2.1 processos quimicos
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Definição de Processo Químico
É um conjunto de etapas sequenciais, que
através de mudanças químicas, físicas,
mecânicas ou térmicas transformam matéria-
prima em produto.
Matéria Prima Produto Processo Químico
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Tipos de Processos
Contínuo.
Bateladas.
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Processo Contínuo
Processo com fluxo constante de matérias-primas e de
produtos em todos os equipamentos.
Aplicação: Altos volumes de produção e baixa variedade
de produtos (custo operacional alto para pequenas
produções, mas que se diluem com o aumento do
volume).
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Processo Contínuo
Características:
• Requer instrumentação de processo rigorosa, que controle
e corrija automaticamente os desvios
• Alto investimento.
• Uniformidade do produto
Ex.: refinarias, petroquímicos, fabricação de papel.
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Máquina Voith - Fabricação
de papel jornal
Velocidade: 2000m/min
Largura: 10m
Gramatura do papel
jornal: 60g/m2
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Fabricação de papel
cargas, produtos químicos e aditivos
(FORMULAÇÃO)
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Processo Descontínuo ou em Bateladas
Fluxo de matérias-primas, produtos e parâmetros
de processo (T, P, concentração, troca térmica
etc.) variam com o tempo.
Aplicação:
• Produção de menor volume.
• Plantas multipropósitos, que permitem a
fabricação de diferentes produtos.
• Produção de produtos perigosos (segurança).
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Processo Descontínuo ou em Bateladas
Características:
• Normalmente os equipamentos estão em melhores
condições de uso, já que sofrem frequentes etapas
de limpeza e/ou esterilização.
• Processos economicamente viáveis para pequenos
volumes de produção.
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Processo Descontínuo ou em Bateladas Características:
• Processos mais flexíveis a variações de volume
de venda (número de bateladas pode variar com
oscilação que o produto tem no mercado).
• Facilita o processo identificação e
rastreabilidade dos lotes (principalmente
importante para a indústria farmacêutica e
alimentícia).
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Processo Descontínuo ou em Bateladas Maior Problema:
Conformidade entre os lotes: Pequenas alterações no
processo podem produzir diferenças significativas entre os
lotes. Normalmente, produtos fabricados neste processo
têm rígidas especificações de processo, de modo a
minimizar a variações.
Exemplo: polímeros, fármacos, corantes
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 1. VOLUME DE PRODUÇÃO
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
• Pequeno Volume favorece
a escolha do processo em
batelada.
• Demanda (sazonal) de
produto (ex. fertilizante)
• Oferta sazonal de matéria-
prima.
Grande volume favorece a
escolha do processo contínuo.
Plantas de processo contínuo
são projetadas para volume
elevado e deve operar o ano
todo. No caso de sazonalidade
pode-se, quando aplicável, ter
um estoque de MP, fabricar
outro produto ou programar a
manutenção.
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA
2. VERIFICAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
• Quando a qualidade do
produto deve ser certificada o
processo em batelada é o
preferido (principalmente para
a indústria farmacêutica e
alimentícia).
• Se não é possível retrabalhar
o produto fora de
especificação, o processo
deve ser projetado para
pequenas bateladas.
• Quando a qualidade do
produto pode ser verificada
continuamente ou
periodicamente e o produto
fora de especificação pode ser
“misturado” ou retrabalhado o
processo em contínuo pode
ser escolhido.
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA
3. FLEXIBILIDADE OPERACIONAL
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
Permitem que os equipamentos
sejam usados em múltiplas
operações, ou seja, um tanque
agitado pode ser usado como
misturador, em seguida como
reator e também como um
decantador para separação de
liquido-líquido
O uso de um equipamento em
diferentes operações não é viável
em processos contínuos.
Em geral, processos contínuos são
concebidos para fabricar um restrito
número de produtos a partir de
Matéria-prima especificadas. Se
houver aumento na demanda ou
restrição de Matéria-prima a planta
deverá ser adaptada.
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA
4. FABRICAÇÃO DE MULTIPLOS PRODUTOS
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
Processos em batelada podem
ser facilmente modificados para
produção de múltiplos produtos.
Nota: neste tipo de planta é muito
importante a programação da
sequencia da produção.
Não é recomendável.
Os equipamentos do processo
contínuo normalmente são
projetados e otimizados para
operarem com um condição de
operação restrita.
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 5. EFICIÊNCIA DO PROCESSO
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
• Requer estrita programação
(atendimento ao cliente).
• Processo não pode ser
otimizado para TODOS os
produtos fabricados.
• Integração energética nem
sempre é possível (aumento
no consumo de energia).
• Reciclo de MP não é tão fácil
como no processo contínuo.
