TABELA DE CONTEÚDOS I. Química Industrial
3
II. Pré-requisitos do Curso ou Conhecimentos 3 III. Tempo 3 IV. Materiais 4 V. Justificativa/Fundamentação do Módulo 4 VI. Conteúdo 5 6.1. Vista Geral 5 6.2. Plano Geral 5 6.3. Gráfico Organizador 7
VII. Objectivos Gerais 8
VIII. Actividades Específicas de Aprendizagem 8
IX. Pré-avaliação 11
X. Lista Compilada de todos Conceitos Chaves (Glossário) 14
XI. Lista Compilada de Leituras Obrigatórias 15
XII. Lista Compilada de Recursos 16
XIII. Lista Compilada de Conexões Úteis 17
XIV. Actividades de Aprendizagem 20
XV. Síntese de Módulo 162
XVI. Avaliação Somativa 163
XVII. Referências 165
XVIII. Registo de Estudantes 166
XIX. Autor Principal do Módulo 166
XX. Estrutura da Pasta 167
Page 3:
I. Química Industrial
Por Dr. Helen Njeri Njenga, Universidade de Nairobi e Wiliamo Wanasolo
II. Pré-requisitos do Curso ou Conhecimento Módulo 5
Unidade I Química Orgânica Básica Unidade II Hidrocarbonetos
Unidade III Haletos de Alcanos Unidade IV Aminas
Módulo 6
Unidade I Álcoois e éteres
Unidade III Ácidos carboxílicos e seus derivados Módulo 7
Unidade I Benzeno e seus derivados Unidade III Compostos heterecíclicos Módulo 9
Termoquímica
Princípios químicos de constituintes variáveis III. Tempo
Esta unidade vai requerer 120 horas
Unidade 1 Introdução a química industrial e química industrial (15 hrs)
Unidade 2 Operações unitárias e processos unitários (20 hrs) Unidade 3 Química inorgânica industrial I (Metalurgia extractiva)
(10 hrs)
Unidade 4 Química inorgânica industrial II (cloroalcalis; amónia, ácido sulfúrico, fertilizantes e cimento) (20 hrs)
Unidade 5 Química orgânica industrial I (Petróleo, petroquímica e polímeros) (25 hrs)
Unidade 6 Química orgânica industrial II (Fermentação, Etanol, Farmacêuticos, sabões e detergentes) (25 hrs)
Page 4: IV. Materiais
Você vai precisar dos seguintes instrumentos e recursos para completar este módulo:
Computador, CD-ROM e uma biblioteca electrónica
Para acessar outros materiais referenciais sugeridos Livros recomendados e outros materiais de referência
Para apoiar a aprendizagem e compreensão posterior dos tópicos do módulo
V. Fundamentação/Justificativa do Módulo
Química industrial trata da produção comercial de químicos e produtos relacionados provenientes da matéria-prima natural e seus derivados. Ela permite a humanidade experimentar os benefícios da química, quando ela ‘e aplicada para exploração de materiais e energia. Quando aplicamos a química para a transformação de materiais e energia para fazer produtos usáveis, isto resulta no crescimento e melhoramento de áreas tais como, produção de alimentos, saúde e higiene, casas e vestuário. O crescimento económico de países industrializados depende na indústria manufactureira de produtos acabados. A finalidade do estudo da química industrial na universidade é para tentar colocar uma ponte entre a química clássica e como a química é aplicada na indústria. A química industrial está altamente globalizada e produz milhares de químicos a partir de uma larga variedade de matérias-primas, através de variadas tecnologias para variados fins e uso. Por isso, é importante basear o estudo da química industrial na compreensão da estrutura da indústria e de operações unitárias e processos unitários que compõem processos químicos. Com base nas fontes de matérias-primas e da química envolvida, nós achámos mais fácil estudar química industrial inorgânica e química industrial orgânica separadamente. Através da electrólise da salmoura nós obtemos cloro e hidróxido se sódio, ambos reagentes importantes em sínteses orgânica de produtos tais como petroquímicos e detergentes. Fixando nitrogénio nós obtemos amónia, a partir da qual podemos fazer fertilizantes. A partir do enxofre nós obtemos o ácido sulfúrico, que nos usamos no fabrico de fertilizantes fosfatados. Minérios, além de ser
matérias-primas para produtos químicos básicos são a fonte de alguns metais puros que nós usamos noutros sítios na construção civil, manufactura de equipamentos, máquinas e joalharia. Passando agora para a química orgânica industrial, nós usamos o petróleo como fonte de produtos petroquímicos e polímeros sintéticos. Fermentação permite-nos converter material orgânico natural em produtos químicos, alguns como a penicilina, sendo um ingrediente de produtos farmacêuticos. A partir de óleos naturais e gorduras nós obtemos sabões e detergentes.
Page 5:
VI. Conteúdo 6.1. Vista Geral
Este módulo começa por definir química industrial e depois dá uma vista da indústria química, sua posição na economia geral, sua classificação em termos de processos químicos que o caracterizam. Para permitir o estudo de processos químicos seleccionados, operações unitárias e processos unitários, especialmente aquelas que são relevantes nas actividades de aprendizagem posterior, são então cobertas na unidade 2. Com este background será então fácil estudar química industrial inorgânica e química industrial orgânica. O estudo da metalurgia extractiva na unidade 3, traz o conhecimento sobre redução do tamanho unidades de operações de separação estudado anteriormente, bem como a conversão química que tem lugar durante o piro processamento. A metalurgia extractiva do ferro, cobre, alumínio é incluída. Na unidade 4, nós focalizamos a nossa atenção em alguns processos básicos da química industrial inorgânica que sintetiza produtos a partir de uma variedade de matérias-primas derivadas do ambiente natural. Eles incluem a manufactura do cloro e hidróxido de sódio a partir da salmoura, amónia a partir de metano e nitrogénio,
ácido sulfúrico a partir de enxofre, fertilizantes e cimento a partir de minérios. O estudo da química industrial orgânica começa com a refinaria do petróleo seguido da manufactura de produtos petroquímicos seleccionados e polímeros. O módulo fecha com o estudo do etanol, produtos farmacêuticos, sabões e detergentes. Estes são produtos de alto valor, alguns dos quais são produzidos através da rota de fermentação.
6.2. Plano Geral
Unidade 1: Introdução a química industrial (15 hrs) Introdução a química industrial
Classificação da química industrial
Matérias-primas para a indústria química
Operações unitárias e processos unitários que compõem processos químicos
Diagrama de produção
Equilíbrio de materiais e energia
Unidade 2: Operações unitárias e processos unitários (20hrs) Redução e alargamento do tamanho
Separação magnética e electrostática Flotação em espuma
Destilação fraccionada Processos unitários
Page 6:
Unidade 3: Química Industrial Inorgânica Parte I: Metalurgia Extractiva (10 hrs)
Minérios
Piro processamento Refinando
Metalurgia extractiva do ferro Metalurgia extractiva d alumínio Metalurgia extractiva do cobre
Unidade 4: Química Industrial Inorgânica Parte II: Cloro-alcalis, Amónia, Ácido Sulfúrico,
fertilizantes, Cimento (25 hrs) Hidróxido de sódio e cloro
Amónia
Ácido sulfúrico fertilizantes Cimento
Unidade 5: Química Industrial Orgânica Parte I: Petróleo, Produtos Petroquímicos e Polímeros (25 hrs)
Processamento do petróleo Produtos petroquímicos Polímeros
Unidade 6: Química Industrial Orgânica Parte II: Fermentação, Etanol, Produtos Farmacêuticos, Sabões e Detergentes (25 hrs)
Fermentação Etanol
Produtos farmacêuticos Sabões e detergentes
Page 7:
6.3. Gráfico Organizador
Química Industrial
Química Industrial
Geral Química Industrial Inorgânica Química Industrial Orgânica
Introdução a química industrial e indústria
química
Operações unitárias e
processos unitários Metalurgia extractiva
Cloro-alcalis, ammonia, ácido sulfúrico, fertilizantes, cimento Petróleo, produtos petroquímicos e polímeros Fermentação, etanol, produtos farmacêuticos, sabões e detergenntes
Page 8:
VII. Objectivos Gerais
No final deste módulo você deveria ser capaz de:
