Processos Químicos Industriais Orgânicos - Indústria Petroquímica Tintas Farmacêutica e Plásticos

PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS AULA 4 Prof Marcos Baroncini Proença 2 CONVERSA INICIAL No primeiro conteúdo foram apresentados os fundamentos dos Processos Químicos Industriais desde sua definição depois os tipos de processos formas de representação instrumentação e tipo de controle usados nas suas plantas industriais iniciando assim a construção do saber nessa importante área do conhecimento No segundo conteúdo foram apresentados os conceitos envolvidos no balanço de massa de um processo químico industrial e apresentamos exemplos aplicados No terceiro conteúdo apresentamos conceitos termodinâmicos e os conceitos de balanço de energia incluindo exemplos de aplicações Neste conteúdo trataremos dos Processos Químicos Industriais Orgânicos São diversos ramos industriais que se enquadram nessa categoria Aqui destacaremos a indústria Petroquímica de Tintas e Vernizes Farmacêutica de Plásticos e de Bebidas Novamente reforçamos a importância de o discente desenvolver esse conhecimento para ter boas chances de crescimento profissional na área industrial Figura 1 Planta industrial química orgânica Crédito ShaliapinaShutterstock 3 TEMA 1 INDÚSTRIA PETROQUÍMICA Apesar da busca por uma sociedade baseada em fontes de energia sustentáveis de baixo carbono o petróleo ainda desempenha e desempenhará por muito tempo um papel preponderante mundial não só por influenciar na mobilidade humana mas também por fornecer matériaprima para a produção de uma infinidade de substâncias químicas nas chamadas indústrias de segunda e terceira gerações Assim a indústria petroquímica é a mais importante dos processos químicos industriais por influenciar de forma proeminente a economia e a geopolítica mundial Tem como etapas do seu processo a exploração a extração a produção o transporte o refino e a distribuição No refino são gerados diversos produtos desde combustíveis até o coque de petróleo além das matériasprimas para as indústrias de segunda e terceira gerações Figura 2 Etapas da indústria petroquímica Crédito SensvectorShutterstock Já no processo de extração e produção o petróleo é separado espontaneamente em gás natural e óleo cru por diferença da volatilidade entre eles O gás natural que é composto pelos hidrocarbonetos metano CH4 com teores acima de 70 etano C2H6 com teores acima de 28 e com teores abaixo de 2 propano C3H8 segue para unidades de separação onde o metano e etano são separados do propano 4 O óleo cru que é composto por uma mistura de hidrocarbonetos saturados e aromáticos onde se destacam os nalcanos isoalcanos e cicloalcanos é transportado para as refinarias onde por operações unitárias de destilação e craqueamento extração cristalização adsorção e por reações de polimerização alquilação dessulfurização dessalinização desidratação e hidrogenação geram mais de 350 produtos dos quais se destacam o gás liquefeito do petróleo GLP a gasolina automotiva a nafta o querosene os óleos combustíveis leves os óleos combustíveis pesados o óleo diesel o gasóleo os óleos minerais pesados as ceras os óleos lubrificantes os óleos combustíveis o asfalto e o coque Em termos gerais nas refinarias pelo craqueamento catalítico ou reforma são obtidos o eteno o propeno o buteno o benzeno o tolueno o xileno e o naftaleno A separação desses produtos é feita da seguinte forma por destilação atmosférica e destilação a vácuo são separados o eteno o propeno e o buteno Por extração por solvente é separado o benzeno Por cristalização é separado o xileno Por adsorção são separadas as parafinas Desde a recepção na refinaria até seu completo refino o óleo cru passa pelas seguintes etapas dessalinização para a retirada de sais metais e sólidos em suspensão que podem causar danos às unidades de destilação e corrosão nos equipamentos O óleo cru é aquecido e segue para um vaso no qual agentes emulsificadores irão produzir uma lama oleosa e um efluente de água salgada Depois sofre novo aquecimento até aproximadamente 370oC e segue para o fracionamento em colunas de destilação onde ocorrerá a quebra de sua cadeia carbônica em diversas frações menores para posterior processamento destilação atmosférica para obtenção do GLP gasolina querosene óleo diesel e nafta que seguem para tratamento convertendose em produtos comerciais Também é gerado resíduo atmosférico que segue para tratamento e recuperação de derivados A fração mais pesada retirada pelo fundo da coluna segue para reaquecimento e para um segundo fracionamento agora em coluna de destilação a vácuo na qual são gerados gasóleos e óleo combustível destilação a vácuo após novo aquecimento em forno até aproximadamente 395 oC onde os hidrocarbonetos mais pesados como 5 óleo combustível ou asfalto irão sair pelo fundo da coluna de destilação formando o resíduo de valor agregado onde os hidrocarbonetos menos pesados como o óleo pesado o gasóleo pesado e