Aspectos Históricos da Indústria Química

Aspectos Históricos da Indústria Química

Química Industrial

Profa. Simone Garcia de Ávila

E-mail: simone.avila@anhanguera.com / avilasimonegarcia@gmail.com

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Ementa

Conceitos e características gerais dos processos químicos. Indústria de compostos orgânicos e inorgânicos. Apresentação e análise dos processos de produção dos principais produtos químicos de aplicação industrial.

Objetivos Objetivo geral:

Estudar os processos produtivos da indústria da química, considerando aspectos da evolução tecnológica, das conversões químicas, bem como das operações envolvidas.

Objetivos específicos:

Apresentar uma visão global, interdisciplinar e integrada dos principais

processos de fabricação dos produtos da indústria química. Oferece subsídios

para que os conceitos de processos químicos, como sistemas integrados,

sejam utilizados na elaboração do Projeto de Graduação. Estuda as etapas

envolvidas nos processos produtivos, considerando os aspectos

estequiométricos, cinéticos e termodinâmicos, com ênfase à modelagem

matemática e a simulação de processos, com o envolvimento de várias

disciplinas do Curso.

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Conteúdo Programático

1. Aspectos históricos envolvendo a indústria química 2. Cálculo Estequiométrico na Indústria Química;

3. Tratamento de Água;

4. Petróleo e Indústria Petroquímica

5. Energia, Combustíveis e Combustão na Indústria Química;

6. Produtos Carboquímicos e Carvão Industrial;

7. Indústria do Hidrogênio;

8. Indústria de Compostos Inorgânicos: H

SO

, HNO

, NH

, Compostos de Si, Al, Cl

, NaOH, Na

CO

.

9. Tensoativos;

10. Indústria do Cl

e alcalis

Procedimento Metodológico

• Aulas expositivas/práticas;

• Listas de exercícios .

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Sistema de Avaliação

1ª Avaliação – Peso 4,0 2ª Avaliação –Peso 6,0 Listas de exercícios e Avaliação

Individual.

Listas de exercícios e Avaliação Individual.

Lista de exercícios: 3,0 Avaliação : 7,0

TOTAL: 10

Lista de exercícios: 3,0 Avaliação: 7,0

TOTAL: 10 Requisitos para Aprovação

Nota ≥ 6,0 Frequência ≥75%

Data P1: 04/04/2017 Data P2: 06/06/2017

5 Bibliografia Básica

FARIAS, R.F. Introdução à química do petróleo. Rio de Janeiro (RJ): Ciência Moderna, 2008.

SHREVE, R. N. Indústrias de processos químicos. Rio de Janeiro (RJ):

Guanabara Dois, 1997.

HIMMELBLAU, D. M. Engenharia química: princípios e cálculos. Rio de Janeiro (RJ): Prentice-Hall do Brasil, 2006.

Bibliografia Complementar

COULSON, J.M.Tecnologia química: uma introdução ao projecto em tecnologia química.Lisboa (PT): Fundação CalousteGulbenkian, 1989.

POMBEIRO, A.J.L.O.; Técnicas e operações unitárias em química laboratorial. Lisboa (PT): Fundação CalousteGulbenkian, 2003.

CHANG, R. Química Geral: Conceitos Essenciais. São Paulo (SP): McGraw- Hill , 2010.

KOTZ, J.C., TREICHEL Jr, P.M.Química Geral e Reações Químicas. São Paulo (SP): Pioneira, 2005.

ATKINS, P., JONES, L. Princípios de Química – Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente.Porto Alegre (RS): Ed. Bookman, 2006.

Introdução ao processo de Industrialização

Revolução Industrial

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- Revolta?

- Disputa política?

- Guerra Civil?

Modificação drástica na forma de fabricação de um produto produzido pelo homem.

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Revolução Industrial

Crescimento populacional

Maior demanda dos produtos;

Menos custos;

Produção acelerada;

Busca de alternativas para melhorar a produção de um produto

Revolução Industrial

• Surgimento das fábricas;

• Produção em série;

• Trabalho assalariado;

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Principais características da Revolução Industrial

Consequências - Mudanças na economia;

- Relações sociais;

- Mudanças na paisagem geográfica;

Primeira Revolução Industrial

• Inglaterra – Final do século XVIII (1760 a 1860)

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Antes

- Oficinas artesanais;

- Não havia divisão de trabalho (o artesão era responsável pela confecção

de todas as etapas do produto).

- Chegada de novas tecnologias;

- Chegada de máquinas

Propriedade de uma única pessoa

Fábrica

- Declínio das oficinas artesanais;

- Artesão passa a ser um trabalhador assalariado.

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Primeira Revolução Industrial

Por que a Inglaterra foi pioneira na Revolução Industrial?

