Processos parte1[1]

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Processos parte1[1]

  1. 1. PROCESSOS INDUSTRIAIS Introdução às Operações Unitárias – parte 1 Prof. Dr. José Luiz Moreira de Carvalho PROCESSOS INDUSTRIAISCONTEÚDO PROGRAMÁTICO1. Introdução às operações unitárias2. Principais matérias–primas industriais e suas aplicações3. Indústria petroquímica4. Indústrias de termoplásticos5. Indústria de papel e celulose6. Tratamento de água7. Indústrias de laticínios
  2. 2. PROCESSOS INDUSTRIAISCONTEÚDO PROGRAMÁTICO8. Indústrias de sucos e bebidas9. Indústrias siderúrgicas e de metais não–ferrosos10. Indústrias metalúrgicas (processos de fabricação)11. Indústrias de álcool, açúcar e biocombustíveis12. Processos de reciclagem13. Indústria de sabões e detergentes14. Outras indústrias importantes na região do VSF PROCESSOS INDUSTRIAISAVALIAÇÕES * 2 Provas * 1 Seminário * 1 Trabalho em grupoVISITAS TÉCNICAS
  3. 3. PROCESSOS INDUSTRIAISBIBLIOGRAFIA BÁSICASHREVE, JOSEPH A. Industrias de processos químicos. Ed.Guanabara.FOUST, ALAN et al. Princípios das operações unitárias. Ed.LTC.Apostilas e notas de aula. PROCESSOS INDUSTRIAIS1. INTRODUÇÃO ÀS OPERAÇÕES UNITÁRIAS
  4. 4. PROCESSOS INDUSTRIAIS1. CONCEITO Um processo químico é um conjunto de ações executadas emetapas, que envolvem modificações da composição química, quegeralmente são acompanhadas de certas modificações físicas, ou de outranatureza, nos materiais que são ponto de partida (matérias–primas) parase obter o produto ou os produtos finais (ou acabados). As operaçõesunitárias serão importantes para execução dos processos químicos,físico–químicos, petroquímicos, etc. Cada etapa dentro do processo que tem princípios fundamentaisindependentes da substância (ou substâncias), que está sendo operada ede outras características do sistema, pode ser considerada uma operaçãounitária. Algumas etapas do processo são reações químicas, enquantooutras são modificações físicas. PROCESSOS INDUSTRIAIS O conceito de operação unitária está baseado na filosofia de queuma seqüência amplamente variável de etapas pode ser reduzida aoperações simples, ou a reações, que são idênticas independentementedo material que está sendo processado. As operações unitárias são os blocos individuais que compõem umprocessamento que vai dar origem a um produto final a partir de umacerta matéria–prima. Cada uma possui técnicas comuns e está baseadanos mesmo princípios científicos, independente da matéria–prima ou doproduto. Assim sendo, os processos podem ser estudados de formasistemática, unificada e simples.
  5. 5. PROCESSOS INDUSTRIAIS A complexidade das aplicações de engenharia provem dadiversidade das condições, como temperatura, pressão, concentração,pureza, etc., sob as quais as operações unitárias devem ser realizadas nosdiversos processos, e das limitações e exigências aos materiais deconstrução e de projeto, impostas pelos aspectos físicos e químicos dassubstancias envolvidas. Todas as operações unitárias estão baseadas em princípios daciência que são traduzidos nas aplicações industriais em diversos camposde engenharia. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Fabricação de açúcar – Fonte: DALEFFE, R.V. Introdução às operações unitárias. DEQ UFSCar, 2008.
