Tecnologia de Processos Qu

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Tecnologia de Processos Químicos
Prof. Ms. Fernanda Palladino
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Plano de Ensino

• 2o. semestre - 2009
• Curso Engenharia de Produção
• Disciplina Tecnologia de Processos Químicos
• Carga horária 72 horas-aula
•  
• Objetivos
• Proporcionar aos estudantes conhecimentos-chave
  relacionados aos processos da indústria de
  transformação química

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Plano de Ensino

•  
• Ementa
• Conceitos do processamento químico industrial.
• Operações unitárias nas indústrias químicas.
• Classificação dos processos de produção química.
  
• Classificação das indústrias químicas e seus
  segmentos.
• Tipos de fluxogramas.
• Necessidade de energia nas indústrias químicas.
• Processos químicos industriais. Indústrias
  químicas e o meio ambiente.

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Plano de Ensino

• Conteúdo Programático
•  
• 1. CONCEITOS DO PROCESSAMENTO QUÍMICO INDUSTRIAL
• 2. OPERAÇÕES UNITÁRIAS NAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS
• 3. CLASSIFICAÇÃO DE PROCESSOS DE PRODUÇÃO QUÍMICA
• 3.1 Batelada
• 3.2 Contínuos
• 3.3 Semi-contínuos
• 4. TIPOS DE FLUXOGRAMAS

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Plano de Ensino

• 5. CLASSIFICAÇÃO DAS INDÚSTRIAS QUÍMICAS E SEUS
  SEGMENTOS
• 5.1 Fabricação de produtos químicos inorgânicos
• 5.2 Fabricação de produtos químicos orgânicos
• 5.3 Fabricação de resinas e elastômeros
• 5.4 Fabricação de fibras artificiais
• 5.5 Fabricação de defensivos agrícolas e
  desinfetantes domissanitários
• 5.6 Fabricação de sabões, detergentes, produtos
  de limpeza, cosméticos, produtos de perfumaria
  de higiene pessoal.
• 5.7 Fabricação de tintas, vernizes, esmaltes,
  lacas e produtos afins
• 5.8 Fabricação de produtos e preparados químicos
  diversos
• 5.9 Fabricação de produtos farmoquímicos e
  farmacêuticos
•  

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Plano de Ensino

• 6. NECESSIDADES DE ENERGIA NAS INDÚSTRIAS
  QUÍMICAS
• 7. INDÚSTRIAS QUÍMICAS E O MEIO AMBIENTE
• 8.1 Impactos ambientais
• 8.2 Impactos econômicos
• 8.3 Impactos sociais

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Plano de Ensino

• 8. PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS
• 7.1 Tratamento de água para uso doméstico e
  industrial
• 7.2 Produtos carboquímicos
• 7.3 Indústrias de cerâmicas
• 7.4 Indústrias de álcool e derivados
• 7.5 Indústrias agroquímicas
• 7.6 Sabões e detergentes
• 7.7 Indústria petroquímica e
• 7.8 Refinação do Petróleo
• 7.9 Indústrias farmacêuticas
• 7.10 Processos químicos na metalurgia

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Método de Ensino

• As aulas serão teóricas.
• As aulas teóricas serão expositivas com
  exercícios descritivos em classe.
• Trabalhos sobre temas específicos preparados
  pelos alunos.

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Método de Avaliação

• Serão realizadas duas avaliações no semestre, A1
  e A2. As notas destas avaliações serão compostas
  da seguinte forma
• Prova escrita Peso 8 (oito)
• Exercícios em sala de aula, atividades extra
  classe e Seminários Peso 2 (dois)
• Nota da A1 ou A2 Prova Escrita x 0,8 Nota de
  Exercícios x 0,2
• A nota semestral será resultado da média das duas
  avaliações, ou seja, (A1 A2)/2.
• Será realizada uma prova substitutiva (P3) para o
  aluno que não pôde fazer a prova P1 ou P2.
• Para a prova P3 será considerado toda a matéria
  do semestre. No caso do aluno perder as duas
  primeiras provas, ou seja, P1 e P2, a prova P3
  substituirá apenas uma delas.
• Caso a média seja menor que 5,0 (cinco), o aluno
  deverá fazer a prova de recuperação. Na prova de
  recuperação o aluno será avaliado como suficiente
  ou insuficiente. Caso seja suficiente receberá a
  média final igual a 5,0 (cinco).

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Referências Bibliográficas

• Bibliografia Básica
• SHREVE, R. Norris, JUNIOR, Joseph A. Brink.
  Indústrias de Processos Químicos. Editora
  Guanabara, Rio de Janeiro, 1994. 4ª. Ed.
•  
• ABIQUIM - http//www.abiquim.org.br/conteudo.asp?p
  rincainpagconc
•  
• Bibliografia Complementar
•  
• FELDER, Richard M., ROUSSEAU, Ronald W.,
  Princípios Elementares de Processos Químicos,
  Editora LTC, 2005, 3ª. Ed.
•  