I. Classificar a indústria química em termos de produtos, matéria-prima, escala e tipos de transformação.
II. Descrever princípios de operação de operações unitárias e processos unitários seleccionados.
III. Descrever a extracção de metal em geral e metalurgia extractiva do ferro, alumínio e cobre em particular.
IV. Discutir com apoio de diagramas, equações, condições de operação e princípios do equipamento da produção do cloro, hidróxido de sódio, amónia, ácido sulfúrico, fertilizantes e cimento.
V. Explicar, usando diagrama e equações como o petróleo bruto é refinado, como alguns produtos petroquímicos e polímeros são sintetizados.
VI. Discutir a teoria da fermentação e suas aplicações na produção do etanol, na produção de alguns produtos farmacêuticos, sabões e detergentes.
VIII. Objectivos Específicos da Aprendizagem (Objectivos Instrucionais)
Unidade 1: Introdução a Química Industrial e Indústria Química No final desta unidade, você deveria ser capaz de:
a. Distinguir a química clássica da química industrial
b. Classificar a química industrial em termos de escala, matéria-prima, finalidade do uso e valor adicional
c. Distinguir operações unitárias de processos unitários d. Descrever processos químicos através de diagramas e. Fazer equilíbrios materiais para processos simples Unidade 2: Operações Unitárias e Processos Unitários No final desta unidade, você deveria ser capaz de:
a. Alistar as várias razões para se proceder à redução e alargamento do tamanho na indústria química
b. Descrever o princípio de operação em alguns equipamentos de redução de tamanho e no equipamento de alargamento do tamanho.
c. Explicar como materiais industriais podem ser separados com base nas suas diferenças de magnéticas, electrostáticas, hidrofóbicas e volatilidade, respectivamente
d. Discutir vários processos orgânicos unitários, incluindo a polimerização, alquilação, hidrólise e suas aplicações na indústria química
Unidade 3: Química Industrial Inorgânica Parte I: Metalurgia Extractiva
No final desta unidade, você deveria ser capaz de:
a. Descrever as várias etapas por que passa o minério num processo típico de transformação do minério
b. Escrever a equação da calcinação e enferrujamento c. Explicar o que acontece durante a fusão
d. Descrever a metalurgia extractiva do ferro e. Descrever a metalurgia extractiva do alumínio f. Descrever a metalurgia extractiva do ferro
Unidade 4: Química Industrial Inorgânica Parte II: Cloroalcalís, Amónia, Ácido Sulfúrico, Fertilizantes e Cimento.
No final desta unidade, você deveria ser capaz de:
a. Descrever, usando equações e diagrama, o processo electrolítico para a produção do hidróxido do sódio e cloro, usando mercúrio, diafragma e membrana celular
b. Explicar como amónia é produzida a partir de metano e ar através do processo de Haber
c. Descrever o processo de contacto para a manufactura do ácido sulfúrico
d. Discutir os vários tipos de fertilizantes e manufactura de fertilizantes fosfatados
e. Descrever, usando diagramas, equações e operações unitárias para a manufactura de cimento Portland.
Unidade 5: Química Industrial Orgânica Parte I: Petróleo, Produtos Petroquímicos e Polímeros
No final desta unidade, você deveria ser capaz de: a. Descrever a ocorrência e extracção do petróleo
b. Explicar os propósitos e aplicações da destilação fraccionada, cracking catalítico e reformulação catalítica durante o processamento do petróleo
c. Descrever, usando equações e diagramas, a manufactura de alguns produtos petroquímicos, nomeadamente ácido adípico e ftálico anidrido
d. Categorizar as reacções de polimerização, polímeros e produtos poliméricos
e. Descrever os usos de vários plásticos
f. Explicar como são manufacturadas as borrachas polietileno e estireno-butadieno.
Unidade 6: Química Industrial Orgânica Parte II: Fermentação, Etanol, Produtos Farmacêuticos, Sabões e Detergentes.
No final desta unidade, você deveria ser capaz de:
a. Discutir factores que afectam a viabilidade da rota de fermentação e àquelas que afectam o produto da fermentação b. Descrever o processo de manufactura do etanol através da
fermentação
c. Dar uma breve história da indústria farmacêutica e do papel desempenhado pelos antibióticos
d. Descrever o processo de produção de dois produtos farmacêuticos: penicilina e aspirina
e. Descrever o processo de produção do sabão f. Descrever os vários tipos de polimento
Page 11:
IX. Pré-avaliação
Título da pré-avaliação: Teste de pré-avaliação da Química Industrial. 9.1. Justificativa
O propósito deste teste é avaliar o seu conhecimento actual da química que é um pré-requisito para uma aprendizagem com sucesso deste módulo. Para fazer este teste, você vai necessitar:
1. Uma calculadora
2. Uma lista de elementos químicos com símbolos, número atómico e massa atómica
3. Tabela de conversão para unidades científicas Questões
1. Converta as seguintes: a) 140º F para oC b) 2 atm pata KPa c) 50 Kv
d) 50 Kcal para KJ
e) 0.3 Kmoles de carbonato de sódio para Kg de carbonato de sódio 2. Calcule a % de nitrogénio em cada um dos fertilizantes de nitrogénio.
a) Nitrato de amónio b) Amónia
c) Fosfato de diamónia
3. Quais são os agentes oxidantes nas seguintes reacções redoxes dadas abaixo:
a) 4Fe………….. b) Cl2………….. c) H2
4. 0.103 g da amostra de NH4NO3 necessita de 12.8ml de de NaOH a 0.101 M para neutralização. Qual é a percentagem de pureza da amostra?
5. Escreva equações que mostram que cal apagada (CaO) e cala viva (Ca(OH)2) começa com a pedra calcária.
Page 12
6. Al2O3 é um óxido anfotero. Explica o que isso significa isso.
7. (a). Calcule o calor produzido em KJ por grama de ZnS a partir da seguinte equação:
2ZnS………
(b) Calcule a molaridade de uma solução aquosa do ácido fosfórico (H3PO4) a 35.4% massa/volume.
8. Explique como é que a presença de catalisador ajuda a progressão da seguinte reacção:
A + B C + D
9. (a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio para a seguinte equação:
PCl5 ……….
(b) Qual é a constante de equilíbrio para a reacção na alínea (a) se a concentração de equilíbrio no vaso de 12 litros for de 0.21 moles de PCl5 e 0.32 moles de Cl2?
10. (a) Calcule a massa molar da molécula de polietileno –(CH2-CH2)n-contidos em n = 10,000.
(b) Quantos litros de ar (assumindo que por volume existe 78% de N2 e 22% O2) são necessários para uma combustão completa de 1.0 litros de octano C8H18 cuja a densidade é de 0.70g/ml. Assuma que a densidade do ar é de 1.29g/ml.