  6. 6. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Através de diagramas de blocos semelhantes ao anterior, mostrecomo seria o processo de fabricação de: a) Suco de laranja numa lanchonete; b) Cafezinho numa padaria. PROCESSOS INDUSTRIAIS2. CLASSIFICAÇÃO DAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS POR TIPO DE OPERAÇÃO 2.1 – OPERAÇÕES MECÂNICAS Nas operações mecânicas, acontecem modificações físicas, mas nãohá reações químicas entre as substâncias ou componentes envolvidos. 2.1.1 – Operações envolvendo sólidos granulares Muitas das operações unitárias existentes na indústria química sãooperações envolvendo partículas sólidas e sistemas envolvendo sólido–fluido. Dependendo do sistema envolvido, simplificações podem ser feitasconsiderando o sólido um grupo de partículas idênticas, com diâmetro fixo ecerta área superficial, mas em outros casos é necessário classificar estesólido com relação às suas propriedades (especialmente a granulometria). Aclassificação do sólido pode ser feita considerando a partícula isolada ou amistura de partículas como um todo.
  7. 7. PROCESSOS INDUSTRIAIS 2.1.1 – Operações envolvendo sólidos granulares a) Fragmentação de sólidos A moagem é uma operação unitária de fragmentação, ou reduçãode tamanho, onde o tamanho dos sólidos é reduzido pela aplicação deforças de impacto, compressão e abrasão. Esta operação aumenta a áreasuperficial do sólido, uniformizando tamanhos e aumentando a eficiênciade etapas posteriores de processamento. Entre os equipamentosutilizados estão: moinho de discos, moinho de rolos, de facas e martelos,trituradores de mandíbulas e moinho de bolas. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Fonte: DALEFFE, R.V. Introdução às operações unitárias. DEQ–UFSCar, 2008.
  8. 8. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Foto: Moinho na Mineração Caraíba PROCESSOS INDUSTRIAISOBS: Em operações envolvendo fragmentação de sólidos, como a moagem,a análise granulométrica é essencial para determinar o sucesso da operação. A análise granulométrica de partículas sólidas compreende a determinação do tamanhodas mesmas, bem como da freqüência com que ocorrem em uma determinada classe ou faixade tamanho. Em tratamento de minérios, é empregada para a determinação do grau deliberação dos minerais valiosos em relação aos minerais de ganga nas várias faixas detamanho (o que determina a granulometria em que o minério deverá ser moído), para adeterminação de eficiência de peneiramento industrial e curvas de partição de classificadores,(...) bem como o controle das especificações de tamanho de produto final. Para partículas que possuem uma forma geométrica canônica como esfera, cilindro oucubo, a determinação do tamanho das mesmas se dá (convencionalmente) pela medida do seuraio ou diâmetro, do diâmetro da base e altura e do comprimento da aresta, respectivamente.Nas plantas de beneficiamento de minérios, as partículas na grande maioria das vezespossuem forma irregular, daí o uso do conceito de tamanho equivalente, que é determinadopela medida de uma propriedade dependente do tamanho da partícula, relacionando–a comuma dimensão linear.Fonte: LIMA, R.M.F., LUZ, J.A.M. Análise granulométrica por técnicas que se baseiam na sedimentação gravitacional: Lei de Stokes.Revista Escola de Minas, v.54, n.2, 2001.
  9. 9. PROCESSOS INDUSTRIAIS 2.1.1 – Operações envolvendo sólidos granulares b) Transporte de sólidos Num processo industrial, são utilizados equipamentos paramovimentação e transporte de materiais. Os principais equipamentos demovimentação de materiais são: veículos industriais; equipamentos deelevação e transferência; e transportadores contínuos. Para pequenos ou médios volumes ou pesos, podem serutilizados veículos industriais ou esteiras. Para grandes volumes oupesos, podem ser utilizados guindastes e correntes. PROCESSOS INDUSTRIAIS Ex: Veículos industriais Empilhadeira e Mini–carregadeira
  10. 10. PROCESSOS INDUSTRIAISEquipamentos de elevação e transferência São equipamentos destinados a mover cargas variadas paraqualquer ponto dentro de uma área fixa, onde a função principal étransferir. São aplicados onde se deseja transferir materiais pesados,volumosos e desajeitados em curtas distâncias dentro de uma fábrica. Os tipos mais comuns são: talhas, guindastes fixos, pontesrolantes, pórticos e semi–pórticos. PROCESSOS INDUSTRIAIS Ex: Pontes rolantes e Guindaste