gasóleo leve são retirados na região lateral da coluna de destilação e os hidrocarbonetos leves são retirados pelo topo da coluna de destilação sendo ejetados por vapor dágua gerando o vácuo da coluna de destilação Os gasóleos seguem para o craqueamento catalítico fluido FCC feito com catalisadores a base de platina da alumina e da sílica cuja função é aumentar a eficiência na quebra dos hidrocarbonetos craqueamento catalítico cuja sequência de equipamentos de operações unitárias é riser para préaquecimento da alimentação reator FCC para gerar os produtos e ciclone e regenerador para recuperação dos catalizadores Destacamos o reator de FCC no qual o gasóleo permeia entre os catalisadores a uma temperatura aproximada de 500oC onde resíduos aromáticos e o coque são retirados no fundo os óleos leves são retirados nas laterais e no topo são retirados o gás combustível o GLP e a gasolina processos de dessulfurização do gás combustível e do GLP e gasolina desasfaltação a propano que é um processo de obtenção de óleo desasfaltado para ser incorporado ao gasóleo na destilação a vácuo ou para a produção de lubrificante desaromatização a furfural para produzir lubrificantes desparafinação a metilisobutilcetona MIBC também para produzir lubrificantes e parafinas oleosas que a exemplo do óleo desasfaltado serão incorporadas ao gasóleo na destilação a vácuo ou serão desoleificadas para gerar parafinas comerciais processos de geração de hidrogênio que será usado como matériaprima para as unidades de hidroprocessamento e de recuperação de enxofre que segue para a indústria química e de fertilizantes 6 Figura 3 Refinaria de petróleo Crédito BaldyrganShutterstock Na sequência os produtos petroquímicos de base seguem para as indústrias de processos petroquímicos de segunda geração em que serão produzidos a amônia que segue para a indústria de fertilizantes resinas termoplásticas como polietileno polipropileno policloreto de vinila PVC politereftalato de etileno PET poliestireno e borrachas sintéticas que seguirão para a indústria de plásticos e o náilon poliésteres e fibras acrílicas que seguirão para a indústria têxtil Por fim seguirão para as indústrias de processos petroquímicos de terceira geração para a produção de solventes tintas produtos de limpeza pneus e até para a indústria de alimentos TEMA 2 INDÚSTRIA DE TINTAS E VERNIZES A indústria de processos químicos de tintas e vernizes remonta o período de 1500 aC até 1000 aC onde os egípcios já fabricavam pigmentos e recobrimentos de uma grande variedade de cores e aprenderam a usar resinas de árvores coníferas misturadas à cera de abelha para recobrir a madeira para dar o efeito dourado e de proteção dos vernizes 7 Figura 4 Pintura egípcia Crédito BistShutterstock Hoje as tintas e vernizes são usados não só para efeitos arquitetônicos mas principalmente para a proteção de estruturas e equipamentos de fábricas contra a deterioração pelo meio externo em função das emissões de gases corrosivos que condensam nas superfícies de pilhas por diferença de concentração de oxigênio por ação de poeira e também pela deterioração natural de madeiras e metais por ação das intempéries O Brasil é o quinto maior mercado mundial de tintas e vernizes 21 Tintas As tintas são constituídas por resina que oferece a proteção superficial por diluente que confere uma película de proteção mais eficiente por solvente que pode ser a base de água ou a base de terebintina e pelos pigmentos que são responsáveis pela cor e brilho das tintas e os aditivos sendo o corante o principal Com relação aos pigmentos há o índice concentração do volume de pigmento CVP dado pela soma do volume do pigmento na tinta com o volume dos constituintes não voláteis do veículo da tinta cuja faixa de valores serve para indicar a aplicação da tinta 8 Tabela 1 Aplicação das tintas com relação ao CVP CVP Aplicação 2836 Exteriores 2540 Metais 3540 Madeiras Fonte Marcos Baroncini Proença 2023 Ainda com relação ao CVP é usado para caracterizar as tintas quanto ao brilho Tabela 2 Brilho das tintas com relação ao CVP CVP Brilho 5075 Simples 3545 Semibrilhante 2535 Brilhante Fonte Marcos Baroncini Proença 2023 Os principais tipos de pigmento são pigmento branco o mais utilizado é o dióxido de Titânio TiO2 devido ao menor custo e maior capacidade de cobertura pigmento negro o mais utilizado é o negro de fumo pigmento azul os mais utilizados são o silicato de alumínio e sódio e o sulfeto de alumínio e sódio devido ao menor custo mesmo com a restrição quanto ao uso sobre superfícies de ligas ferrosas aços e ferros fundidos pigmentos vermelhos o mais utilizado é o óxido férrico Fe2O3 devido ao menor custo pigmentos amarelos os mais utilizados são produzidos pela mistura de uma solução de nitrato de chumbo ou de acetato de chumbo com uma solução de dicromato de sódio pigmento verde o mais utilizado é a ftalocianina de cobre clorada mesmo não sendo o mais barato mas por propiciar maior brilho ser mais