Page 13
9.2. Respostas Chaves
Questões Resposta Notas
1. a b c d 2. a b c d 3. a b c d 4. 5. 6 7.
a b 9. 10. a b 11 a b TOTAL: Page 14 X. Conceitos Chaves
Alquilação é a introdução de um radical alquil por substituição ou adição num composto orgânico.
Antibióticos são substâncias químicas que podem inibir o crescimento ou mesmo destruir microrganismos patogénicos.
Cracking catalítico é a quebra de um hidrocarboneto complexo em moléculas simples, de modo a aumentar a qualidade e quantidade de hidrocarbonetos de menor peso molecular, produtos mais desejados e diminuir a quantidade de produtos residuais.
Reformulação catalítico ë o processos usado para converter naftas de baixo octano em compostos de alto octano, tais como tolueno, benzeno, xileno e outros aromáticos que são úteis na produção de gasolina e processamento de produtos petroquímicos.
Emulsão polimerização é um processo de polimerização de radical livre que ocorre numa emulsão, consistindo em água, monómero, polidor e outros aditivos.
Fermentação é uma reacção onde a matéria-prima é convertido em produto através da acção de microrganismos ou através de enzimas. Fertilizantes são produtos químicos fornecidos às plantas para promover o crescimento.
Química industrial é o ramo da química que utiliza procedimentos químicos e físicos para a transformação de matéria-prima natural e seus derivados em produtos que são benéficos para a humanidade. Equilíbrio de materiais é a aplicação das leis de conservação de massa em forma de equação para satisfazer o equilíbrio total de massas, componentes e espécies atómicas durante o processo.
Tratamento de minério é o processo de pré-tratamento de minérios principalmente através de processos físicos para afectar a concentração de minerais valiosos e para render o material enriquecido em condições físicas adequadas para operações subsequentes.
Plástico ë um material que contém como ingrediente essencial uma substância orgânica de largo peso molecular, é sólido no seu estado final, em alguns estágios da sua manufactura ou nos artigos finais, pode ser moldado por fluxo.
Polidor é um composto constituído por cauda longa, linear e não-polar (hidrofóbica) e uma cabeça polar (hidrofílica) que baixa a superfície de tensão da água e permite óleo formar uma emulsão com água.
Operações unitárias são etapas de tratamento físico empregues em processos químicos ou para transformar matéria-prima e produtos em formas desejadas.
Processos unitários são transformações químicas ou conversões que toma lugar nesse processo.
Page 15
XI. Leituras Obrigatórias Leitura # 1
Referência completa: Química industrial: da Wikipedia, como uma enciclopédia livre: http://en.wikipedia.org/Chemical_industry
Resumo: A Química Industrial compreende companhias que produzem produtos químico industriais. É central para o mundo económico moderno, convertendo matéria-prima (óleo, gás natural, ar, água, metais, minerais) em diferentes produtos. Neste site produtos químicos são categorizados e podem ser pesquisados em nome de produto, categoria do produto, tecnologia, etc. Ligações relacionadas e referências são também fornecidas.
Justificativa: Unidade I deste artigo trata da classificação geral e composição da indústria química. Visita a este site vai-lhe permitir ver quão largo é o campo da manufactura química. Leitura # 2
Referência completa: Emulsão polimerização: da Wikipedia, como
uma enciclopédia livre:
http://en.wikipedia.org/Emulsion_polymerization
Resumo: Este site fornece a história, teoria, processos de manufactura e vários ingredientes (monómeros, co-monómeros, iniciadores, polidores, não-polidores estabilizadores outros ingredientes) e aplicações de emulsão polimerização. Informações sobre vários polímeros produzidos através de polimerização por emulsão podem ser acessadas a partir deste sítio.
Justificativa: Teoria de polimerização por emulsão ‘e estudada na unidade 2 e aplicada na unidade 5 na manufactura de dois polímeros. O site vai-lhe expor a muito mais informações sobre a polimerização. Leitura # 3
Referência completa: Metalurgia extractiva: da Wikipedia, como uma enciclopédia livre: http://en.wikipedia.org/Extratuve_metallurgy
Resumo: Este site fornece definições e breve discussão sobre as tecnologias básicas usadas na extracção de metal. Ele inclui processamento de mineral pirometalurgia e hidrometalurgia. Pode ser acessada nesse site a metalurgia extractiva de vários metais.
Justificativa: o site e suas conexões dão uma boa vista geral da metalurgia extractiva. Ele suplementa informações dadas na unidade 3 na metalurgia extractiva do cobre, alumínio e ferro.
Page 16: Leitura # 4
Referência completa: Fertilizantes: da Wikipedia, como uma enciclopédia livre: http://en.wikipedia.org/fertilizer
Descrição: Aqui você vai encontrar a história da indústria de fertilizantes, informações sobre macronutrientes e micronutrientes, fertilizantes de nitrogénio e fertilizantes orgânicos. Ligações para tópicos relacionados são dadas.
Justificativa: Esta leitura vai suplementar o que é providenciado neste módulo no tópico sobre fertilizantes.
XII. Recursos Obrigatórios
Referência completa: CD acompanhando este módulo Pastas em PDF
Pdf.alumínio
Cloroalquil e electrólise de alumínio.pdf Amónio próximo passo.pdf
Cimento.pdf
10Jpolietileno.pdf
09E-SBRP sumário sobre polímero 16 de Julho.pdf Produção de antibióticos.pdf
Sabões e detergentes.pdf
Resumo: As pastas acima providenciam material de leitura que podem lhe ajudar como recursos materiais suplementares para este módulo.
Justificativa: Os recursos materiais fornecidos dão explicações detalhadas sobre teoria, processos de manufactura e outras informações sobre alguns produtos cobertos neste módulo. Esses produtos incluem alumínio. Amónia, cimento, ácido adípico, polietileno, e borracha de estireno butadieno, antibióticos, sabões e detergentes.
Page 17:
XIII. Ligações Úteis Ligação Útil # 1
Título: Processo de diagrama fluido. URL:
http://commons.wikimedia.org/wiki/category:Process_flow_diagrams
Descrição: Este sítio de rede trata exclusivamente de processos de diagramas e outros diagramas de ensino e fotografias de equipamento industrial e fábricas.
Justificativa: O site pode melhorar a sua compreensão e apreciação sobre como os processos de descrição são apresentados em forma de diagrama.
Título: Como são produzidos os produtos. URL: www.madehow.com
Descrição: Este site dá explicações e detalhes sobre processos de manufactura de uma larga variedade de produtos, incluindo alguns produtos químicos. O site providencia descrições sobre o processo de manufactura passo-a-passo, complementados com ilustrações e diagramas. Cada produto possui informações gerais relacionadas, tais como história, como funciona, matéria-prima usada, aplicações do produto, produtos secundários formados, possíveis futuros desenvolvimentos, procedimentos de controlo de qualidade, etc. A informação está arranjada em sete volumes.
Justificativa: Você vai encontrar informação útil sobre aspirina no volume 1, acril plásticos, poliéster, gasolina e sabões no volume 2, antibióticos no volume 4 e alumínio no volume 5. Esta informação é relevante para várias secções deste módulo.
Ligação útil # 3
Título: Engenharia mineira
URL: http://www.mine-engineer.com/
Descrição: O site com informações sobre a mineração de minerais, carvão, processamento de minerais, preparação de carvão, equipamento usado na mineração e processos industriais. Outros tópicos relacionados estão inclusos.
Descrição: Neste sítio de rede informação para suplementar o que é apresentado neste módulo será encontrado em tópicos como, cobre, alumínio, cimento, processamento de minerais de fosfato, operações unitárias envolvendo a redução do tamanho e separação.