  11. 11. PROCESSOS INDUSTRIAISTransportadores Contínuos São mecanismos destinados ao transporte de granéis e volumesem percursos horizontais, verticais ou inclinados, fazendo curvas ounão, e com posição de operação fixa. São formados por um leito ondeo material desliza em um sistema de correias ou correntes sem fimacionadas por tambores ou polias. Principais tipos são: correias planas ou côncavas; elementosrolantes: rodízios, rolos ou esferas; correntes aéreas ou sob piso;taliscas e elevador de caçamba contínuo. São utilizados onde há grande fluxo de material a ser transportadoem percursos fixos. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Correias
  12. 12. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Correias Foto: Correia na Mineração Caraíba PROCESSOS INDUSTRIAIS Ex: Elevadores de caneca e de caçamba
  13. 13. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Esteiras PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Esteiras
  14. 14. PROCESSOS INDUSTRIAIS 2.1.1 – Operações envolvendo sólidos granulares c) Mistura de sólidos Os misturadores de sólidos se destinam à homogeneização dediversos componentes particulados com características físicas variáveisformando um produto resultante com composição uniforme.Ex: PROCESSOS INDUSTRIAIS 2.1.2- Operações com sistemas sólido–fluido a) Separação sólido de sólido - Peneiramento O peneiramento é um método utilizado paraseparar misturas heterogêneas de sólidos, onde otamanho da partícula é o responsável pela separação, ouseja, utiliza–se uma peneira que permite que algunssólidos pequenos passem, e uma pequena quantidade de partículasgrandes ficam retidas na peneira, que os separa através do seutamanho, ou melhor do tamanho da malha da peneira. É usada paraseparar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes.
  15. 15. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Peneiramento Fonte: DALEFFE, R.V. Introdução às operações unitárias. DEQ–UFSCar, 2008. PROCESSOS INDUSTRIAIS a) Separação sólido de sólido - Separação hidráulica (arraste – elutriação) Um exemplo de elutriação é a separação de palha de produtosagrícolas, como o milho, arroz, soja e café. A palha pode serremovida pela elutriação (arraste) por uma corrente gasosaascendente.Ex:
  16. 16. PROCESSOS INDUSTRIAIS b) Separação sólido de líquido - Decantação É um processo de separação de partículas em suspensão naágua, no qual a força da gravidade é utilizada para separar aspartículas de densidade maior que a da água, depositando–as no fundodo decantador ou em uma superfície ou zona de armazenamento. Ésimplesmente um processo gravítico que remove as partículasfloculadas da água. Os principais tipos de decantadores são os laminares ou de altataxa e os convencionais de escoamento horizontal. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Decantadores Fonte: DALEFFE, R.V. Introdução às operações unitárias. DEQ–UFSCar, 2008.
  17. 17. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Decantador de fluxo horizontalOBS: A velocidade de água nos decantadores deve ser limitada para evitar oarrastamento de flocos, impedindo–os de serem retidos nos tanques de decantação. Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Tratam05_dec1.htm PROCESSOS INDUSTRIAIS B – Separação sólido de líquido - Flotação (borbulhamento de ar) A flotação é uma operação unitária utilizada para separar partículaslíquidas ou sólidas da fase líquida. A separação é obtida introduzindo–sebolhas finas de ar na fase líquida, provocando a ascensão de partículas paraa superfície, mesmo as com maior densidade que o líquido. Uma vez nasuperfície podem ser coletadas e removidas por escumadeiras. No tratamento de água, a finalidade da coagulação e floculação étransformar impurezas que se encontram em suspensão fina, em estadocoloidal ou em solução, bactérias, protozoários e/ou plâncton, em partículasmaiores (flocos) para que possam ser removidas por sedimentação e/oufiltração ou, em alguns casos, por flotação. Este mesmo conceito podetambém ser aplicado no tratamento de esgotos sanitários. Fonte: JÜRGENSEN, D. et al. Avaliação do sistema reator ralf e flotação por ar dissolvido no tratamento de esgoto sanitário. URL:<http://www.sanepar.com.br/sanepar/sanare/v17/AVALIACAORALF.htm>.
