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PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
Prof. Admilson Jorge Zanelli Ramalho
Prof. Zanelli
CONTEUDO PROGRAMÁTICO
Petróleo e Petroquímica.Produtos Carboquímicos.Química da Hulha. Corantes.
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
Prof. Zanelli
REFERÊNCIAS
SHREVE, N. R., BRINK, J. A., Indústria de processos químicos. Rio de Janeiro, Guanabara Dois, 1980.THOMAS, J.F. Fundamentos de engenharia do petróleo. 2 ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2004Apostilas, artigos, notas de aula.
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
APRESENTAÇÃO DA TURMA
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
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AVALIAÇÕES
1ª: Seminários datas e temas à definir
Grupos de 3 alunos (máximo de 4 grupos)
Duas apresentações por aula (25-30 min)
2ª: Prova
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
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ESTRUTURA DA INDÚSTRIA QUÍMICAESTRUTURA DA INDÚSTRIA QUÍMICA
Tecnologia
Produtos (mercado
)Produção, Importação e Exportação
Tipos de Produtos (competitividade)
Futuro (tendências)
Prospecção Tecnológica (P,D&I)
Competências, artigos e patentes
Cadeia Produtiva
(Fontes, MPs e Produtos)
Petroquímica, Química Fina, Sucroquímica/ Alcoolquímica, Óleos Essenciais
Empresas
Destino: Setores da Economia
Tipos
Química, Biotecnologia,
Nanotecnologia
Joint ventures,
Acordos, Fusões, In house
Aquisições
Correlações entre
fatores
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Estrutura da Indústria
Compostos Compostos funcionais multi-funcionais multi-propósito:propósito:
BiocidasBiocidas CatalisadoresCatalisadores CorantesCorantes EnzimasEnzimas EspessantesEspessantes Inibidores de corrosãoInibidores de corrosão
INDÚSTRIA DE BASE:INDÚSTRIA DE BASE: PetroquímicaPetroquímica
INDÚSTRIA DE PONTAINDÚSTRIA DE PONTA::
Química FinaQuímica Fina
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Destino dos Produtos Químicos
Aditivos para indústrias: gráfica; papel; Aditivos para indústrias: gráfica; papel; petróleo; plásticos; tintas; fundição; petróleo; plásticos; tintas; fundição; alimentos; processamento da borracha; alimentos; processamento da borracha; conservante para madeiraconservante para madeira
Aromas e fragrâncias (Cosméticos, Aromas e fragrâncias (Cosméticos, alimentos)alimentos)
Pesticidas formulados (Agricultura)Pesticidas formulados (Agricultura)
Produtos para diagnósticos (Saúde)Produtos para diagnósticos (Saúde)
Produtos para limpeza industrial e Produtos para limpeza industrial e institucionalinstitucional
Produtos para as indústrias fotográfica, Produtos para as indústrias fotográfica, têxtil e automotiva, construção civil, têxtil e automotiva, construção civil, equipamentos eletrônicosequipamentos eletrônicos
Produtos químicos para laboratório, Produtos químicos para laboratório, tratamento de água e de superfíciestratamento de água e de superfícies
interligados com praticamente
todas as atividades
econômicas e áreas do
conhecimento
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PROCESSO QUÍMICOÉ um conjunto de ações executadas em etapas, que envolvem modificações da composição química, que geralmente são acompanhadas de certas modificações físicas, ou de outra natureza, nos materiais que são ponto de partida (matérias–primas) para se obter o produto ou os produtos finais (ou acabados).
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CARACTERÍSTICAS DAS CONVERSÕES QUÍMICAS NA FABRICAÇÃO DE PRODUTOS
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
ASPECTOS UNITÁRIOS OU ASSEMELHADOS variação de energia ou semelhanças de pressão, de tempo de reação, ou de equilíbrio ou de matéria-prima
SEGREGAÇÃO NA FÁBRICADedicação da fabricação de vários produtos químicos em função de uma dada conversão química – ex: a Nitração, a Hidrogenação, a Esterificação, a Fermentação, a Alquilação;
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PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
SEMELHANÇA NO EQUIPAMENTOSEX: Reator de ferro fundido, homogêneo, com serpentinas de arrefecimento, denominado NITRADOR, é usado na reação de nitração de diversos produtos, como o nitrobenzeno, o nitronaftaleno e o TNT.
MULTIPLA UTILIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
RENDIMENTO QUÍMICOPequeno aumento no rendimento afetará substancialmente o lucro da sequência de fabricação.