Ligação útil # 4
Título: Electroquímica
Descrição: Este site dá informações úteis sobre a aplicação industrial da electroquímica.
Justificativa: Um artigo deste sítio de rede cobre a história da produção de alumínio de Bayer, Hall-Heroult e outros processos alternativo.
Ligação útil # 5
Título: Recursos químicos
URL: http://www.cheresources.com/
Descrição: Este sítio providencia conteúdos e instrumentos para engenharia química em todo mundo. Este site tem muitos recursos de engenharia química gratuitos, bem como conteúdos primários e programas informáticos de onde os visitantes podem escolher. Alguns dos artigos gratuitos têm como alvo os estudantes.
Justificativa: Esta é uma ligação útil para pesquisa de informações detalhadas sobre processos químicos tecnológicos para produtos tais como amónia, ácido sulfúrico e outros cobertos neste módulo. Alguns dos artigos são revistas de referências.
Ligação útil # 6
Título: O processo de contacto URL:
http://uk.encarta.msn.com/media_761566936/Sulphuric_Acid.html
Descrição: Esta página descreve o processo de contacto para a manufactura do ácido sulfúrico.
Justificativa: O artigo explica as razões para as condições usadas no processo. Olha para o efeito das proporções, temperatura, pressão e catalisador na composição da mistura de equilíbrio, a velocidade de reacção e a economia do processo.
Ligação útil # 7
Título: Inteligência química
URL: http://www.icis.com/chemical/intelligence.aspx
Descrição: Inteligência química ‘e um directório de produtos químicos, providenciando informações sobre produtos químicos cobertos pela ICIS. Página de produtos químicos de A-Z conduz a informações que você pode precisar sobre qualquer produto químico. Justificativa: Todas categorias de produtos químicos industriais, inclui os produtos químicos e materiais produzidos na indústria química em grandes quantidades. O site também aborda os principais produtos petroquímicos intermediários que são produzidos a partir de oleofinas primárias e aromático, blocos construtores que depois são processados em monómeros, detergentes, adesivos, solventes, plasticizações, lubrificantes e polímeros.
Ligação útil # 8
Título: Equipamento Laboratorial URL: http://www.setlaboratories.com/
Descrição: Este site possui uma valiosa informação sobre a refinação do petróleo.
Justificativa: Tópicos cobertos neste site inclui história da refinaria do petróleo, extracção do crude e composição, processo de refinaria com o diagrama de fluxo e detalhada explicação. Você vai achar este módulo útil quando estiver a estudar o módulo 5.
Ligação útil # 9
Título: Acesso e Excelência
Descrição: este site é um centro de recursos para ciências da vida incluindo biotecnologia. Um dos sites Biotech Applied olha para aplicações práticas da biotecnologia e estratégias de introdução de biotecnologia nas salas de aulas. Ele também dá oportunidade para interagir e colaborar com cientistas, professores e outros para explorar os avanços da ciência.
Justificativa: um site particular:
(http://www.accessercellence.org/LC/SS/ferm_biography.html) trata de
fermentação. Ligação útil # 10
Título: Sabões e Detergentes
URL: http://www.cleaning101.com/cleaning/chemistry/soapchem2.com
Descrição: Este sítio é para associações de detergentes e sabões que representa a manufactura de produtos caseiros, produtos de limpeza industrial e institucional, produtores e fornecedores de matéria-prima associada e produto acabado empacotado.
Justificativa: Um dos artigos neste sítio de rede é sobre o processo de manufactura de sabões e detergentes. Ele inclui a história de sabões, fazendo sabões, química, ingredientes e processos de manufactura. As explicações em linguagem legal humana são suplementadas com gráficos ilustrativos interessantes. Isto irá lhe ajudar grandemente no estudo no estudo deste tópico na unidade 6.
Page 20
XIV. Actividades de Aprendizagem Actividade 1
No final desta actividade de aprendizagem, você deverá ser capaz de:
a. Distinguir a química clássica da química industrial
b. Classificar a indústria química em termos de escala, matéria-prima, finalidade de uso e valor adicional
c. Distinguir as operações unitárias de processos unitários d. Descrever os processos químicos através de diagramas e. Fazer equilíbrios materiais para processos simples Sumário da actividade de aprendizagem
Esta actividade de aprendizagem introduz a si a indústria química e química industrial e permite-lhe estudar facilmente as unidades subsequentes. Ela inclui os seguintes tópicos: Introdução à química industrial, classificação da química industrial, matéria-primas para indústria química, operações unitárias e processos unitários, diagramas de fluxo, balanço de energia e matéria. Os vários materiais de leitura providenciados suplementam o material apresentado neste módulo. No final da unidade, existe um exercício que você devera fazer para testar a sua compreensão da unidade.
Lista de leituras relevantes
1. Chang R. (1991). Chemistry, 4th Edition, McGraw-Hill Inc. New York.
2. Chang R. and Tikkanen W. (1988). The Top Fifty Industrial Chemicals.
3. Price R.F. and Regester M.M. (2000), WEFA Industrial Monitor, 2000-2001, John Wiley & Sons Inc., New York
Lista de Recursos Releventes
Computador ligado a internet para acessar as ligações e recursos de direitos do autor livre
CD-Rom acompanhando este módulo para leitura obrigatória e demonstrações
Recursos de multimédia como vídeo, VCD e tocador de CD.
Page 21
Lista de ligações úteis
http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Process_flow_diagra mas
http://www.icis.com/intelligence.aspex
O primeiro website trata exclusivamente de diagramas de fluxo, outros diagramas técnicos, fotografias de equipamentos industriais e fábricas. O site pode aumentar a sua compreensão e apreciação sobre como o processo de descrição é apresentado em forma de diagramas.
O segundo website permite-lhe ver como as substâncias químicas são categorizadas para fins comerciais e para propósitos técnicos.
1.1. A diferença a química clássica e química industrial
Antes de definirmos química industrial, pode ser útil saber que o desenvolvimento de da indústria química começaram quando nós quisemos saber como várias substâncias químicas podem ser produzidas muito mais que numa escala maior que a laboratorial cresceu. Conhecimento químico foi aplicado para alimentar a rapidamente expansiva indústria química com “receitas” que agora chamamos processos químicos. Química industrial mantém-se com o progresso na ciência e tecnologia. Ela incorpora outras disciplinas emergentes tais como, biotecnologia, microeletrónica, farmacologia e ciência dos materiais. A disciplina também esta preocupada com a economia e a necessidade de proteger o ambiente.
Nós definimos química industrial como o ramo da química que aplica procedimentos físicos e químicos para a transformação
de matéria-prima natural e seus derivados em produtos que são benéficos para a humanidade.
Química clássica (orgânica, inorgânica e química-física) é muito essencial para o avanço da ciência química através da descoberta e reportagem de novos produtos, rotas e técnicas. Por outro lado, química industrial ajuda-nos a desfazer os equívocos sobre como a química clássica é ensinadas no ensino secundário, universidades e a forma como a química é praticada comercialmente. A abrangência da química industrial inclui:
A exploração de material e energia em escala apropriada
Aplicação de ciência e tecnologia para permitir a humanidade experimentar os benefícios da química em áreas como produção de alimentos, saúde e higiene, construção, protecção, decoração, recreação e entretenimento.