resistente e ter maior cobertura pigmentos orgânicos e lacas os pigmentos orgânicos chamados toners são corantes insolúveis usados como pigmentos pela durabilidade e pela capacidade de coloração que apresentam As lacas são precipitadas de corantes orgânicos usualmente de origem sintética sobre uma base inorgânica como a argila a barita ou o hidróxido de alumínio 9 Quanto aos diluentes são partículas usadas para aumentar a durabilidade das tintas por refletirem raios UV do sol sendo também responsáveis por uma uniformidade na cobertura da superfície em que a tinta é aplicada Os diluentes mais utilizados são o sulfato de bário na forma da barita finamente moída ou na forma precipitada e o carbonato de cálcio moído Quanto aos solventes as tintas podem ser classificadas como solúveis em água e como insolúveis em água As tintas insolúveis em água requerem solventes orgânicos como terebentina nafta e compostos orgânicos alifáticos todos derivados do petróleo Quanto às resinas são responsáveis por fornecer brilho e impermeabilidade da tinta após a secagem São classificadas como resinas sintéticas e resinas naturais As resinas sintéticas são aquelas produzidas industrialmente por reações químicas como as resinas alquídicas acrílicas poliéster e epóxi São as resinas mais usadas no Brasil As resinas naturais são aquelas obtidas de árvores coníferas como a resina de pinho e a gomalaca Quanto aos aditivos são substâncias inertes adicionadas cuja função é melhorar a formação da película melhorar a resistência ao intemperismo e impedirem uma decantação rápida além de diminuírem o custo de fabricação da tinta Os aditivos formadores e estabilizadores da película mais usados são os óleos secativos e os ácidos graxos O óleo secativo mais comumente usado é o óleo de linhaça adicionado de secantes como naftenatos resinatos e linoleatos que atuam como catalisadores da polimerização responsável pela formação e estabilização da película 10 Figura 5 Tintas Crédito Digital GeneticsShutterstock O processo de fabricação das tintas envolve a pesagem e a mistura dos pigmentos e veículos resinas e óleos em balanças industriais e misturadores Após essa etapa gerar uma massa homogênea esta segue para tanques de agitação onde serão incorporados os corantes os diluentes as cargas e os solventes Passam então por um processo de filtração e seguem para tanques de transferência Na sequência seguem para centrífugas ou filtros de pressão onde os pigmentos não dispersados serão removidos Por fim seguem para as máquinas de enchimento onde serão transferidas para latas ou galões posteriormente rotulados embalados e transferidos para a expedição 22 Vernizes Os vernizes são óleosresinosos compostos de resina natural ou sintética adicionada a um óleo secativo ou solvente volátil O óleo reduz a fragilidade da película formada pela resina Os vernizes a óleo são soluções de resinas mas o solvente é inteiramente volátil e não forma película Hoje esses vernizes são de base alquídica ou de uretanas em virtude da maior durabilidade do menor amarelecimento e da facilidade de aplicação Há também os vernizes a álcool que são soluções de resinas em solventes a base de metanol etanol e hidrocarbonetos Apresentam a secagem 11 mais rápida mas tendem a rachar e a descascar a menos que sejam adicionados plastificantes O processo de fabricação desses vernizes é feito em tanques de agitação de grande velocidade e vigorosa em alguns casos com aquecimento para atingir a solubilização adequada O verniz a álcool mais conhecido é a gomalaca que é uma solução de resina em metanol ou em etanol TEMA 3 INDÚSTRIA FARMACÊUTICA A indústria farmacêutica produz por síntese química os fármacos e medicamentos alopáticos e homeopáticos Fármacos são substâncias químicas farmacologicamente ativas utilizadas na preparação de medicamentos O processo de obtenção dos fármacos de matériasprimas de origem vegetal animal e biotecnológica é o de extração Alguns produtos da indústria farmacêutica são os soros e vacinas os contraceptivos os medicamentos fitoterápicos curativos bandagens e outros Um importante ramo dessa indústria em crescimento é o da indústria farmacêutica veterinária que produz fármacos alopáticos e homeopáticos destinados a pets até animais da agroindústria e selvagens como vacinas veterinárias e medicamentos antiparasitários Na produção dos medicamentos usamse os fármacos e os excipientes que são substâncias inertes usadas como veículos para os fármacos No processo de produção de fármacos e medicamentos são coletadas amostras de todos os lotes de fabricação dentro de um rigoroso programa de controle de qualidade para garantir que características como peso dureza aparência e composição química atenderão às especificações do produto e às normas da Agência Nacional de Vigilância Sanitária Anvisa Dentro desse rigoroso programa de controle de qualidade o controle mais crítico é o teste microbiológico no qual amostras dos produtos são colocadas em meios