Operações Mecânicas. Operações de Transferência de Calor. Operações de Transferência de Massa. Operações Mecânicas

PROCESSOS

QUÍMICOS

Processo Químico



Definição

É 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, no material ou materiais

que é (são) ponto de partida (matérias primas)

para se obter o produto ou os produtos finais

(ou acabados).

Processo Químico

Etapas do Processo Químico



1 - Transformação dos reagentes em

produtos, no reator químico. Envolvem as

conversões químicas ou processos unitários

(POU).



2 – Preparação da matéria – prima.

3 – Separação e Purificação do

produto de interesse.

Operações Unitárias (OPU)

 Cada etapa dentro do processo que tem princípios

fundamentais independentes da substância (ou

substâncias), que está sendo operada e de outras características do sistema.

 O engenheiro A. D. Little (1915) apresenta um conceito interessante para as operações unitárias: “Qualquer

processo químico, em qualquer escala, pode ser

decomposto numa série estruturada do que se podem

denominar, operações unitárias, como moagem,

homogeneização, aquecimento, calcinação, absorção, condensação, lixiviação, cristalização, filtração, dissolução, eletrólise, etc.”

 São as etapas básicas de um processo.

Classificação

De acordo com o tipo de operação envolvida:



Operações Mecânicas



Operações com Transferência de Calor

Operações Mecânicas

1. – Operações envolvendo sólidos granulares A.– Fragmentação de sólidos; B.– Transporte de sólidos; C.– Mistura de sólidos; D.– Separação de Sólidos – Peneiramento 2. - Operações com sistemas sólido-fluido

A– Sólido de líquidos; - Decantação - Flotação (borbulhamento de ar) - Floculação (sulfato de alumínio – aglutinação – flocos) - Separação centrífuga - Filtração B– Sólidos de gases

- Centrifugação (para gases - ciclones) - Filtração (para gases - filtros manga) C– Líquidos de líquidos

- Decantação - Centrifugação

3. - Operações envolvendo sistemas fluidos

A.– Bombeamento de líquidos;

B.– Mistura e agitação de líquidos;

Operações de Transferência

de Calor



Aquecimento e Resfriamento de fluidos



Evaporação e Cristalização



Secagem

Operações de Transferência

de Massa



Destilação



Extração líquido-líquido



Absorção de Gases

Operações envolvendo

Sólidos Granulares

Operações Mecânicas

Fragmentação

Fragmentação de Sólidos Granulares

Operação

que

promove

a

redução

das

partículas de um sólido, utilizando, para isso,

meios adequados à natureza da substância

que se pretende dividir.



Finalidades:

Importância na área Farmacêutica

 A maioria dos produtos farmacêuticos precisam ser moídos em algum estágio da produção de um medicamento.

Importância na área Farmacêutica

 Só substâncias com uma dada granulometria podem ser usadas na fabricação de medicamentos, como por exemplo: antibióticos, talco, gesso, etc.

 Tamanho das partículas usadas no aerossóis de inalação determina a posição e retenção das partículas no sistema bronco pulmonar.

Importância na área Farmacêutica

 O aumento da área superficial afeta a eficiência terapêutica do medicamento devido ao aumento da área de contato entre o sólido e o líquido solvente.

Importância na área Farmacêutica

 Obtenção misturas homogêneas

Fatores que influenciam a seleção de

Tipos de Moinhos

Micronização

Micronização

Transporte

Mistura

Mistura de Sólidos

Aspectos críticos - Mistura

Peneiramento ou

Tamisação

Peneiramento ou Tamisação

Porque medir o tamanho das partículas 

Parâmetros que influenciam o Peneiramento

Tipos de Peneiras

Operações com

Sistemas Sólido - Fluido

Filtração



Retenção de partículas presentes em um fluido

pela passagem do mesmo através de um

material fibroso ou granular.



Objetivos:



Remoção de partículas sólidas indesejadas

presentes em líquidos ou gases.



Recuperação de um produto sólido (por

exemplo, após recristalização).

Filtração

Filtros

Aplicações na Indústria Farmacêutica

Membranas Filtrantes

Os fatores mais

importantes para

a seleção de um

filtro são:

Seleção do Filtro

Questões

pertinentes

à Seleção

do Filtro

Tipos de Filtros

Filtro de Leito Poroso

A alimentação é bombeada à prensa e flui pelas armações.