1.2. Classificação de indústrias
Indústria é um termo geral que se refere a todas actividades que lidam com a produção de bens e serviços. Bens e serviços são palavras-chaves quando falamos de indústria. Nós esperamos que a indústria inclua os seguintes sectores:
Manufactura Agricultura Energia Transporte Comunicação Educação Turismo Edifícios e construção Comércio Finança
Etc
1.2.1. Classificação da Indústria manufactureira
A indústria manufactureira é a área de enfoque no estudo deste módulo. Indústria manufactureira produz bens manufacturados. Isto torna-lhe distinta de outras áreas como agricultura que também produz bens. Na indústria manufactureira, materiais são transformados em outros materiais mais valiosos.
Nós definimos a indústria manufactureira da seguinte maneira:
Indústria manufactureira é o compartimento da indústria ou economia preocupado com a produção ou fazer bens a partir de matéria-prima por meio de um sistema organizado de trabalho.
A indústria manufactureira pode ser classificada em pesada e ligeira. Indústrias de capital intensivo são classificadas com pesadas , enquanto que as indústrias de mão-de-obra intensiva são classificadas como ligeiras
Indústrias ligeiras são mais fáceis de realocar do que as pesadas e requerem menos capitar de investimento para construir
Usando os critérios de classificação acima descritos, exemplos de indústria pesada incluem as que produz maquinaria industrial, veículos e produtos químicos básicos.
Outras medidas usadas para classificar indústrias incluem: o peso ou volume do produto fornecido e o peso por custo de produção. Por exemplo o peso do aço produzido por dólar é mais que o peso por dólar de uma droga. Neste caso, indústria de aço ‘e uma indústria pesada, enquanto a indústria de produção de medicamentos é ligeira.
Algumas vezes governos definem indústria pesada em termos do seu impacto no ambiente. Muitas leis de controlo da poluição têm como alvo indústrias pesadas que em muitos casos poluem mais que a
indústria ligeira. Por isso, a indústria de polpa e papel é indústria pesada, porque a sua contribuição para a poluição é enorme.
Ambas, química industrial inorgânica e orgânica podem ser ou ligeira ou pesada. Por exemplo, a indústria farmacêutica, que é basicamente orgânica é ligeira. A refinação do petróleo é orgânica, mas indústria pesada. A indústria do ferro e aço é inorgânica e é indústria pesada. 1.2.2. Subsectores da Indústria manufactureira
Por causa da variedade da matéria-prima e dos produtos manufacturados, diferentes habilidades e tecnologias são requeridas na manufactura. Por isso a indústria manufactureira é por isso dividida em subsectores que lidam tipicamente com categorias de bens, como se segue:
Alimentos, bebidas e tabaco
Têxteis, vestuário, produtos de cabedal Produtos de papel, impressão e publicidade
Produtos químicos, petróleo, borracha e produtos plásticos
Produtos de minerais não-metálicos e outros produtos de petróleo
Produtos metálicos básicos, máquinas e equipamentos
Vamos agora focalizar em subsectores de produtos químicos, petróleo, borracha e produtos plásticos. Nós deveríamos de forma geral indústria química.
1.3. A Indústria Química
A indústria química pode também ser classificada de acordo com o tipo da matéria-prima principal usada e/ou do tipo do principal produto produzido. Nós temos, por isso química industrial inorgânica e química industrial orgânica. Indústrias químicas inorgânicas
extraem substâncias químicas inorgânicas, fazem compostos do mesmo e também sintetizam substâncias químicas inorgânicas.
Indústria pesada de produtos orgânicos produzem combustíveis de petróleo, polímeros, produtos petroquímicos e outros materiais sintéticos, na sua maioria a partir do petróleo.
Indústrias orgânicas ligeiras produzem produtos químicos especiais que incluem produtos farmacêuticos, tintas, pigmentos de tintas, pesticidas, sabões e detergentes, produtos cosméticos e uma variedade de produtos.
Page 24
1.3.1. A Estrutura da Química Industrial Global
Nós normalmente damos valor a algo de acordo com o quanto ele custou. Algumas coisas são de elevado valor enquanto outras são de valor baixo. Para produtos de baixo valor você deve produzi-los em grandes volumes para obter lucros significativos. Isto significa que a matéria-prima é barata e de fácil acesso. Também deve existir uma relativamente simples e facilmente acessível tecnologia. Para vender uma grande quantidade de produtos, deve existir um mercado grande. Isto traz uma forte competição que também mantém os preços baixo. Agora nós estamos prontos a descrever a estrutura da química industrial global.
1.3.1.1. Produtos químicos
A indústria química global é baseada na química inorgânica básica (QIB) e química orgânica básica (QOB) e seus intermediários. Por serem produzidos a partir de recursos naturais eles são produzidos em grandes quantidades.
No topo dez de QIB, quase todos os tempos dominam, ácido sulfúrico, nitrogénio, oxigénio, amónia, cal, hidróxido de sódio, ácido fosfórico e
cloro. A razão de o ácido sulfúrico aparecer sempre como primeiro é por ele ser usado para manufactura de fertilizantes, polímeros, medicamentos, tintas, detergentes e papel. Ele é também usado na refinaria do petróleo, metalurgia e muitos outros processos. A posição cimeira do oxigénio tem a ver com o seu uso na indústria do aço.
O etileno e propileno estão usualmente entre as dez maiores QOB. Eles são usados na produção de vários produtos orgânicos, incluindo polímeros.
QIB e QOB são referidos como bens de uso ou produtos químicos industriais.
bens de uso químicos são por isso definidos como produtos de baixo valor produzidos em largas quantidades, muitas vezes em processos contínuos. Eles são de propósito gradativo de forma técnica ou geral.
1.3.1.2. Produtos Químicos
Especiais
Adicionar valor envolve a produção de pequenas quantidades de produtos químicos para específicas finalidades de uso. Tais produtos são chamados produtos químicos especiais.
Existem produtos de elevado valor – produtos adicionados produzidos em pequenos volumes e vendidos com base em específicas funções. Nesta categoria estão os chamados produtos químicos de performance que são produtos de elevado valor produzidos em pequenos volumes e usados em quantidades extremamente pequenas. Eles são julgados com base na sua performance e eficiência. Enzimas e
dyes são produtos químicos de performance. Outros exemplos de produtos químicos especializados incluem produtos químicos medicinais, agroquímicos, pigmentos, aromatizantes e fragrâncias, produtos de beleza, polidores e adesivos.
Produtos químicos especializados são principalmente usados em forma de formulações. A pureza é de vital importância na sua formulação. Isto exige da síntese orgânica de produtos químicos de elevado valor e com elevado pureza conhecidos como fine produtos químicos.
1.3.1.3. Fine Produtos Químicos
Refinados.
De momento você vai verificar que a matéria-prima para seu produto deve ser muito puro para que o produto funcione como desejado. Pesquisa de produtos químicos estão nesta categoria tal como também o são os ingredientes de produtos farmacêuticos. Tais produtos químicos purificados ou refinados são chamados produtos químicos refinados. Por definição eles são produtos químicos orgânicos puros de elevado valor adicionados produzidos em volumes relativamente menores e vendidos com base em especificações exactas de pureza, mais do que ema características funcionais.
O mercado global partilha para cada tipo é mais ou menos como se segue:
Commodities 80%
Especialidades 18%
Refinados 2%
1.4. Matéria-prima para Indústria Química.
Nós prestamos alguma atenção a alguns produtos da indústria química. Mas, como não poderia existir indústria química sem matéria-prima, a discussão sobre a matéria-prima é merecida nesta etapa. Todos os produtos químicos são derivados da matéria-prima disponível na natureza. O preço dos produtos químicos depende da disponibilidade das suas matérias-primas. As maiorias de indústrias de produtos químicos desenvolveram-se a partir de uma variedade de matérias-primas.
