    • 12.5.7 Agentes emulsificantes.........................................................................................................................
    • 12.5.8 Surfactantes
    • 12.5.9 Agentes suspensores.............................................................................................................................
    • 12.5.10 Agentes alcalinizantes ou acidificantes............................................................................................
    • 12.5.11 Conservantes.......................................................................................................................................
    • 12.5.12 Antioxidantes
    • 12.5.13 Agentes sequestrantes
  • Agora é com você!..................................................................................................................................................
• Capítulo 13 – Fundamentos de Corrosão
  • 13.1 Conceitos
    • 13.1.1 Corrosão
    • 13.1.2 Reações de oxirredução
    • 13.1.3 Pilhas eletroquímicas
  • 13.2 Mecanismos de corrosão
    • 13.2.1 Mecanismo eletroquímico
    • 13.2.2 Mecanismo químico
  • 13.3 Classificação e tipos de corrosão
    • 13.3.1 Uniforme
    • 13.3.2 Em placas
    • 13.3.3 Alveolar..................................................................................................................................................
    • 13.3.4 Puntiforme ou pite
    • 13.3.5 Intergranular
    • 13.3.6 Intragranular
    • 13.3.7 Filiforme
    • 13.3.8 Por esfoliação
    • 13.3.9 Em torno do cordão de solda..............................................................................................................
    • 13.3.10 Empolamento por hidrogênio
    • 13.3.11 Grafítica
    • 13.3.12 Desineificação
    • 13.4 Velocidade e taxa de corrosão................................................................................................................
  • 13.5 Passivação
  • 13.6 Polarização
    • 13.6.1 Polarização por concentração
  • 13.7 Fatores que afetam a velocidade de corrosão
    • 13.7.1 Oxigênio dissolvido..............................................................................................................................
    • 13.7.2 Efeito do pH
    • 13.7.3 Efeito da temperatura
    • 13.7.4 Efeito de sais dissolvidos
  • 13.8 Controle e combate à corrosão
  • 13.9 Revestimentos de superfície
  • 13.9.1 Revestimentos metálicos
  • 13.9.2 Revestimentos não metálicos inorgânicos
  • 13.9.3 Revestimentos não metálicos orgânicos
  • Agora é com você!..................................................................................................................................................
• Bibliografia

12 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão

Introdução

aos Processos

Industriais

Este capítulo tem como objetivo mostrar os conceitos básicos sobre os processos industriais, bem como alguns equipamentos utilizados nas indústrias, e os controles necessários durante a produção e o tratamento de água e efluentes.

Para começar

1.1 Conceitos básicos

1.1.1 Definição de processo

Um processo é caracterizado por um conjunto de operações (químicas, físicas ou bioquímicas)

que tem como objetivo transformar a matéria-prima no produto desejado, de forma econômica e em

grande escala.

1.1.2 Operações unitárias

Todos os processos industriais podem ser divididos em etapas, as quais são chamadas de ope-

rações unitárias. Essas operações são caracterizadas por reações químicas, operações mecânicas

(transporte, moagem, mistura, separação mecânica, fragmentação, peneiração etc.), operações de

trocas de calor (aquecimento e resfriamento de fluídos, condensação, evaporação, ebulição) e opera-

ções de transferência de massa (destilação, extração, cristalização, adsorção etc.).

Introdução aos Processos Industriais 15

» Compressores: são equipamentos que capturam o ar e o armazenam sob alta pressão. O

melhor compressor será escolhido de acordo com o aparelho que irá consumir o ar com-

primido, dependendo da vazão, da pressão e da qualidade do ar que é necessitada.

1.4 Controle de processo

É de grande importância nos processos industriais que se tenha o controle das variáveis, tais

como temperatura, pressão, vazão, concentração, pH, entre outras. Imagine o perigo que seria, em

uma refinaria de petróleo, se não houvesse o controle de temperatura e pressão, por exemplo. Além

da matéria-prima, que é um combustível, há a produção de muitos gases explosivos. A ausência do

controle das variáveis poderia transformar uma refinaria em uma bomba gigantesca.

Figura 1.1 – Uma refinaria de petróleo.

Imagine também que o produto final de um processo se decomponha em altas temperaturas. Caso

não haja o controle dessas temperaturas, o produto seria degradado e todo o processo estaria perdido.

Para o controle dessas variáveis é necessário que sejam inseridos instrumentos de medida, como

termômetros e barômetros, e alguns instrumentos de segurança, como válvulas e discos de ruptura.

Além da segurança, outros objetivos para o controle de variáveis são a redução do impacto

ambiental, a otimização na qualidade do produto e a economia nos gastos durante o processo.

Crédito: Gerard Koudenburg/Shutterstock.com

16 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão

1.5 Tratamento de água para sistemas de

aquecimento e resfriamento

Graças a seu elevado calor específico e a sua grande disponibilidade, a água é o fluido mais

utilizado para geração de vapores. Porém a água encontrada na natureza possui impurezas dissol-

vidas e/ou em suspensão. Essas impurezas podem causar problemas nas aparelhagens de metal uti-

lizadas nos processos, tais como corrosão, incrustação e arraste. A água ideal para ser injetada nas

plantas industriais não deve ser corrosiva, nem conter agentes que se depositam nas aparelhagens,

nem causar arraste ou formar espuma.