SEMELHANÇA NOS PROCEDIMENTOS ORGÂNICOS E INORGÂNICOS
INFERÊNCIA DO DESEMPENHO DE UM NOVO PRODUTONuma classe de conversões químicas assemelhadas.
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PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
SEMELHANÇA NOS PROCEDIMENTOS ORGÂNICOS E INORGÂNICOS
Equipamento usado para a hidrogenação do nitrogênio a amônia é análogo ao da hidrogenação do monóxido de carbono a metanol (diferindo apenas na matéria-prima e catalisador).
PROJETO DE EQUIPAMENTOS SIMPLIFICADOSConjunto de reações assemelhadas, em conversões análogas, constitui um excelente guia para uma nova reação dentro do mesmo grupo.É fundamentalmente importante conhecer a velocidade da reação e seu avanço no equilíbrio.
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Os Processos Químicos são desmembrados numa sequência de operações unitárias e de processos unitários pela utilização de fluxogramas (ou diagramas de blocos).
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
As operações unitárias serão importantes para execução dos processos químicos, físico–químicos, petroquímicos, etc.
Cada etapa dentro do processo que tem princípios fundamentais independentes da substância (ou substâncias), que está sendo operada e de outras características do sistema, pode ser considerada uma operação unitária. Algumas etapas do processo são reações químicas, enquanto outras são modificações físicas.
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EX: Fabricação de açúcar:
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Os Processos podem operar de forma contínua ou descontínua.
OPERAÇÃO CONTÍNUA: MÍNIMO DE PERTUBAÇÕES OU PARADAS; MAIS ECONÔMICO; MAIOR PRODUTIVIDADE (LARGA ESCALA); MENOR PREÇO UNITÁRIO.
OPERAÇÃO DESCONTÍNUA (OU EM BATELADA): OPERAÇÕES EM PEQUENA ESCALA; COM REPAROS FREQUENTES DEVIDO A CORROSÃO; GRAÇAS A ALGUMA ESPECIFICIDADE DO PROCESSO OU
PRODUÇÃO.
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INDÚSTRIA DO PETRÓLEO
PROCESSOS INDUSTRIAIS ORGÂNICOS
Primeiro poço moderno: perfurado por Drake, em 1859, em Titusville, Pennsylvania.
A síntese de muitas substâncias a partir de produtos do petróleo é uma característica marcante da grande indústria química e de suas aliadas.
Fornece matérias-primas mais baratas para a fabricação de muitas substâncias químicas comercializadas, do negro de fumo e da amônia, passando pelo etanol e pelo glicol, até as borrachas sintéticas, as fibras sintéticas e plásticos.
Conversão de matérias-primas básicas, parafínicas e cíclicas, em precursores petroquímicos, olefinas e aromáticos.
No inicio principal produto comercializado era o querosene usado para iluminação.
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CONSTITUINTES DO PETRÓLEOCONSTITUÍDO POR SUBSTÂNCIAS DO METANO AO ASFALTO.
COMPOSIÇÃO ELEMENTAR: HIDROCARBONETOS (83 A 87 % C E 11 A 15 % H); N (0 A 0,5%); S (0 A 6%); O (0 A 3,5%)
CLASSIFICAÇÃO EM 3 BASES: BASE PARAFÍNICA: CADEIA ABERTA; GASOLINA DE BAIXA
OCTANAGEM; ÓLEOS LUBRIFICANTES EXCELENTES MAS CEROSOS.
BASE INTERMEDIÁRIA: COMPOSTOS PARAFÍNICOS E NAFTÊNICOS; GASOLINA DE TIPO MÉDIO; ÓLEOS LUBRIFICANTES (COM CERAS E ASFALTO).
BASE NAFTÊNICA: COMPOSTOS CÍCLICOS(NAFTÊNICOS); GASOLINA DE ALTA OCTANAGEM; ÓLEOS REFINADOS A SOLVENTE; ASFALTO PRESENTE.
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OS HIDROCARBONETOS PODEM SER DIVIDIDOS EM DUAS CLASSES QUÍMICAS:
COMPOSTOS DE CADEIA ABERTA OU ALIFÁTICOS SÉRIE DE PARAFINAS NORMAIS ( CnH2n+2) :
MAIOR FRAÇÃO NA MAIORIA DOS PETRÓLEOS HEXANO, HEPTANO... PREDOMINAM NAS GASOLINAS AUTOMOTIVAS
SÉRIE DE ISOPARAFINAS ( CnH2n+2):
CADEIA RAMIFICADA (MUITO DESEJAVEIS) Frequentemente produzidos pela reforma catalítica, pela alquilação e
por isomerização. 2 E 3-METILPENTANOS, 2,3-DIMETILPENTANO, 2-METILEXANO...