A filtração prossegue até o espaço interno da armação esteja completamente preenchida com sólidos.

Os sólidos acumulam-se como“torta” dentro da armação. O filtrado flui entre o filtro de tecido e a placa pelos canais de passagem e sai pela parte inferior de cada placa.

Nesse momento a armação e as placas são separadas e a torta retirada. Depois o filtro é remontado e o ciclo se repete.

Filtro de tecido Placa Marco Torta Alimentação Filtrado 46

Filtro Prensa

Aplicações

_{Filtro-Prensa}

Filtro de “Folhas”

_{Filtros de Disco}

Filtro de Tambor a Vácuo, Rotativo e

Contínuo Fluido

52

Na

osmose,

coloca-se

uma

membrana

semipermeável e de um lado temos o solvente

(água) e de outro um soluto.

Ocorre

um

transporte

espontâneo

de

um

solvente para um soluto; onde o solvente flui

para o soluto sob a pressão exercida pelo soluto

conhecida como

pressão osmótica, na qual

ocorre o

equilíbrio quando o potencial

químico se iguala.

Osmose

Reverter o fluxo da solução para o solvente é chamado de OSMOSE REVERSA.

Neste processo a membrana impede a passagem de

partículas de soluto de baixo peso molecular, ou seja

aquele soluto que difundiu em um solvente por osmose. Na osmose reversa a pressão diferencial reversa é colocada de forma que causa o fluxo de solvente inverso, como em um processo de dessalinização da água do mar.

53

Aplicações da Filtração do Ar na

Indústria Farmacêutica

Filtros para Ar

Filtros

ULPA

Centrifugação

Operações envolvendo

Sistemas Fluidos

Operações Mecânicas

Bombeamento

Bombas

Mistura e Agitação

de Líquidos



Seleção do Tipo de Misturador:

Viscosidade: Medida da resistência ao escoamento

Miscibilidade: mistura de líquidos miscíveis ou imiscíveisemulsificação.

Relação entre asDensidades



Equipamentos:

Descontínuos (batelada) – usual na indústria farmacêutica.

Os equipamentos descontínuos são constituídos basicamente de: tanque e fonte de energia cinética(para a mistura ocorrer rapidamente)

Mistura

Misturadores Planetários

Operações envolvendo Sistemas Fluidos

Aquecimento de

Fluidos

Operações de Transferência de Calor

Sistemas de Aquecimento na

Indústria Farmacêutica

Tipos de Calor

 Calor Seco: ar quente, chama (flambagem), radiação IV.  Calor Úmido: Vapor, água quente (banho-maria).

Calor Úmido

Calor Seco

Es

tu

fa

s

e

T

úne

is

de

E

st

er

ili

za

çã

o

Radiação

Infravermelha

IV

Tempo aquecimento em

Estufa convencional x Estufa por IV

Aquecimento por Calor Seco

Resfriamento

de Fluidos

Operações de Transferência de Calor

Refrigeração

 É o abaixamento da temperatura de um produto visando manter a qualidade pela diminuição das velocidades de deterioração que possam ocorrer no mesmo. Não ocorre mudança de fase da água do produto.

 Método de conservação de curto período, porque retarda:  Crescimento de microrganismos

 Atividades metabólicas de tecidos vegetais intactos e de tecidos animais.

 Reações químicas deteriorativas, incluindo escurecimento oxidativo catalisado por enzimas, oxidação de lipídeos e alterações da cor, autólise de produtos animais e perda dos princípios ativos de medicamentos em geral.  Perda de umidade.

Instalações

Frigoríficas

Fluido

Refrigerante

Propriedades de alguns Refrigerantes

Congelamento

 Para que um produto congele há formação de gelo e para isso são necessárias temperaturas muito baixas, normalmente abaixo de– 18C.

 Quando o produto é congelado, além da temperatura muito baixa prejudicar os microrganismos, a formação do gelo diminui a quantidade de água do produto que poderia ser utilizada para o crescimento dos microrganismos, fazendo com que possa ser conservado por longos períodos de tempo, meses e até anos.

 É um processo relativamente caro, porque depois de congelado o produto deve ser mantido a baixas temperaturas até o momento de seu consumo.

 Enquanto a água pura congela a 0C, os pontos de congelamento das matérias-primas e medicamentos dependem das quantidades de solutos dissolvidas na sua água de constituição.