Antes de ser utilizada, a água deve passar por testes de qualidade como pH, dureza e íons dis-

solvidos. Após os testes devem ser realizados os tratamentos necessários.

1.5.1 Clarificação da água

A clarificação tem como objetivo retirar da água as impurezas sólidas e em suspensão. Esse

processo consiste em três etapas: floculação, decantação e filtração.

Na floculação são adicionados produtos que sejam capazes de englobar as partículas sólidas

em flocos. Por exemplo, a cal, CaO, é um óxido básico que em contato com a água produz hidróxido.

CaO(s) + H 2 O(l) → Ca(OH)2(aq)

Ca(OH)2(aq) → Ca2+(aq) + 2 OH–(aq)

Esse hidróxido é solúvel e, portanto, deixa o meio básico. Junto com a cal é adicionado sul-

fato de alumínio Al 2 (SO 4 )3,que é um sal solúvel, porém em meio básico o íon alumínio precipita na

forma do seu hidróxido, carregando consigo as partículas de impurezas.

Al 2 (SO 4 )3(aq) →^ 2 Al3+(aq) + 3 SO 4 2–(aq)

Al3+(aq) + 3 OH–(aq) → Al(OH)3(s)

Outras substâncias também podem ser utilizadas como agentes floculantes, tais como cloreto

férrico (FeCl 2 ) e hidróxido de sódio (NaOH).

Após a formação dos flocos, a água é deixada em repouso para que eles decantem. As partí-

culas sobrenadantes que não foram floculadas voltam ao processo, enquanto o lodo decantado for-

mado pelos flocos é filtrado e a água resultante da filtração passa para a etapa de desmineralização.

1.5.2 Água desmineralizada

A água desmineralizada é caracterizada por não possuir íons dissolvidos. Os sais minerais pre-

sentes na água são removidos quando esta passa por tratamento com resinas de troca iônica que

substituem os íons por outros em quantidade de carga equivalente.

18 Processos Químicos Industriais – Matérias-primas, Técnicas deProduçãoeMétodosdeControledeCorrosão

A primeira alternativa de prevenção à poluição deve ser a diminuição ou eliminação do

volume, concentração e toxicidade dos rejeitos gerados no próprio processo. Isso pode ocorrer atra-

vés de modificações na aparelhagem e na substituição de reagentes e matérias-primas que sejam

tóxicos sempre que possível. Mesmo após essas alterações ainda é necessário que sejam realizados

procedimentos de tratamento, que podem ser divididos em:

» Físicos: sedimentação, filtração, flotação, regularização etc.

» Químicos: coagulação, neutralização, oxidação, troca iônica, precipitação etc.

» Biológicos: utilizam reações bioquímicas realizadas por micro-organismos para a elimina-

ção dos contaminantes. São utilizados lodos ativados, lagoas ativadas, biodiscos etc.

Os tratamentos físico-químicos costumam ser mais caros, porém são a única opção quando o

produto de contaminação não é biodegradável. Rejeitos contendo metais pesados, cianetos, ácidos

e bases são suscetíveis a tratamentos físico-químicos. Para a recuperação desses metais é realizada a

adição de agentes precipitantes, cianeto é oxidado a cianato e cromo VI reduzido a cromo II; subs-

tâncias não tóxicas e ácidos e bases são neutralizados.

Neste capítulo você pôde conhecer os conceitos de processos industriais e operações unitárias, assim como a classificação dos processos. Conheceu também alguns equipamentos utilizados nas indústrias.

Pôde perceber a importância do controle de variáveis para a segurança dos trabalhadores e para a qualidade do produto e economia nos gastos dos processos e também a importância do tratamento de efluentes para a não contaminação do meio ambiente.

Vamos recapitular?

Agora é com você!

1) O que se entende por processo industrial?

2) O fluxograma a seguir apresenta as etapas da produção de etanol a partir da

cana-de-açúcar.

Introdução aos Processos Industriais 19

Cana

Trituração

Concentração e cristalização Refinação

Fermentação

Destilação

Garapa

Bagaço

Açúcar escuro

Açúcar comum

Melaço

Etanol Mosto

Resíduo

Vinhoto

Figura 1.3 – Fluxograma da produção de etanol.

a) Quais as operações unitárias realizadas na produção do etanol?

b) Quais os outros produtos obtidos a partir da cana?

c) Quais as operações unitárias para a obtenção dos outros produtos?

3) Um técnico escolheu uma resina catiônica para retirar os íons de cálcio da água,

como mostra a equação a seguir.

2 R-COOH + Ca 2 Cl → (R-COOH–) 2 Ca2+^ + HCl

a) Em que faixa de pH estará a solução final?

b) Essa troca de íons será possível? Justifique.

4) Com base nas informações a seguir, responda as perguntas:

» Sulfato de alumínio e Al 2 (SO 4 ) 3 e óxido de cálcio CaO são utilizados no trata-

mento de efluentes.

» Hidróxido de alumínio é insolúvel em solução aquosa, porém acima do pH 10

se transforma no íon Al(OH) 4 –^ conforme a equação:

Al(OH)3(s) + OH– aq) → Al(OH) 4 – (aq)

a) Qual é o papel dessas substâncias no tratamento de efluentes?

b) Qual o controle que os técnicos de operação devem ter sobre o tratamento de

efluentes utilizando o hidróxido de alumínio?