SÉRIE OLEFÍNICA (CnH2n):
AUSENTE OU EM PEQUENAS QUANTIDADES PRODUZIDOS EM GRANDE QUANTIDADE PELOS PROCESSOS DE
CRAQUEAMENTO.
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COMPOSTOS DE CADEIA FECHADA SÉRIE NAFTÊNICA (CnH2n):
COMPOSTOS CICLICOS SATURADOS SEGUNDA SÉRIE MAIS ABUNDANTE METILCICLOPENTANO, CICLOEXANO, DIMETILCICLOPENTANOS,
METILCICLOEXANO... PREDOMINAM NOS GASÓLEOS E ÓLEOS LUBRIFICANTES.
SÉRIE AROMÁTICA OU BENZÊNICA (CnH2n-6)
BOAS QUALIDADES ANTIDETONANTES (ASSIM COMO AS OLEFINAS)
NORMALMENTE OBTIDOS NO PROCESSAMENTO QUÍMICO. BENZENO, TOLUENO, ETILBENZENO, XILENOS
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FRAÇÕES (OU CORTES) DA REFINARIA:
Gasolina natural (ou leve) e gás natural
GLP
Destilados leves Gasolinas automotivas Naftas Combustível de jato Querosene Óleos combustíveis leves
Destilados médios Óleos combustíveis pesados Óleos diesel Gasóleos
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Destilados pesados Óleos minerais pesados (medicinais) Óleos de flotação pesados Ceras (para velas, impermeabilização, tratamento de papel e
isolamento) Óleos lubrificantes (faixa ampla)
Resíduos Óleos lubrificantes Óleos combustíveis Petrolato (vaselina) Óleo impermeabilizante Asfaltos Coque
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Cadeia Produtiva de O & GExploração & Produção
Transporte (óleo bruto e GN)
Refino Armazenamento e Transporte de
GNTransporte Derivados
Petroquímica Distribuição
CombustãoPetroquímicaDomicílioSiderúrgicaAutomotivos
Postos
Grandes Consumidores
ServiçosLubrificaçãoLojas de Conveniência
upstream
dow
nstr
eam
Polímeros
Intermediários
Química Fina
Ind. Transformaçã
oPlásticos, Fibras,
Elastômeros, Fertilizantes Nitrogenados
Fármacos, Defensivos, Aditivos
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INDÚSTRIA PETROQUÍMICAINDÚSTRIA PETROQUÍMICAMATERIAS PRIMAS
REFINO
CENTRAL DE OLEFINAS E
AROMÁTICOS
GERAÇÃO DE CO/H2
PROCESSAMENTOSQUÍMICOS
INDÚSTRIA DE PROCESSOS FÍSICOS (TRANSFORMAÇÃO)
PETRÓLEO GÁS NATURAL
PROCESSAMENTOSQUÍMICOS
PRODUTOSDERIVADOSDO REFINO
NH3
CH3OHQUÍMICA
DO C1INTERMEDIÁRIOSDE QUÍMICA FINA
PRODUTOSBÁSICOS
PLÁSTICOS• FIBRAS• ELASTÔMEROS• DETERGENTES• FERTILIZANTES NITROGENADOS
PRODUTOS PETROQUÍMICOSFINAIS
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Geração dos Principais Produtos Carboquímicos
CARVÃO MINERAL CARBONIZAÇÃO
LIQUEFAÇÃO
MINERAÇÃO / BENEFICIAMENTO
Resíduo Piritoso
Pirita carbonos
a
Ácido sulfúricoÓxido de ferro
HidrocarbonetosGasolinaNaftaÓleo Diesel
Alcatrão
HC´s AromáticosFenóis
GASEIFICAÇÃO
Gás de Síntese (CO/H2)
AmôniaMetanolMetano
Gás de carvão (H2, CH4, CO)Licor Amoniacal
Óleo Leve
Alcatrão
CaC2 Acetileno
BenzenoToluenoXilenos
Amônia
FenóisNaftalenoBases PiridínicasAntracenoCarbazol