Geralmente, volume de
produção, + eficiente é o
processo. Ex. redução na perda
de energia nos equipamentos
(bombas, compressores); Reciclo
de matéria-prima não reagida e
integração energética são
praticas comuns e facilmente
implantadas.
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA
6. CUSTO DE OPERAÇÃO
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
Alto custo de operação devido
as etapas de limpeza e tempo de
preparação.
Para processos comparáveis, o
custo de operação do processo
contínuo é menor que o batelada.
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FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA ESCOLHA
ENTRE PROCESSO CONTÍNUO E BATELADA 7. INCRUSTAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS
Vantagens/desvantagens do
Processo BATELADA
Vantagens/desvantagens do
Processo CONTÍNUO
Se existir elevada tendência,
o processo em batelada é o
recomendável.
Projetar unidades em paralelo
pode ser uma solução para
este problema, no entanto há
um aumento no custo capital
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Processo Contínuo Processo em Batelada
velocidade de produção, pouco
trabalho humano.
Clara determinação da capacidade
de produção.
Uma rotina para todos os produtos.
Baixa flexibilidade.
Baixo valor agregado.
Tempo de Parada: grande impacto.
Número limitado de produtos.
Pequeno número de etapas de
produção.
Tempo de lead time , muito
trabalho humano.
Capacidade de produção não é
facilmente determinada.
Diferentes configurações, rotinas
complexas.
Alta flexibilidade.
Alto valor agregado.
Tempo de parada: menor
impacto.
Maior número de produtos.
Maior numero de etapas de
produção.
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A representação gráfica:
Fluxograma Definição:
“É uma representação gráfica feita por meio de figuras, letras e
palavras da estrutura, instalações e sequência de funcionamento
de um processo”.
“Indica pontos de entrada de matérias-primas e da energia
necessária e os pontos de retirada dos produtos e subprodutos”.
“São desenhos esquemáticos, sem escala, que mostram todo
um sistema constituído por vários equipamentos”.
Processo Químico
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FLUXOGRAMA DE PROCESSO
Importância:
Concepção de um projeto.
Auxílio no desenvolvimento de balanços de massa e energia e
operação da planta.
Planejamento de recuperação e aproveitamento de energia
Treinamento de operadores
Gerenciamento da qualidade
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FLUXOGRAMA DE PROCESSO
Os três principais tipos de fluxogramas usados para
descrever os processo químicos são:
Fluxograma ou Diagrama de Blocos
(block flow diagrams – BFD)
Diagrama de Fluxo de Processo
(process flow diagram – PFD)
Diagrama Tubulação e instrumentação
(pipping and instrumentation diagram – P&ID)
co
mp
lexid
ad
e
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1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos
Conceito básico do processo (visão geral clara).
Útil para representar processo simples.
Blocos ou retângulos podem representar um único
equipamento ou uma etapa completa do processo.
Linhas retas representam as correntes de fluxo do
processo entre as unidades.
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1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos
As vazões e composições das correntes podem ser
descritas junto às linhas de corrente, ou em tabelas
separadas quando houver muitas informações.
Possuem pouca utilização em documentos de engenharia,
pois não apresentam detalhes importantes do processo.
Possuem uma finalidade mais didática.
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1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos
Recomendações para elaboração de fluxogramas de blocos:
Operações/processos unitários (misturadores, separadores, reatores, colunas de destilação etc.) são usualmente denotados por um bloco simples ou retângulo. As operações unitárias devem ser rotuladas
Correntes de fluxo do processo são representadas por linhas retas que podem ser horizontais ou verticais. A direção do fluxo deve ser indicada por setas
Quando possível, o diagrama deve ser arrumado de modo que o fluxo material ocorra da esquerda para a direita.
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1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos
Blocos representa vários equipamentos.
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1) Fluxograma ou Diagrama de Blocos
28% de oleum: 28% de SO3 e 72% de H2SO4 por peso.
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2) Diagrama de Fluxo de Processo
Todos os equipamentos principais do processo são
representados no diagrama por um “símbolo
gráfico” especifico.
Cada equipamento terá um número exclusivo e um
nome descritivo.
Todas as correntes do processo serão mostradas e
identificadas por um número.
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2) Diagrama de Fluxo de Processo
A descrição das condições do processo e da
composição química de cada corrente dever ser
incluída. Estes dados podem ser mostrados
diretamente no PFD ou incluídos em uma tabela.
Todas as utilidades fornecidas aos equipamentos
principais e que desempenham uma função no
processo devem ser incluídas.
Malhas de controle básico, ilustrando a estratégia de
controle usada para operar o processo em condições
normais de operação, também devem ser mostradas.
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Cada equipamento possui um “símbolo gráfico” específico (podem
sofrer pequenas variações dependendo da empresa responsável pela
confecção do PFD).