  18. 18. PROCESSOS INDUSTRIAISEx:OBS: Na flotação por ar dissolvido, a água é tratada com substâncias químicasque levam as partículas de sujeira a se aglomerarem e formarem flocos. Fontes das figuras: http://www.capivarapaulistana.blogspot.com/ http://www.scielo.br/img/revistas/rem/v59n4/0067i01.jpg PROCESSOS INDUSTRIAIS b) Separação sólido de líquido - Floculação Floculação é a aglutinação, em flocos, das partículas de umprecipitado ou de um sistema coloidal; freqüentemente ocasionada pelaalteração do pH do sistema. É pela floculação que se purifica a água nashidráulicas, pois ao se formar um precipitado flocular (normalmente utiliza –se o hidróxido de alumínio) em forma lenta, ele carrega consigo impurezasem suspensão. É um processo físico que promove a aglutinação das partículas jácoaguladas, facilitando o choque entre as mesmas devido à agitação lentaimposta ao escoamento da água. A formação de flocos de impurezasfacilitam sua posterior remoção por sedimentação sob ação da gravidade,flotação ou filtração. A floculação pode ocorrer por processos hidráulicos oumecanizados.
  19. 19. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: PROCESSOS INDUSTRIAIS b) Separação sólido de líquido - Separação centrífuga Uma centrífuga usa a fora centrífuga (força g) para isolar partículassuspensas em seu meio, seja da forma em lotes ou fluxo contínuo. Asaplicações de centrifugação são muitas e podem incluir a sedimentação decélulas e vírus, e isolamento de macromoléculas como o DNA, RNA,proteínas ou lipídios. Quando uma suspensão é girada sob certa velocidade,a força centrífuga faz com que as partículas se afastem radialmente do eixoda rotação. As centrífugas decanters são normalmente baseadas na tecnologiade separação horizontal e operam em velocidades mais baixas. Pode seraplicada em qualquer ambiente de processamento que exija separação desólidos e líquidos de duas ou três fases. Uma aplicação importante é adesidratação de sedimentos em usinas de tratamento de água residual.
  20. 20. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Centrífuga pendular Centrífuga decanter PROCESSOS INDUSTRIAISEx: Diferentes tipos de centrífugas
  21. 21. PROCESSOS INDUSTRIAIS b) Separação sólido de líquido - Filtração O objetivo da filtração é o da separação deum sólido do fluido que o carreia. A operação consisteessencialmente em fazer passar um fluido (líquido ougás), por um dispositivo (filtro) formado por uma oumais camadas de materiais diversos, conhecidosconjuntamente como o “meio filtrante”. Essa operação visa obter como produto: ou o fluidointroduzido em estado de maior “pureza”, ou seja, mais livre deeventuais agentes “poluentes” (físicos, químicos e biológicos), ouo sólido separado do líquido. PROCESSOS INDUSTRIAIS A escolha do equipamento filtrante depende em grande parte daeconomia do processo, mas as vantagens econômicas são variáveis deacordo com: a) Viscosidade, densidade e reatividade química; b) Dimensões das partículas sólidas; c) Concentração da suspensão de alimentação; d) Quantidade do material que deve ser operado; e) Valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido; f) Grau de separação que se deseja efetuar; g) Custos relativos da mão–de–obra, do capital e da energia.
  22. 22. PROCESSOS INDUSTRIAISTipos de Filtração: * Filtração por Gravidade Consiste em introduzir o líquido pela parte superior do recipientefiltrante e deixá–lo escoar através das camadas filtrantes por ação dagravidade. Bastante econômico operacionalmente, é um filtro de açãorelativamente lenta, cuja velocidade de filtração depende essencialmenteda altura da coluna d’água acima do elemento filtrante, (normalmenteareia é utilizada para esta finalidade), da granulometria do mesmo e,claro da quantidade de material em suspensão no líquido que, ao serretirado, vai gradualmente “entupindo” o filtro, exigindo limpezasperiódicas. PROCESSOS INDUSTRIAIS* Filtração por Gravidade Por sua praticidade e baixo custo, esse tipo de filtro é utilizadolargamente em estações de tratamento de água para consumo humano,onde filtração em larga escala se torna necessária. A sua ação ébasicamente física, retirando do líquido matéria sólida em suspensão(detritos). Um outro exemplo bastante simples e corriqueiro deste tipo defiltro é o filtro de café, feito com um funil de papel ou coador de pano.