de cultura para desenvolvimento microrganismos permanecendo encubados por sete dias Se aparecer microrganismo durante ou ao final do período de encubação todo o lote será descartado e será aberto um processo de investigação sobre a origem e a causa da contaminação bem como medidas corretivas Assim desde a chegada da matériaprima até a expedição toda a produção segue um rigoroso protocolo de processamento e controle de 12 qualidade desenvolvido de maneira a confirmar a eficiência farmacológica esperada e evitar a contaminação de acordo com as normas regulatórias A etapa mais crítica do processo de fabricação é a pesagem dos fármacos e excipientes na qual os fármacos e os excipientes são pesados individualmente para evitar contaminação por partículas de outras substâncias ou de um lote de produção para outro em balanças quantitativas de precisão ultraelevada seguindo para o processo de produção No caso da produção de comprimidos os fármacos e excipientes são misturados em misturadores seguindo para granuladores onde a mistura em pó é convertida para grânulos Esses grânulos seguirão então para a prensagem seguida ou não do encapsulamento para o acondicionamento em cartelas ou frascos embalagem e expedição sempre passando por análises rigorosas de controle de qualidade em cada etapa É importante observar que para evitar contaminação todo o processo de acondicionamento em cartelas e frascos é automatizado e as cartelas são de plástico ou alumínio sendo os frascos de plástico ou vidro temperado para evitar qualquer tipo de contaminação O conjunto de cartelas ou frasco bula e embalagem é então pesado em uma balança quantitativa de alta precisão para controle do peso que deve contemplar a especificação correspondente ao peso da mistura estequiométrica dos fármacos e excipientes somada com o peso das cartelas ou frasco o peso da bula e o peso da embalagem externa Caso não atinja a especificação todo o lote é descartado seguindo para um processo de análise de erro e depois para a incineração 13 Figura 6 Fabricação de comprimidos Crédito IM ImageryShutterstock TEMA 4 INDÚSTRIA DE PLÁSTICOS 41 Plásticos e processo de produção Todos os plásticos têm sua origem a partir de um processo de polimerização que promove a união química de monômeros para formar polímeros naturais ou sintéticos Polímeros naturais são aqueles que encontramos na natureza assim como a borracha e a celulose que são usados por exemplo na fabricação de pneus e do bioplástico sustentável desenvolvido na Alemanha chamado cinamato de celulose Polímeros sintéticos são produzidos a partir de reações químicas e surgiram já no início do século XX pela necessidade de produção em grande escala dos chamados plásticos industriais fazendo parte dos processos petroquímicos de terceira geração a partir da nafta 14 Figura 7 Plásticos industriais Crédito oYOoShutterstock Os plásticos são classificados em dois tipos termoplásticos e termorrígidos Os termoplásticos são aqueles que submetidos a altas temperaturas fundem de maneira que seja possível moldar novos produtos gerando a reciclagem e incentivando o reaproveitamento eficiente pelas indústrias São os tipos de plástico mais comumente usados exatamente pelo fato de passarem por muitos ciclos de fusão e solidificação sem que sofram uma degradação significativa de suas propriedades Industrialmente são fornecidos na forma de pequenas esferas ou filamentos Os mais comumente usados são o polipropileno PP o policloreto de vinila PVC polietileno de alta densidade PEAD o polietileno de baixa densidade PEBD o polietileno de baixa densidade linear PEBDL o politetrafluoroetileno PTFE o nilon de poliamida PA e o polietileno tereftalato PET Os termorrígidos também chamados de termoendurecíveis por meio do calor e de reações químicas no chamado processo de cura apresentam uma forma rígida que não propicia a reciclagem pelo processo de cura forma uma ligação química irreversível Assim quando submetidos a elevadas temperaturas irão se decompor em vez de fundir e não se reformarão com o resfriamento Os ais comumente usados são o poliuretano PU e poliacetato de 15 etileno vinil EVA o poliacrilato o poliéster e as resinas epóxi além da borracha vulcanizada Um exemplo de processo químico de produção de um polímero é a planta de produção do Policloreto de vinila PVC Nesse processo os monômeros de cloreto de vinila presentes em um tanque em solução seguem para uma coluna de recuperação de cloreto de vinila depois para o reator de polimerização uma coluna de separação do tipo stripper retirando impurezas para uma centrífuga para retirada de água seguindo para um secador peneiras rotativas e por fim para o silo de armazenagem e expedição Figura 8 Planta de produção de PVC Fonte Rodolfo et al 2006 42 Produção de peças de plástico Cada polímero tem suas especificidades nas plantas produtivas Porém a produção de peças dos plásticos de engenharia segue os mesmos processos que são fundição de polímero moldagem