O ambiente natural é fonte de matérias-primas para a química industrial.
Matéria-prima da atmosfera
Atmosfera é o campo acima do solo. Ele é a fonte de ar do qual seis gases industriais são manufacturados, nomeadamente: N2, O2, Ne, Ar, Kr e Xe. A massa da atmosfera da terra ‘e aproximadamente 5X1015 toneladas e por isso o fornecimento dos gases é virtualmente ilimitado. Matéria-prima da hidrosfera
A água do oceano que totaliza cerca de 1.5X1021 litros, cerca de 3.5 por cento por massa de material dissolvido. Água do mar é uma boa fonte de cloreto de sódio, magnésio e bromo.
Matéria-prima da litosfera
A maioria de elementos é obtida a partir da crusta terrestre em forma de minerais, carbono e hidrocarbonetos. Carvão, gás natural, petróleo bruto, além de serem fontes são também convertidos em milhares de produtos químicos.
Matéria-prima da biosfera
Vegetação e animais contribuem para matéria-prima chamada indústria de agro processamento. Óleos, gorduras, graxas, resinas, açúcar, fibras naturais e couro são exemplos de produtos naturais.
1.4. Processos Químicos
Todos processos industriais são desenhados para produzir um desejado produto de uma variedade de materiais iniciais, usando energia através uma sucessão de passos de tratamento integrados numa
maneira racional. Os passos de tratamento podem ser de natureza física ou química. Entrada de Processo Saída Material (Transformação) Produto
Energia é uma entrada ou saída em processos químicos. O padrão de processos químicos indica áreas onde:
Matéria-prima são pré-tratadas; Conversão toma lugar
Separação do produto dos produtos secundários toma lugar Refinação/purificação dos produtos tem lugar
Pontos de entrada e saída de serviços como arrefecimento de água e vapor.
1.4.1. Unidades que fazem um processo químico
Um processo químico consiste de combinações de reacções química tais como: síntese, calcinação, troca iónica, electrólise, oxidação, hidratação e operações baseadas em fenómenos físicos, tais como: evaporação, cristalização, destilação e extracção.
Um processo químico é por isso, uma singular unidade de processamento ou uma combinação de unidades de combinação usado para a conversão de matéria-prima através de uma combinação de mudanças de tratamentos químicos e físicos em produtos finais.
Page 27:
Processos unitários são transformações químicas ou conversões que são realizadas em um processo.
Na tabela 1.1., são fornecidos exemplos de processos unitários Tabela 1.1. Exemplos de Processos Unitários
Acilação Calcinação Deshidrogenaçã o
Hidrólise Alcoólise Carboxilação Decomposição Troca iónica Alquilação Causitização Electrólise Isomerização Aminação Combustão Esterificação Neutralização Amonólise Condensação Fermentação Oxidação Aromatização Deshidratação Hidrogenação Pirólise
1.4.1.2. Operações Unitárias
Existem muitos tipos de processos químicos que perfazem a indústria química global. Contudo, cada um pode ser subdividido numa série de passados chamados operações unitárias. Eles são passos de tratamento físico, necessários para:
Colocar a matéria-prima numa forma na qual pode reagir quimicamente
Colocar o produto numa forma que é a adequada para o mercado Tabela 1.2. Exemplos de Operações Unitárias
Agitação Dispersão Transferência de calor
Atomização Destilação Humidificação Centrifugação Evaporação Mistura
Classificação Filtração Bombeamento
Corte Flotação Sedimentação
Decantação Absorção Redução do
tamanho
É o arranjo ou sequenciamento de várias operações unitárias acoplado com processos unitários conjugado com materiais que saem, que dão ao processo o seu carácter individual. As operações individuais têm técnicas comuns e são baseadas em alguns princípios científicos. Por
exemplo, em muitos processos deve-se mover sólidos e fluidos; calor ou outras formas de energia podem ser transferidas de uma substância para outra, e realiza-se secando, reduzindo o tamanho, fazendo a destilação.
Estudando sistematicamente essas operações unitárias que se realizam na indústria e processos em linha, os tratamentos de todos os processos são unificados e simplificados.
Page 28:
1.5. Diagramas de Fluxo
Uma fotografia diz mais que mil palavras
Alguns processos químicos são muito simples; outros, tais como refinaria de petróleo e fábricas de produtos petroquímicos podem ser muito complexos. O processo de descrição de alguns processos pode levar muito texto e tempo para ler e mesmo assim não ter uma compreensão a 100%. Erros resultantes de mal compreensão de processos podem ser extremamente custosos.
Para simplificar o processo de descrição, o diagrama de fluxo, tal como são usadas as folhas de fluxo. Um diagrama de fluxo é um mapa do processo que fornece um grande número de informações num pequeno espaço. Engenheiros químicos usam-nos para mostrar a sequência de equipamento e operações unitárias em todo processo para simplificar a visualização dos processos de manufactura e para indicar as quantidades de material e energia transferida.
Um diagrama de fluxo não é uma escala de desenho, mas é:
Identidades pictóricas de passos de processos químicos numa maneira própria/lógica e sequencial
Inclui detalhes suficientes de modo que uma própria interpretação mecânica do processo possa ser feita.
São de uso comum dois tipos de diagramas de fluxo, nomeadamente, o diagrama de bloco e o diagrama de fluxo do processo.
1.5.1. Diagramas de Bloco
Este é um diagrama esquemático que mostra:
O que deve ser feito mais do que o que foi feito. Não são dados detalhes de operações/processos unitários
O fluxo é através de linhas e setas
Operações e processos unitários através de figuras tais como rectângulos e círculos;
Matéria-prima, produtos intermediários e finais.
Page 29
Fig. 1.1. é um exemplo de um diagrama de bloco Ar
Torradeira Minério de sulfureto
Aquecedor de água Água Vapor
Ciclone
Raspador Torradeira Produto
Arrefecedor
Precipitador Misto Secador
Ácido fraco ventoinha
Arrefecedor
Ácido forte Conversor Trocador
de calor Absorvedor
Ácido sulfúrico Desperdício de gás
Fig 1.1. Diagrama de bloco para uma fábrica de ácido sulfúrico. 1.5.2. Diagrama de Fluxo do Processo/ Folha de Fluxo
Fábricas químicas são construídas a partir de diagramas de fluxo dos processos ou folha de fluxo, por engenheiros químicos para comunicar conceitos e desenhos. A comunicação é emperrada se o leitor não for fornecido uma clara e inequívoca imagem do desenho. Tempo também é despendido se o leitor questionar e fica embaraçado sobre o diagrama de fluxo. O leitor pode cometer erros sérios baseados em interpretações erróneas do diagrama de fluxo.
A comunicação é melhorada se símbolos aceites forem usados. As vantagens de um uso correcto de símbolos incluem:
A função a ser realizada é enfatizada através da eliminação de distracções causadas por detalhes
Possibilidade de erro ocorrer quando detalhes são repetidos muitas vezes é virtualmente feito fora com ele
Símbolos de equipamento não deviam nem dominar os desenhos nem ser demasiado pequenos para uma clara compreensão. Símbolos de folhas de fluxo são ilustrados de desenho fácil, símbolos de compreensão fácil que transcendem as barreiras da linguagem. Alguns já foram aceites como padrões nacionais, enquanto outros são símbolos comummente usados em processos químicos industriais que provaram ser efectivos. Engenheiros estão constantemente a inventar seus próprios símbolos onde não existem padrões. Por isso, símbolos e apresentações variam de um desenhador ou empresa para outra. Abaixo apresenta-se o diagrama de fluxo do processo de produção do cimento, ilustrando o uso de equipamento e símbolos.