  23. 23. PROCESSOS INDUSTRIAISTipos de Filtração * Filtração por Circulação Forçada Este tipo de filtração consiste em “forçar” a passagem do líquidoatravés das camadas filtrantes por meio de bombeamento, para aumentara velocidade da operação. Este é o principal método utilizado emaquários, onde é necessário uma boa capacidade de filtração em poucoespaço, com equipamentos de porte relativamente pequeno, e tambémuma boa facilidade de controlar ou intervir no filtro a qualquer tempo. A capacidade final de filtração obtida por este processo depende dopoder de compressão da bomba ou estação de bombeamento para gerar ofluxo do líquido, da altura da coluna d’água, e da permeabilidade totalda(s) camada(s) de filtração utilizada(s). PROCESSOS INDUSTRIAISTipos de Filtração * Filtração Física (ou Mecânica) A Filtração Física consiste em retirar as impurezas macroscópicas(orgânicas e inorgânicas) existentes em suspensão na água pelo métodosimples de passá–la através de um “coador”. Este tipo de filtração não écapaz de retirar bactérias e plâncton de reduzidas dimensões, e muitomenos substâncias químicas dissolvidas na água. Esta é normalmente, a primeira etapa de um processo de filtração,sendo o produto da mesma (água livre de detritos), “entregue” às demaisetapas, que assim não correm o risco de sofrer entupimentos físicos. Diversos materiais podem ser utilizados nessa etapa, tais comoesponjas, cartuchos de papel ou fibra, e mantas de material sintético.
  24. 24. PROCESSOS INDUSTRIAISTipos de Filtração * Filtração Química É a remoção de substâncias dissolvidas na água a nível molecular.Estas substâncias, quanto à sua natureza, podem ser polarizadas (íons) enão polarizadas (moléculas). O método mais empregado para este tipo defiltração consiste em passar a água por uma camada de Carvão Ativado(CA), que é mais eficiente paraa remoção de moléculas, mas quefunciona também com alguns íons. PROCESSOS INDUSTRIAISTipos de Filtração * Filtração Biológica É a denominação que se dá às ações nitrificante e desnitrificanteproporcionadas por colônias de bactérias. Existem na Natureza váriostipos de bactérias capazes de decompor a amônia em compostos menostóxicos (Nitritos e Nitratos). Elas existem naturalmente no meioambiente (substrato, plantas, água, etc.) As colônias de bactérias necessitam essencialmente de: um localpara se fixarem, e nutrientes (Nitrogênio e Oxigênio) para viver. Afiltragem biológica é normalmente feita após a filtragem física, dessamaneira as colônias de bactérias receberão uma água já livre de detritos,para “trabalhar”.
  25. 25. PROCESSOS INDUSTRIAISEx: PROCESSOS INDUSTRIAIS DEVER DE CASA Para a próxima aula, pesquise e traga um resumo dos seguintesconceitos: * Fluidos; * Sedimentação; * Suspensão.
  26. 26. PROCESSOS INDUSTRIAISBIBLIOGRAFIA DESTA AULAFOUST, ALAN et al. Princípios das operações unitárias. Ed. LTC.DALEFFE, R.V. Introdução às operações unitárias. DEQ–UFSCar,2008. URL: <http://daleffe.googlepages.com/AulaII–TeoriaPOU2008.pdf>.UNICAMP. Biblioteca Didática de Tecnologias Ambientais. URL:<http://www.fec.unicamp.br/~bdta/>.KAWAZAKI, A. et al. Filtração I - Conceitos Básicos eRecomendações. URL: <http://www.aquahobby.com/articles/b_filtros1.php>.Imagens: coletadas da internet.

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