rotacional moldagem a vácuo moldagem por injeção extrusão moldagem por sopro e impressão 3D No processo de fundição de polímero uma resina preenche um molde e dentro dele sofre o processo de cura e solidifica É usado amplamente para a fabricação de peças de poliuretano epóxi silicone e acrílico Esse processo segue as seguintes etapas 16 preparação do molde o molde é revestido com um agente desmoldante para facilitar o descolamento e depois aquecido a uma temperatura específica para o processo de cura do polímero fundição a resina é misturada com um agente catalisador da cura e vertida no molde onde preenche toda a cavidade cura ocorre dentro do molde até a completa solidificação da peça desmoldagem o molde é aberto e a peça é retirada aparas os canais de fundição são cortados e as rebarbas são lixadas Embora a fundição de polímero requeira pouco investimento inicial as peças fundidas requerem sempre o trabalho manual para o pósprocessamento encarecendo o processo de fabricação e o tornando mais expensivo em comparação com os métodos de produção automatizados como a moldagem por injeção Figura 9 Moldagem por fusão Crédito Spyro The DragonShutterstock No processo de moldagem rotacional ou rotomoldagem um molde é preenchido com termoplástico em pó e posteriormente sofre aquecimento Após 17 isso gira em torno de dois eixos para produzir principalmente grandes objetos ocos É usado para a fabricação de peças ocas de polietileno polipropileno e cloreto de polivinila Esse processo segue as seguintes etapas carregamento a cavidade do molde é preenchida com o pó do termoplástico e em seguida as partes restantes do molde são instaladas fechando a cavidade aquecimento e rotação o molde é aquecido até o pó do termoplástico fundir e aderir às paredes do molde sendo que o molde permanece girando em torno de dois eixos verticais para garantir um revestimento de plástico uniforme resfriamento o molde sofre um resfriamento lento permanecendo em rotação para que a superfície da peça não caia ou imploda antes de solidificar totalmente remoção da peça a peça é retirada do molde A rotomoldagem produz peças com espessura de parede quase uniforme e apresenta um custo por peça baixo Também é possível adicionar peças pré acabadas como fios de metal tubos internos e estruturas ao molde É ideal para produção de curto prazo ou como alternativa à moldagem por sopro para pequenos volumes de produção Porém apresenta restrições de design e como o molde inteiro precisa ser aquecido e resfriado apresenta ciclos longos de produção limitando sua eficiência para produções de maior volume No processo de moldagem a vácuo uma folha de plástico é aquecida e conformada em uma moldura As máquinas de moldagem a vácuo variam em tamanho e complexidade desde dispositivos de baixo custo até maquinário industrial automatizado Esse processo segue as seguintes etapas fixação uma folha de plástico é fixada em uma moldura aquecimento a moldura é aquecida tornando o plástico macio e maleável vácuo o plástico é esticado sobre o molde enquanto o vácuo é ativado retirase o ar entre o plástico e o molde produzindo a peça resfriamento e remoção o molde é resfriado em alguns casos com auxílio de névoa pulverizada para reduzir o tempo de cada ciclo de produção retirada da peça e acabamento uma vez que a peça é liberada as rebarbas e excessos são lixados manualmente ou retirados com tornos ou mesmo usando CNC 18 A moldagem a vácuo apresenta custos baixos de ferramental para moldes em comparação com outras técnicas de produção No entanto esse processo apresenta limitações para formas de peças sendo usado apenas na produção de peças com paredes finas e geometrias simples Figura 10 Moldagem a vácuo Crédito ZyabichShutterstock No processo de moldagem por injeção IM o termoplástico fundido é injetado em um molde É o processo mais amplamente utilizado para fabricação em massa de peças plásticas Sendo usado para acrílico PMMA acrilonitrila butadieno estireno ABS poliamida PA poliestireno PS policarbonato PC polipropileno PP polietileno PE e policloreto de vinila PVC Esse processo segue as seguintes etapas preparação do molde colocação do molde na injetora e fechamento do molde por uma prensa hidráulica Para o caso de a peça necessitar de inserções estas serão inseridas manualmente ou roboticamente no molde antes de colocálo na injetora extrusão de plástico os pellets do plástico são derretidos em uma câmara aquecida e depois extrudados por uma rosca do tipo parafuso sem fim moldagem o plástico derretido é injetado no molde 19 resfriamento e remoção o molde é resfriado até a peça ficar suficientemente sólida para ser ejetada mecanicamente ou com uso de ar comprimido acabamento as rebarbas saliências e qualquer sobra são eliminadas por lixamento e usinagem sendo que muitas vezes as sobras saem na abertura do molde A moldagem por injeção pode ser usada para produzir peças altamente complexas mas geometrias mais complexas aumentam significativamente