Tipos de Congelamento

_Congelamento

Criogênico

Secagem

Operações de Transferência de Calor

Secagem

Aplicações

na Área

Farmacêutica

Métodos de Secagem

q

ue

a

fe

ta

m

a

e

de

s

ec

ag

em

q

ue

a

fe

ta

m

a

e

de

s

ec

ag

em

Estufas de Secagem

Secadores

de Túnel

Secadores de Correia Transportadora

Secador de Esteira a Vácuo

Secador de

Cilindros,

Rolos ou de

Tambor

Aplicações na Indústria Farmacêutica

Secadores por Atomização, Pulverização

ou Aspersão (Spray Driers)

Etapas Secagem por Atomização

Secagem por Atomização

Et

ap

as

d

a

Li

of

ili

za

çã

o

Funcionamento

do Liofilizador

Vantagens

Desvantagens

Aplicações

Secagem por Evaporadores

 Interesse somente na fase sólida, sendo a fase liquida então desprezada. Para produzir cloreto de sódio (sal) a partir da água do mar.

 Equipamentos industriais para evaporação nada mais são do que recipientes que concentram uma solução pela evaporação do solvente.

Destilação

Operações de

Transferência de

Massa

Destilação

 Fracionamento dos gases do ar (O2, CO2, H2,He,etc.)

 Concentração do álcool

 Purificação de compostos químicos

Extração Líquido - Líquido

Adsorção

É a adesão de moléculas de um fluido (o adsorvido) a uma superfície sólida (o adsorvente)

Depende:

 Temperatura,

 Pressão

 Área superficial

Processos Unitários - POU

(Conversão Química)

 Transformação de uma substância em outra por meio de uma reação química

 Neutralização

 Halogenação

Tipos de Processos

alimentação é carregada no

sistema no começo do

processo, e os produtos são retirados todos juntos depois de

algum tempo. Não existe

transferência de massa através do sistema entre o momento da carga da alimentação e o

momento da retirada dos

produtos.

 Processos contínuos: as

entradas e saídas fluem

continuamente ao longo do tempo total de duração do processo.

 Processos em semibatelada (ou semicontínuo): qualquer processo que não é nem contínuo, nem em batelada.

Tipos de Processos

FLUXOGRAMAS

(FLOW-SHEET)



Sequência coordenada das conversões químicas e

das

operações

unitárias,

expondo

os

aspectos

básicos do processo químico.



Indica pontos de entrada de matérias-primas e de

utilidades e os pontos de retirada dos produtos e

subprodutos.



Podem ser simples, na forma de diagramas de

blocos ou detalhados.

a) Fluxogramas de blocos

(block flow diagrams – BFD)

São úteis na conceitualização de um processo ou de um número de processos em um

grande complexo. Pouca

informação sobre as

correntes é fornecida, mas uma clara visão geral do processo é apresentada.

Fluxograma de Blocos

Fluxograma do processo

(process flow diagram – PFD)

Contém toda informação necessária para os balanços material e energético completos no processo. Adicionalmente, informações importantes tais como a pressão das correntes, tamanhos de equipamentos e principais controles são incluídos.

Fluxograma do processo

(process flow diagram – PFD)

• tubulação do sistema

• símbolos dos principais equipamentos, nomes e números de identificação

• Controles e válvulas que afetam a operação do sistema • interconexões com outros sistemas

• principais rotas de by-pass e recirculação • taxas do sistemas e valores operacionais como

temperatura e pressão para fluxos mínimo, normal e máximo

• composição dos fluidos.

Fluxograma do processo

(process flow diagram – PFD)

c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação

(pipping and instrumentation diagram – P&ID):

Contém toda informação do processo necessária para a construção 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).

Um FTI deve incluir: • Instrumentação e designações

• Equipamentos mecânicos com nomes e números • Todas as válvulas e suas identificações • Processo de tubulação, tamanhos e identificação

• Micelânea: ventilação, drenagem, amostragem, redutores, aumentadores • Permanent start-up and flush lines

• Direção dos fluxos e referencias das interconexões • Controles de inputs, outputs e intertravamento • Nível de qualidade

• Sistemas de controle computadorizados

• Identificação dos componentes e subsistemas entregues por outros • Seqüencia física dos equipamentos

c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação

(pipping and instrumentation diagram – P&ID):