Inglaterra possuía grandes reservas de Carvão Mineral

Fonte de energia para movimentar máquinas a

vapor e locomotivas

Principais causas

- Supremacia naval (exploração da América, matérias primas);

- Absolutismo;

- Inglaterra rica em lã, carvão e algodão;

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Primeira Revolução Industrial

- Expulsão dos camponeses da zona rural;

- Criação de áreas para pasto de ovelhas (lã);

- Aumento da mão de obra nas cidades;

“Lei dos Cercamento das Terras”

• Principais recursos utilizados na época:

- Ferro;

- Carvão;

- Tear mecânico;

- Máquina a vapor

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Primeira Revolução Industrial

Indústria têxtil

Indústria aço

Explosão tecnológica

- Energia elétrica;

- Motores de combustão interna.

Movimentar as máquinas;

Iluminação de ruas;

Evolução no transporte.

Condições de Trabalho

• Fábricas eram precárias (ambientes abafados, sujos e sem iluminação);

• Baixos salários;

• Trabalho infantil e feminino;

• 18 horas de trabalho diárias;

• Empregados sujeitos a punições físicas;

• Não havia direitos trabalhistas;

• Ausência de descanso semanal;

• Pagamento era feito com mercadorias;

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Primeira Revolução Industrial

Segunda Revolução Industrial

• Entre 1860 e 1900 – outros países além da Inglaterra

- Aço;

- Energia elétrica;

- Produtos Químicos e Petroquímicos

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Combustíveis;

Plásticos;

Fertilizantes;

Sabão e detergentes;

Cosméticos, Fármacos;

Tintas;

Vernizes;

Alimentos

Período das Grandes Navegações/ Mortes relacionadas ao escorbuto

• 1497 – 160 homens morrem durante a expedição de Vasco da Gama;

• 1519 – 1522 90% da tripulação de Magalhães morreram por conta do escorbuto;

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Fatos Históricos que marcaram a necessidade de desenvolvimento da Indústria Química

Grande parte da fracasso das expedições dos portugueses durante o período das Grandes Navegações

é atribuído à morte ocasionada por escorbuto, decorrente à falta de Vitamina C (ácido ascórbico).

Fatos Históricos que marcaram a necessidade de desenvolvimento da Indústria Química

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Junho de 1812 – Exercito de Napoleão chega à Rússia com 600 mil homens;

Dezembro de 1812 – apenas 10 mil homens;

Maioria dos soldados morreram posteriormente em consequência da falta de condições para sobreviver no inverno

russo.

“Tudo isso por causa de um botão”

Estanho

Necessidades de produtos Químicos

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Guerras e disputas políticas

Grande desenvolvimento da indústria de fertilizantes, armamento, explosivos e

combustíveis.

Consequência da Primeira e segunda guerra mundial

Reação química para explosão da pólvora

4KNO3(s) + 7C (s) + S(s) 3CO2(g) + 3CO (g) + 2 N2(g) + K2CO3(s) + K2S(s)

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Fatos importantes que marcaram a indústria de explosivos

Quais são as características para a produção de

explosivos?

Reações exotérmicas;

Formação de espécies gasosas (aumento da temperatura promove a expansão dos gases);

Formação de compostos estáveis;

Velocidade de reação elevada;

Fatos importantes que marcaram a indústria de explosivos

• Descoberta da nitrocelulose – Friendrich Schönbein

(Mistura de celulose + HNO

)

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• Desenvolvimento de compostos orgânicos contendo o grupo NO

;

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Fatos importantes que marcaram a indústria de explosivos

Produção de NO no organismo (promove a dilatação dos vasos sanguíneos)

4C

H

N

O

(l)  6 N

(g) + 12CO

(g) + 10 H

O (g) + O

(g)

aquecimento (uso como explosivo)

• Diversos acidentes foram ocasionados pelo transporte e manuseio da nitroglicerina;

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Fatos importantes que marcaram a indústria de explosivos

Nobel procura estabilizar a nitroglicerina

Mistura de diatomáceas (dióxido de silício em pó) com nitroglicerina = dinamite

Utilizado par explosão de túneis, auxiliando no desenvolvimento de ferrovias

Explosivos usados na Primeira Guerra Mundial

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Ácido pícrico Sensível à umidade

Trinitrotolueno ou TNT

2 C

H

N

O

(s)  6 CO

(g) + 5H

(g) + 2 N

(g) + 8 C(s)

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Explosivos usados na Primeira Guerra Mundial

Os principais explosivos eram fabricados por meio da reação de compostos orgânicos com ácido nítrico (HNO

).

NaNO

(s) + H

SO

(l)  NaHSO

(s) + HNO

(l)

Chile

Bloqueio naval inglês impediu o envio de salitre do Chile para a Alemanha, portanto, os alemães precisavam desenvolver uma estratégia para produção

de explosivos.

Indústrias químicas alemãs passam a pesquisar rotas alternativas para a produção de ácido nítrico.

Síntese da Amônia

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Principal problema

dos alemães

Se nitratos são formados por N e O, porque não é possível obter nitratos reagindo N₂e

O₂?