o custo visto que a geração e produção de novos moldes são de um custo bastante elevado e podem levar meses para serem concluídos É usada para quase todos os termoplásticos sendo que para termorrígidos é usado um processo de moldagem por injeção de reação RIM Figura 11 Moldagem por injeção Crédito Shutter B PhotoShutterstock No processo de moldagem por extrusão o plástico é extrudado através de uma matriz cuja forma é uma seção transversal da peça final Assim como a moldagem por injeção a moldagem por extrusão é aplicada a quase todo o tipo de termoplástico como o polipropileno PP o polietileno PE e o policloreto de vinila PVC entre outros Esse processo segue as seguintes etapas 20 extrusão do plástico o plástico é aquecido e extrudado através de uma rosca do tipo parafuso sem fim por meio de uma câmara aquecida moldagem o plástico é impelido a partir de uma matriz que cria a forma final da peça resfriamento a peça é resfriada corte ou bobina o produto é enrolado em bobinas ou cortado em comprimentos de forma contínua O maquinário de extrusão é mais barato que outros maquinários para moldagem de plásticos por ser menos complexos As matrizes também são mais baratas por possuírem formas mais simples É um processo contínuo bastante usado para produção de filmes plásticos pois pelo fato de ser contínuo torna o preço das peças extrudadas baixo Porém apresenta limitação nos perfis das peças sendo usado para produzir secções em T secções em I secções em L secções em U podendo também produzir seções quadradas e circulares Figura 12 Moldagem por extrusão Crédito AndreySha74Shutterstock O processo de moldagem por sopro é usado para a produção de peças plásticas ocas Nesse processo um tubo de plástico é aquecido dentro de um molde e inflado até adquirir a forma desejada para a peça A moldagem por sopro também é aplicada a quase todo tipo de termoplásticos Esse processo segue as seguintes etapas 21 configuração do molde pequenos pellets de plástico são fundidos na forma de um tubo oco chamado de parison ou préforma moldagem o parison é preso em um molde e depois é aquecido e inflado com ar pressurizado até adquirir a forma do interior do molde resfriamento e remoção a peça é resfriada no molde até solidificar para ser ejetada A moldagem por sopro apresenta um baixo custo com ferramentas por operar a pressões menores que por exemplo a moldagem por injeção É um processo contínuo que pode ser totalmente automatizado resultando em baixos custos unitários das peças produzidas Figura 13 Moldagem por sopro Crédito Pixel BShutterstock A impressão 3D é o processo de produção de peças de plástico mais recente no qual as impressoras 3D moldam peças tridimensionais diretamente de modelos CAD por impressão camada por camada até que a peça completa seja formada As maiores vantagens desse processo de moldagem são que não possuem rebarbas permite a moldagem de peças dos mais diversos perfis não demanda instalações específicas e operadores experientes pode ser totalmente 22 automatizada e é o processo ideal para a indústria 40 e 50 Esse processo segue as seguintes etapas configuração de impressão após importar os modelos CAD das peças para o software de preparação de impressão esse software permite orientar e segmentar modelos em camadas dentro do volume de criação de uma impressora 3D impressão o processo de impressão camada a camada do modelo 3D pode ser por fusão de um filamento de plástico por estereolitografia SLA pela cura a resina líquida e por sinterização seletiva a laser SLS fundindo o plástico em pó pósmoldagem quando a impressão é concluída as peças são removidas da impressora limpas e em alguns casos póspolimerizadas Embora a moldagem por impressão 3D não exija ferramentas e o tempo mínimo de instalação para um novo design gerando um custo de produção de uma peça muito menor em comparação com os processos de moldagem tradicionais é geralmente mais lenta e mais trabalhosa do que os processos de fabricação usados para produção em massa À medida que essa tecnologia for avançando a tendência é acelerar o processo e permitir que o próprio cliente imprima sua peça em suas instalações industriais ou mesmo em sua casa Figura 14 Moldagem por impressão 3D Crédito MarinagrigorivnaShutterstock 23 43 Reciclagem É importante comentar sobre a reciclagem dos plásticos pela necessidade global de diminuição de poluentes ambientais e pelo crescimento dessa área de atuação profissional na economia circular Os plásticos podem ser reciclados por processos químico mecânico e energético Processo químico por esse tipo de processo de reciclagem é possível converter os resíduos plásticos em combustíveis insumos químicos e em matériaprima para a produção de novos produtos plásticos com a mesma qualidade da matériaprima original Pode ser por hidrogenação onde as cadeias poliméricas do resíduo plástico são quebradas por aquecimento e ação do oxigênio em cadeias menores gerando radicais livres que serão saturados