Fig 1.2. Diagrama de fluxo do processo de manufactura de cimento
Page 31
1.6. Equilíbrio de Material
Da lei de conservação de massa sabemos que massa não pode ser nem criada nem destruída. Contudo, em reacções nucleares, massa e energia podem ser convertidos respectivamente um no outro. Por causa disso, podemos escrever equações chamadas “balanço de massa”ou “balanço de matéria”. Qualquer processo estudado deve satisfazer o equilíbrio da quantidade total de material de cada componente químico, ou em espécies atómicas individuais.
Como vimos no processo do estudo do diagrama do processo, um processo pode ter poucas ou muitas ramificações dependendo da sua complexidade.
1.6.1. O propósito de cálculo de balanço de massa O cálculo do balanço de massa serve os seguintes propósitos:
1. Ajuda-nos a conhecer a quantidade e composição de cada fluxo no processo.
2. O cálculo feito em 1 serve de base para o balanço de energia através da aplicação da lei de conservação de energia.
3. Podemos fazer uma avaliação técnica e económica dos processos e processos unitários através do conhecimento da matéria e energia consumida e o produto final obtido.
4. Podemos quantitativamente saber as emissões ambientais do processo. Num cálculo de balanço de massa partimos de duas assumpções:
Não há transferência de massa para energia
Massa é conservada para cada elemento ou composto na base molar ou peso.
É importante notar o seguinte: Massa e átomos são conservados
Moles só são conservados quando não há reacção Volume não é conservado
Você pode escrever balanços na massa total, total de moles, massa de um composto, moles de uma espécie atómica, moles de um composto, massa de espécies, etc.
Page 32
1.6.2. Balanço Material de Equações.
Nós podemos ficar tentados a pensar que num processo: O QUE ENTRA (INPUT) = O QUE SAI (OUTPUT)
Na prática, algum material pode acumular num processo ou num processo unitário. Por exemplo, num processo de cozedura algum material pode manter-se aderente às paredes do contentor. Na deshidrogenação do etano em etileno as possíveis reacções químicas são as seguintes:
C2H6 (g) --- C2H4 (g)
C2H4 (g) --- 2C (s) + 2H2 (g) O carbono formado acumula-se no reactor.
Porque os processos podem ser descontínuos com entrada de fluxo e saída de fluxo ou contínuo com entrada de fluxo e saída de fluxo e que pode haver conversão de espécies químicas, um bom balanço de equações toma conta de todos esses aspectos. O que se apresenta a seguir é o balanço geral de equação:
Acumulação dentro do sistema
= Fluxo dentro e através do sistema de fronteiras - Fluxo fora através do sistema de fronteiras
+ Geração dentro do sistema - Consumo dentro do sistema Simplesmente coloque:
Acumulação = Fluxo para dentro – Fluxo para fora + Produção – Consumo
O sistema é qualquer processo ou porção de um processo escolhido para análise. Um sistema diz-se “aberto” quando a matéria flui através do sistema de fronteiras durante o intervalo de tempo em que está a ser estudado e diz-se ”fechado” quando não há fluxo para dentro ou fora.
Acumulação é usualmente a velocidade de mudança de contenção da matéria dentro do sistema. Se o material estiver a aumentar a acumulação é positiva, se estiver a diminuir é negativa. Se o sistema não muda dentro de um período de tempo, diz-se um estado estável e a acumulação bruta será zero.
A geração e consumo de materiais são consequência de reacções químicas. Se não houver reacções químicas os termos produção e consume são tipicamente zero.
Page 33
1.6.3. Procedimento para cálculo do balanço de massa
O procedimento geral para fazer o cálculo de balanço de massa é como se segue:
1. Faça um diagrama de bloco (fluxo de folha) sobre o processo 2. Coloque números em todas ramificações
3. Faça uma lista de todos os componentes que participam no processo 4. Descubra os componentes que estão em cada ramificação e liste-os adjacente ao bloco de diagrama
5. Decida de forma apropriada bases para cálculo, por exemplo, 100Kg de matéria-prima A, 100Kg/hr A, 1 tonelada do produto, 100 moles do reagente B etc.
6. Descubra o número de relações independentes. Isto é equivalente ao número total de componentes das ramificações.
7. Para calcular concentrações coloque por cima diferentes relações entre componentes da ramificações e relações independentes.
1.6.4. Exemplos
A matéria-prima é misturada num tanque de modo a obter o produto final numa proporção de 1:0.4:1.5, respectivamente. A primeira matéria-prima contém A e B com 50% de A. A segunda matéria-prima contém C, enquanto a terceira contém A e C com 75% de A. Assumindo que é um processo contínuo no estado estável, descubra o fluxo e a composição do produto.
Solução
2. Coloque números em todas ramificações
Page 34
3. Faça uma lista de todos os componentes que participam no processo Os componentes são A, B e C.
4. Descubra os componentes que estão em cada ramificação e liste-os adjacente ao bloco de diagrama.
Seja W representação da composição por peso
5. Decida de forma apropriada bases para cálculo.
Vamos usar a base de 100Kg/hr para a primeira matéria-prima
6. Descubra o número de relações independentes. Isto é equivalente ao número total de componentes das ramificações.
O número total de relações independentes = número total de componentes das ramificações.
Componentes das ramificações. WA1, WB1, WC2, WA3, WC3, WA4, WB4,WC4 = 8
7. Para calcular concentrações coloque por cima diferentes relações entre componentes das ramificações e relações independentes.
Nós precisamos pelo menos 8 relações matemáticas independentes para nos permitir resolver o problema. Elas são:
Base: Ramificação F1 é 100 Kg A proporção das 3 matérias-primas WA1 é 50%
WC2 é 100% WC3 é 25%
Balanço de material para A Balanço de material para B Balanço de material para C
Nós temos o número requerido para relações independente e podemos proceder para os cálculos.
Page 35
Começamos com o balanço geral da equação:
Acumulação = Fluxo para dentro – Fluxo para fora + Produção – Consumo
Para uma mistura de reacção, produção e consumo são zero. Por isso: Acumulação = (F1 + F2 + F3) - F4
Onde a velocidade de fluxo é em Kg por hora.
Por o sistema estar num estado estável, acumulação é zero e: F4 = F1 + F2 + F3 F4
A partir da proporção do fluxo para dentro F2 = 0.4 x (100/1) = 40Kg F3 = 1.5 x (100/1) = 150Kg Por isso F2 = 100 + 40 + 150 = 290Kg
O próximo passo é descobrir as quantidades de A, B e C em F4. Para fazer isso devemos escrever a massa do balanço da equação para cada um dos três componentes assumindo que não há acumulação. Para A:
Acumulação A = Fluxo para dentro A – Fluxo para fora A – Produção A – Consumo A
Acumulação A = 0 = (F1WA1 + F2WA2 + F3WA3) – F4WA4
0 = 100(0.5) + 40(0) + 150(0.75) - 290 WA4 0 = 162.5 - 290 WA4
WA4 = 162.5/290 = 0.56
Balanços similares serão feitos para B e C:
Acumulação B = 0 = (F1WB1 + F2WB2 + F3WB3) – F4WB4 0 = 100(0.5) + 40(0) + 150(0) - 290 WB4 0 = 50 - 290 WB4 WB4 = 50/290 = 0.16 Acumulação C = 0 = (F1WC1 + F2WC2 + F3WC3) – F4WC4 0 = 100(0.5) + 40(1) + 150(0.25) - 290 WC4 0 = 77.5 - 290 WC4 WC4 = 77.5/290 = 0.27 Page 36
É sempre bom verificar as respostas para consistência. Faremos isso somando as fracções de peso:
WA4 + WB4 + WC4 = 0.56 + 0.17 + 0.27 = 1.0 Isto prova que a resposta é correcta
8. Resultados Tabulados Stream Compon
ente
1 A B 50 50 100 50 50 100 2 C 40 100 100 100 3 A C 112.5 37.5 150 75 25 100 4 A B C 162.5 50 77.5 290 56 17 27 100 Avaliação Formativa:
1. Distinguir a química industrial da química clássica
2. Que factores são usados para classificar a indústria em pesada e ligeira?
3. Defina produtos químicos especializados
4. Explique como a litosfera é uma fonte importante de matéria-prima para a indústria química.
5. Qual é a diferença entre operações unitárias e processos unitários?
6. Que informações você esperaria encontrar num diagrama de bloco para um processo química?
7. Discuta o uso de símbolo num fluxograma de processo. 8. Que assumpções sào feitas nos estágios iniciais quando se
faz o balance material para processos químicos? 9. Escreva a equação geral de banco de uma equação.
10. Um produtor de gás possui a
seguinte composição por volume:
% Densidade,
Kg/m3
CO 28.0 1.250l CO2 3.5 1.9768 O2 0.5 1.4289
N2 68.0 1.2507 O gás queimou com o oxigénio de acordo com a seguinte equação:
2 CO + O2 --- 2 CO2
Oxigénio é proveniente do ar cujo o volume por composição é assumido ser de 80% de N2 e 20% de O2. O Oxigénio é alimentado a partir do ar e o produtor de gás está 20% em excesso da quantidade desejada para combustão completa. A combustão é completa em 98%. Faça o balanço material total para este processo baseando-se no facto de que 100 Kg do gás é queimado.
Page 60
Actividade 3
Indústrias de Química Inorgânica Parte 1: Metalurgia extractiva
Objectivos da Unidade
No final desta unidade, você deve ser capaz de:
a. Descrever as varias etapas que os minérios de minerais passam em um processo de curativo de minério.
b. Escrever equações que descrevem a calcinação e torragem c. Explicar o que acontece durante a fundição
d. Descrever a metalurgia extractiva do ferro e. Descrever a metalurgia extractiva do Cobre f. Descrever a metalurgia extractiva do Alumínio
Sumario da unidade
Nesta unidade, iremos estudar como os minerais são extraídos do minério do mineral onde existem com outros material de baixo valor.
Geralmente, minério são primeiro levados para a redução de tamanho, selecção e aglomeração para a transformação deles numa forma que pode ser levada para o processo de extracção incluindo a calcinação, torragem, fundição e refinaria. Metalurgia extractiva de ferro, alumínio e cubro respectivamente passam a ser apresentadas.
Lista de bibliografia relevante
Das R. K. (1988) química industrial: metalurgia, Kalyani Publishers, Nova Deli
Lista de fontes relevantes
Computadores com internet para acessar hiperligações e copyright livre
fontes relevantes
CD-ROM acompanhado deste módulo de leitura e demonstrações obrigatórias
Fontes multimédia como vídeos, tocadores de VCD e CD
Lista de Relevante Hiperligações Úteis
http://mine-engineer.com
http://electrochem.cwru.ed/encycl
O primeiro endereço possui informação útil em várias unidade de operações usadas na indústria química. Fotos e outras ilustrações estão presentes. O segundo endereço electrónico possui informações na produção de alumínio.
Page 61
3. 1. Minérios de Minerais
Uma minério é um depósito de mineral que pode ser explorada lucrativamente. Ele pode conter ter três grupos de minerais nomeadamente:
Componentes de metais associados que podem ser de valor secundário.
Ganga mineral de valor mínimo
Quase todos os metais derivam de minérios. Existem também minérios que contem ametais como enxofre. Geralmente, os minérios valiosos num minério podem ser encontrados na forma de metais nativos, óxidos, oxi-sais, sulfitos ou arseniatos.
Durante a mineração, enormes buracos abertos são escavados, quebrando o minério usando explosivos. Minérios, como pode ser extraído em grandes pedaços e, por conseguinte, a redução do tamanho é feita na mina. O minério é tirado a pazadas dentro dos camiões e transportados para a fabrica. Se o minério é encontrado em lençóis de agua, mineração é feita por dragagem. Por exemplo, areia é dragagem do leito dos rios.
3. 2. Curativo de Minério
Antes do minério ser sujeito aos principais passos de tratamento químico, eles são tratados por uma serie de processos relativamente baratos, maioritariamente físico invés dos de natureza química. Estes processos constituem o que é conhecido como curativo de minério. Eles tem intenção de afectar a concentração dos minerais valiosos e render o material enriquecido na melhor condição física para as operações subsequentes. Minério curativo pode incluir:
Redução de tamanho para o tamanha que possa libertar ou expor os todos os materiais valiosos.
Selecção para separar as partículas do minério mineral do ganga (não valioso) mineral ou diferentes minérios dos outros.
Aglomeração pode ser feita as vezes antes da operação de torragem.
Se o minério é rico no mineral valiosos, os processos acima pode não ter valor adicional. Tais minérios podem estar em terreno, em uma dimensão ou misturados com outros minérios de forma a prover uma ração homogénea para digamos um forno de Fundição ou cama de reacção.
3. 2. 1. Diminuição de tamanho
A diminuição de tamanho pode ser feita por partir primeiramente o minério ate no máximo 7 mm seguido de moagem para tamanhos mais pequenos. Trituradores de maxila podem ser usados profundamente na mina para preparar o minério para transporte ate a superfície por exemplo usando elevadores de balde.
Page 62
3. 2. 2. Dimensionamento
Telas são usadas para separar as partículas de acordo com o tamanho e podem não afectar a concentração do mineral minério. Partículas são separadas em acima do peso e de abaixo do peso.
3. 2. 3. Selecção
As partículas podem ser sorteadas por classificação, flotação ou métodos magnéticos.
Classificadores
Estes são dispositivos que separam as partículas de acordo com as diferentes taxas de gravidade de viagens por um fluido médio tal como agua. Partículas de densidades diferentes, tamanhos ou formas tem deferentes velocidades de queda. Classificadores incluem classificadores de ancinho e gabaritos.
3. 2. 4. Flotação
Flotação usa a diferença nas propriedades da superfície do mineral individuais. Ele é aplicado a concentrações bem finas e pode distinguir o minério mineral de ganga e também um minério do outro.
3. 2. 5. Separação magnética
Magnetite de ferro magnético ou minerais de ferro que podem ser alterados quimicamente para produzir magnetite podem ser separados usando separadores magnético como descrito na unidade 2.
3. 2. 6. Separação electrostática
Minerais tem uma grande margem de condutibilidade eléctrica e podem ser distinguidos por esta propriedade. Se é dada uma carga electrostática á muitos tipos de partículas e elas são postas em contacto com um condutor eléctrico com potencial terra, a carga vai passar de bons condutores muito mais rapidamente do que dos condutores pobres. Enquanto a carga mantêm-se, as partículas irão agarrar-se para o condutor por atracão electrostática. Os condutores de metais fracos vão no entanto manter-se anexadas ao condutor mais tempo do que os bons condutores, dando meios de separar os minerais que as suas condutividades diferem significantemente. Separadores electrostáticos operam numa fina camada de material. O princípio é ilustrado na fig. 3.1.
Page 63