Indústrias alemãs passam a desenvolver pesquisas voltadas para a fixação do N₂ atmosférico.

Fritz Haber

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N

(g) + 3 H

(g) = 2 NH

(g) + energia Condições: Fe (catalisador), 250 atm e 450°C

Objetivo: Produzir NH

para ser utilizado na indústria de fertilizantes.

Carl Bosch

4 NH

(g) + 5 O

(g)  4 NO (g) + 6 H

O (g) 2 NO (g) + O

(g)  2 NO

(g)

2 NO

(g)+ H

O (g)  HNO

(g) + HNO

(g) NH

(g) + HNO

(aq)  NH

NO

Indústria Química

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O que a indústria química faz?

Transforma substâncias que existem na natureza em produtos úteis para a sociedade.

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Indústria Química

Fabrica produtos que não são usados diretamente pelo público, mas, sem essas substâncias não é possível fabricar os produtos

que usamos.

Consumo de H

SO

no Brasil

30 kg por pessoa

Utilizado por exemplo na produção de adubo;

Indústria de Produtos Químicos

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Processos Químicos

Processamento industrial de matérias-primas químicas, que leva à obtenção de produtos com valor industrial realçado.

Envolve:

- Processos físicos;

- Transferência de calor e massa;

- Controle de temperatura.

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Processo químico

MATÉRIAS- PRIMAS

MÃO-DE- OBRA

RECURSOS

PRODUTO

RESÍDUOS

Conceitos de Processos Químicos Industriais

O que compõem um Processo Químico?

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Operações Unitárias e Conversões Químicas

“Operação Unitária é toda a unidade do processo onde os materiais sofrem alterações no seu estado físico ”.

(Little, 1915) Em outras palavras....

Estuda separadamente os principais processos físicos

utilizados na indústria química

Exemplos de Operações Unitárias

• Bombeamento;

• Peneiração;

• Filtração;

• Destilação;

• Evaporação;

• Extração;

• Agitação;

• Secagem;

• Absorção de gás;

• Etc.

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O que compõem um Processo Químico?

Operações Unitárias e Conversões Químicas

“Conversão Química é definida como as reações químicas aplicadas ao processo industrial ”.

(Little, 1915)

Exemplos:

- Fermentação;

- Alcoólise;

- Calcinação;

- Eletrólise;

- Neutralização;

- Halogenação;

- Etc.

Processo de Produção do H ₂ SO ₄ S + O ₂  SO ₂

SO ₂ + ½ O ₂  SO ₃ SO ₃ + H ₂ O  H ₂ SO ₄

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Bombeamento de O₂ para o reator químico;

Controle de temperatura e Pressão Bombeamento de O₂ para o reator

químico;

Controle de temperatura e Pressão

Bombeamento de SO_3;

Absorção do gás pela água;

Controle de temperatura e Pressão;

Produção em Escala Industrial

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Industria Química

A produção emescala industrialde um produto envolve três fases:

1. Desenvolvimento em laboratório - estudo detalhado das conversões químicas e das condições físicas (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.) necessárias para sua execução;

2. Desenvolvimento do produto em escala semi-industrial - equipamentos que reproduzem o processo planejado - conversão química e operações físicas necessárias numa escala bem menor que a industrial.

3. Projeto e implantação do processo emescala industrial.

Aspectos a serem considerados na Produção em Escala Industrial 1. Rendimento da reação;

Exemplo: Produção de CH

Cl CH ₄ + Cl ₂  CH ₃ Cl + HCl CH ₄ + 2 Cl ₂  CH ₂ Cl ₂ + 2 HCl

CH ₄ + 3 Cl ₂  CHCl ₃ + 3 HCl CH ₄ + 4 Cl ₂  CCl ₄ + 4 HCl

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Todas essas reações podem

ocorrer

- Por quê?

- Qual o rendimento da reação?

- Como otimizar o processo?

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Aspectos a serem considerados na Produção em Escala Industrial 2. Velocidade de Reação / Cinética

Como aumentar a velocidade da

reação?

Pressão

Temperatura

Catalisador

Velocidade da Reação- Exemplo Processo Haber-Bosch

N

(g) + 3 H

(g) = 2 NH

(g) + energia Condições: Fe (catalisador), 250 atm e 450°C

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Aspectos a serem considerados na Produção em Escala Industrial

Por que essas são as condições ideais? Como prever essas condições?

Fatores cinéticos e equilíbrio químico devem

ser considerados

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Aspectos a serem considerados na Produção em Escala Industrial

3. Aspectos Termodinâmicos

Qual o gasto energético envolvido

no processo?

O processo libera energia?

Como utilizar a energia liberada?

Eletrólise do Al ₂ O ₃

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Reação Catódica: Al

+ 3e  Al E

= -1,16 V

Al₂O₃2Al + 3/2 O₂

“Al é a eletricidade sob forma de metal”

Sugestão...

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