com hidrogênio produzindo os hidrocarbonetos leves como o metano etano propano bem como hidrocarbonetos maiores como o da gasolina e do diesel É bastante usado para reciclar resinas fenólicas resinas melamínicas e poliéster insaturado Pode também ser por gaseificação onde ocorre a queima do carbono contido no resíduo plástico em presença limitada de oxigênio Esse processo ocorre a uma temperatura entre 800C e 1000C sendo que durante o processo são recuperados o CO e o H2 bem como o CH4 o CO2 a H2O e gases inertes Outro processo de reciclagem química é por pirólise onde ocorre a quebra das cadeias poliméricas por ação do calor na ausência do oxigênio A pirólise pode se a baixa temperatura gerando óleos e gases que serão purificados usando os processos químicos industriais da petroquímica e a temperaturas elevadas na qual a quebra da cadeia polimérica gera compostos aromáticos e gases leves como o CH4 Pode ainda ser por quimólise na qual CH4 H2O e glicol são usados para promover a quebra da cadeia polimérica em monômeros 24 Figura 15 Usina de reciclagem de materiais residuais em novos produtos Crédito BelishShutterstock Reciclagem mecânica o resíduo plástico alimenta trituradores e é transformado em grãos que serão usados para a fabricação de novos produtos plásticos Figura 16 Reciclagem mecânica Crédito ImaginestockShutterstock 25 Reciclagem energética os resíduos plásticos são utilizados na composição dos combustíveis para fornos em unidades de produção de energia termoelétrica sendo também usados no Brasil em fornos de clínquer das fábricas de cimento TEMA 5 INDÚSTRIA DE BEBIDAS Uma grande área de atuação na área de processos químicos industriais é a da bebida alcoólica e de refrigerantes Trataremos a seguir dos processos químicos industriais dessa área 51 Bebidas alcoólicas Podemos definir bebidas alcoólicas como sendo produtos de processos químicos produzidos a partir da canadeaçúcar de frutas e de cereais a partir dos processos de fermentação destilação ou infusão Os processos de fabricação das bebidas alcoólicas são a fermentação a destilação e a combinação da fermentação com a destilação Também há o processo de infusão O processo de fermentação usa a ação de microrganismos anaeróbicos que digerem os açúcares presentes em cereais e frutas gerando o álcool etílico e o gás carbônico transformando por exemplo os substratos como uva cevada malte arroz e outros em vinho cerveja e saquê O processo de destilação é um processo físico de separação e purificação do etanol por processo de evaporação e condensação em colunas de destilação ou em alambiques gerando destilados como a vodca o rum a cachaça o uísque e o gim entre outros Por fim a combinação da fermentação com a destilação e a infusão imersão de frutas e vegetais para a aromatização da bebida gera licores e vermutes Há uma graduação em função do teor de álcool por mililitro das bebidas chamada de teor alcoólico medido em GL grau Gay Lussac que classifica as bebidas alcoólicas como fortes ou leves As bebidas fermentadas como a cerveja teor alcoólico de 5 5GL o vinho teor alcoólico entre 11 e 14 11 14GL o champanhe teor alcoólico de11 11GL e o saquê teor alcoólico 16 16GL são consideradas leves enquanto as destiladas como a cachaça teor alcoólico entre 38 e 56 3856GL a vodca teor alcoólico de 40 26 40GL o uísque teor alcoólico de 43 43GL e o absinto teor alcoólico entre 35 e 90 3590GL são consideradas fortes Figura 17 Bebidas alcoólicas Crédito MonticelloShutterstock Citaremos agora alguns processos de produção de bebidas alcoólicas A produção do vinho segue as seguintes etapas colheita manual desengace retirada dos grãos do cacho chamado engaço e esmagamento das uvas que quebra as películas e fragmenta a polpa sem despedaçar as sementes para extrair o máximo de mosto em equipamentos desenvolvidos para essas tarefas prensagem do mosto em prensas onde as cascas e as sementes são separadas do suco a prensagem é realizada apenas na fabricação de vinho branco fermentação da uva por leveduras selvagens encontradas nas cascas dos grãos ou leveduras selecionadas produzidas em laboratórios para essa finalidade maturação em tonéis de madeira que impedem que o etanol entre em contato com o oxigênio do ar para evitar a oxidação do etanol transformandoo em ácido etanoico ácido acético o vinagre que separa a bebida das películas e das sementes pela drenagem da parte sólida e líquida do mosto em prensas trasfega que é a transferência do vinho de um recipiente para outro separando o vinho limpo da borra filtração que é feita em filtros de várias porosidades para reter resíduos como fragmentos de casca e microrganismos ainda remanescentes clarificação pela adição de aditivos proteicos para 27 absorver e depositar no fundo do recipiente as partes sólidas que ainda estejam em suspensão estabilização pelo processo de pasteurização envase e rotulagem Figura 18 Processo de produção do vinho Crédito SabelskayaShutterstock A produção da