EXEMPLOS:
http://www.cadtechcorp.com/products.html
2) Diagrama de Fluxo de Processo
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EXEMPLOS:
2) Diagrama de Fluxo de Processo
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Diagrama de Fluxo de Processo
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2) Diagrama de Fluxo de Processo
![Page 35: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/35.jpg)
2) Diagrama de Fluxo de Processo
![Page 36: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/36.jpg)
2) Diagrama de Fluxo de Processo
Todos os equipamentos principais
do processo são representados
por um “símbolo gráfico”
especifico.
Cada equipamento tem número
exclusivo e um nome descritivo.
Todas as correntes do processo
serão mostradas e identificadas
por um número.
A descrição das condições do
processo e da composição
química de cada corrente devem
ser incluída. Estes dados podem
ser mostrados diretamente no
PFD ou incluídos em uma tabela.
From R. Turton and J. A. Shaeiwitz 2008
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2) Diagrama de Fluxo de Processo Numeração do equipamento
Formato Geral: XX-YZZ A/B
XX: Letras que identificam a classe do
equipamento. C – Compressor ou turbina
E – Trocador de calor
H – Aquecedor a chama direta
P – Bomba
R – Reator
T – Torre
TK – Tanque de armazenagem
V – Vaso
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2) Diagrama de Fluxo de Processo Numeração do equipamento
Formato Geral: XX-YZZ A/B
Y: é a área dentro da planta.
ZZ: é o número de designação de cada item
dentro da classe de equipamento.
A/B: identifica unidades paralelas ou unidades
reserva não mostradas no PFD
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2) Diagrama de Fluxo de Processo
Exemplo:
Equipamento P-102 A/B
(Diagrama de fluxo da produção de
Benzeno)
P-102 A/B: O equipamento é uma bomba
P-102 A/B: Bomba de número 02 na unidade 100, que
neste exemplo é o processo de fabricação do
benzeno
P-102 A/B: Indica que existe uma bomba reserva
instalada, ou seja, há duas bombas idênticas P-102A
e P-102B. Uma bomba estará em operação enquanto
a segunda ficará parada.
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2) Diagrama de Fluxo de Processo
Correntes do Processo Identificadas com números inseridos em losangos
Setas representam a direção do fluxo.
Quando possível, começar da esquerda para a direita.
Linhas horizontais são dominantes
0 0
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2) Diagrama de Fluxo de Processo Informações sobre as correntes do Processo
Temperatura, pressão, composição e vazão: no
próprio fluxograma (adjacente às linhas de corrente)
ou em uma tabela separada.
NOTA: Tentar manter o fluxograma mais simples
possível para facilitar a interpretação, no entanto as
informações críticas à segurança e operação da planta
NÃO PODEM SER OMITIDAS (T/P do reator, vazões da
alimentação e produto e T/P que sejam muito superiores
ao restante do processo)
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2) Diagrama de Fluxo de Processo Informações sobre as correntes do Processo
Temperatura, pressão, composição e vazão:
Exemplo de Tabela
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2) Diagrama de Fluxo de Processo Informações sobre as correntes do Processo
Continuação:
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2) Diagrama de Fluxo de Processo Informações sobre as correntes do Processo
Exemplo
![Page 45: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/45.jpg)
2) Diagrama de Fluxo de Processo
Correntes do Processo
Nota: as correntes das utilidades também são incluídas.
Ex.: eletricidade, ar comprimido, água de resfriamento, água
refrigerada, vapor, retorno de condensado, gás inerte, etc.
![Page 46: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/46.jpg)
2) Diagrama de Fluxo de Processo
Correntes do Processo
![Page 47: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/47.jpg)
2) Diagrama de Fluxo de Processo
![Page 48: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/48.jpg)
2) Diagrama de Fluxo de Processo Malha de Controle - Básico
Somente os sistema de controle do reator ou associados ao
balanço de material podem ser incluídos no PFD.
![Page 49: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/49.jpg)
Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Contém toda informação do processo necessária para a
construção e operação da planta. Estes dados incluem
tamanho dos tubos (dimensionamento da tubulação e
localização de toda instrumentação para ambas as correntes
de processo e de utilidades), incluindo a sequência física de
ramificações, redutores, válvulas, equipamentos,
instrumentação e controles.
![Page 50: 2.1 Processos Quimicos](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022012321/563dbb49550346aa9aabe004/html5/thumbnails/50.jpg)
ISO 10628: Flow Diagrams For Process Plants - General
Rules.
ANSI Y32.11: Graphical Symbols For Process Flow
Diagrams.
SAA AS 1109: Graphical Symbols For Process Flow
Diagrams For The Food Industry.
Petrobras N-58: Símbolos Gráficos para Fluxogramas de
Processo e de Engenharia.
Petrobras N-381 - Execução de Desenho e Outros
Documentos Técnicos em Geral.
Petrobras N-1521 - Identificação de Equipamentos
Industriais.