cerveja segue as seguintes etapas maltagem que é transformação de um cereal em malte verde por aeração aquecimento e umedecimento dos grãos até que eles comecem a germinar produzindo enzimas que acelerarão a quebra do amido e das proteínas e gerando os aromas e sabores do malte moagem na qual a casca do malte é rompida expondo o amido as proteínas e as enzimas presentes nesses grãos brasagem na qual várias enzimas vão converter os diversos tipos de açucares presentes no malte em etanol e gás carbônico em pH e temperatura específicas para cada tipo de cerveja filtração onde o mosto é separado dos sólidos presentes no malte fervura para esterilização e retirada de substâncias como o diacetil que confere sabor amanteigado indesejado na cerveja sendo que nesta etapa são adicionados os lúpulos para conferir o amargor e o aroma característico de cada tipo de cerveja clarificação que são as proteínas insolúveis e indesejáveis do mosto pela agitação do mosto em movimentos circulares para agilizar o depósito dessas proteínas no fundo do recipiente chamada de técnica Whirlpool ou por decantação desses compostos e retirada do líquido já clarificado por uma saída lateral ou superior para manter as 28 proteínas depositadas no fundo do recipiente resfriamento e oxigenação que prepara o mosto clarificado para receber as leveduras resfriando esse mosto até a temperatura de fermentação específica de cada tipo de levedura e insuflado oxigênio fermentação na qual as leveduras metabolizam os açúcares fermentáveis de modo a gerar álcool gás carbônico e outros subprodutos que compõem o sabor e o aroma do produto final maturação onde a cerveja verde resultante da separação do líquido das leveduras é mantida em vasos a temperaturas específicas onde as leveduras remanescentes absorverão compostos indesejáveis será incorporado o gás carbônico e haverá uma segunda clarificação da cerveja filtração para remover as leveduras remanescentes em suspensão estabilização pela adição de estabilizantes e antioxidantes envase pasteurização que é um choque térmico que leva a estabilização microbiológica da cerveja aumentando seu período de validade para consumo e finalmente a expedição Figura 19 Processo de produção da cerveja Crédito Jefferson Schnaider 52 Refrigerantes Refrigerantes são bebidas não alcoólicas gaseificadas que são ricas em corantes conservantes e açúcar exceto as versões light e diet pois apresentam menos quantidade de açúcar São compostos por água gaseificada carbonatos e bicarbonatos que regulam o pH evitando que a bebida fique ácida 29 açúcar concentrados que são os sucos que dão sabor à bebida acidulantes como o ácido cítrico o ácido tartárico e o ácido fosfórico que estabilizam a bebida evitando a proliferação de microrganismos antioxidante como o ácido ascórbico e isoascórbico que impedem a influência negativa do oxigênio na bebida e os conservantes benzoato de sódio e o sorbato de potássio As etapas da produção dos refrigerantes são elaboração do xarope simples pela dissolução do açúcar ou de edulcorantes sintéticos em água quente seguido de cozimento à temperatura de 82100ºC e filtragem com carvão ativo para retirada de compostos indesejáveis que causem sabor e odor desagradáveis filtragem em filtros de placas para remover o carvão ativado e outras partículas do xarope preparado resfriamento a uma temperatura próxima a 20ºC em um trocador de calor de placas e armazenamento em tanques de aço inoxidável elaboração do xarope composto em tonéis agitados mecanicamente nos quais o xarope simples recebe a adição dos concentrados do acidulante do antioxidante e do conservante diluição e carbonatação onde o xarope composto é diluído em água tratada e posteriormente em um equipamento chamado Carbo cooler recebe a adição de gás carbônico e já em seguida o envasamento para evitar perdas de gás carbônico sendo feito em latas de alumínio garrafas de vidro e garrafas PET Figura 20 Processo de produção de refrigerante Crédito Davi Souza 30 FINALIZANDO Nesta abordagem foram apresentados os processos químicos orgânicos com destaque para os processos da indústria Petroquímica de Tintas e Vernizes Farmacêutica de Plásticos e de Bebidas Novamente reforçamos a importância de que o discente desenvolva esse conhecimento para ter boas chances de crescimento profissional nessa importante área industrial 31 REFERÊNCIAS BRASIL N I Introdução à engenharia química 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2013 FELDER R M ROUSSEAU R W Princípios elementares dos processos químicos 3 ed Rio de Janeiro LTC Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda 2005 HIMMELBLAU D M RIGGS J B Engenharia química Princípios e cálculos 8 ed Rio de Janeiro LTC 2021 PEREIRA A A Analisadores Maselli e GAC In Curso de Tecnologia de Refrigerantes Ambev Vassouras 2001 RODOLFO A Jr NUNES L ORMANJI W Tecnologia do PVC 2 ed Braskem 2006 SHREVE R N BRINK J A Jr Indústrias de Processos Químicos 4 ed Rio de Janeiro Guanabara 1997