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• O processamento químico pode ser definido como o
  processamento industrial de matérias-primas
  químicas, que leva à obtenção de produtos com
  valor industrial realçado. Em todas as operações
  químicas, estão intimamente envolvidas operações
  físicas, como transferência de calor e controle
  de temperatura, que são necessárias para garantir
  bons rendimentos que são indispensáveis nas
  indústrias competitivas. Outro exemplo seria a
  transferência de massa em forma líquida ou de
  sólidos em suspensão, de um lugar para o outro
  para um reator químico

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Indústria Química Quando a matéria prima não
sofre transformação química, para a obtenção de
produtos, dizemos que ela foi submetida às
OPERAÇÕES UNITÁRIAS ao contrário, quando a
matéria prima sofre transformação química, temos
a chamada CONVERSÃO QUÍMICA ou PROCESSO UNITÁRIO.
Este processamento industrial químico, em
geral, envolve
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Indústria Química Operações Unitárias ou
Operações Físicas, podem ser Bombeamento de
fluidos
Destilação Troca de calor
Evaporação
Transporte de sólidos
Absorção de
gás Extração
Controle de Calor Peneiração

Processos de separação Filtração

Secagem Misturação
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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Indústria Química
• Processos Unitários ou Conversão Química
• exemplo obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4)a
  partir do enxofre
• S O2 SO2
• SO2 1/2O2 SO3
• Solução aquosa de SO3 H2SO4

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Industria Química
• A produção em escala industrial de um produto
  envolve três fases
• Desenvolvimento em laboratório - estudo detalhado
  das conversões químicas e das condições físicas
  (temperatura, quantidades, catalisadores, etc.)
  necessárias para sua execução
• 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.
• Projeto e implantação do processo em escala
  industrial.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Dados químicos fundamentais
• Rendimentos da reação
• Conversão na reação
• Ex Na síntese da amônia a 150 atm e 500º. C, o
  rendimento é frequentemente acima de 98 enquanto
  a conversão está limitada a cerca de 14, o que
  significa que 86 da carga não reagem e devem ser
  recirculados.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Dados químicos fundamentais
• Velocidade da reação - rapidez de avanço da
  reação, catálise, cinética
• Termodinâmica - troca de energia envolvidas na
  reação química e energia necessária de fontes
  externas como calor ou potência.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 2. Tipo do Processo
• Processo contínuo - Opera em volumes maiores e
  variedade ainda menor que a produção em massa.
  Geralmente são literalmente contínuos, pois seus
  produtos são indivisíveis e produzidos em fluxo
  ininterrupto. São associados a tecnologias
  relativamente inflexíveis, de capital intensivo e
  fluxo altamente previsível.
• Exs. refinarias de petróleo, petroquímicas,
  produção de papel em larga escala, usinas de
  eletricidade, de tratamento de água.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Produção em Massa
• Produzem bens em altos volumes e com variedade
  relativamente baixa, em termos de aspectos
  fundamentais de produto.
• Exemplo típico montagem final de automóveis o
  projeto básico é o mesmo, mas pode haver grande
  variedade de opcionais, cores, motorização.
  Outros exemplos fabricação de bebidas, injeção
  de plásticos em alto volume.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 2. Tipo do Processo
• Processo descontínuo (bateladas)
• Os processos são usados quando a produção é
• pequena ou em reações de segurança
• Exigem que se operem pequenas quantidades de
• cada vez, como é o caso de explosivos, esse
  processos propicia uma ótima cinética e é
  frequentemente mais fácil de ser controlado
• Cada batelada é um sistema fechado e a massa de
  cada batelada é fixa
• O tempo de reação para todos os elementos do
  fluido é o mesmo
• A composição da batelada muda com o respectivo
  tempo
• A batelada é uniforme a partir de um determinado
  tempo devido a eficiente agitação
• . Ex polimerização, fabricação de produtos
  farmacêuticos.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 2. Tipo do Processo
• Processo descontínuo (bateladas)
• Na indústria química, é típico de produtos com
  maior valor agregado, com especificações
  direcionadas a um tipo de cliente e menores
  volumes. Exs. Polimerização, fabricação de
  produtos farmacêuticos, de especialidades
  químicas.
• . Ex polimerização, fabricação de produtos
  farmacêuticos.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 2. Tipo do Processo
• Processo Semi- Contínuo
• São processos onde as partidas ( bateladas) do
  mesmo produto são feitas uma após a outra.
• 
  ou
• Onde uma parte do processamento é feito em
  batelada e a outra parte é feita de forma
  contínua.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 3. Fluxogramas para representar um processo
  químico
• Servem de base para o projeto e a operação na
  planta-piloto e na fábrica. O fluxograma deve
  conter as operações unitárias, as conversões
  químicas, o equipamento utilizado, o balanço de
  massa e de energia, mão-de-obra e utilidades.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 4. Escolha do processo químico, projeto e
  operação
• Esta etapa envolve análise para planejamento e
  operação eficientes das plantas-piloto e de
  produção, projeto e execução da planta piloto,
  definição dos equipamentos, materiais de
  construção, análise de durabilidade e corrosão no
  processo, instrumentação e automação do processo,
  definições de variáveis como pressões,
  alto-vácuo, etc...

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 5. Controle e instrumentação dos processos
  químicos
• Isto inclui definição da estratégia de controle e
  monitoração do processo - automatizado ou manual.
  Na maioria dos processos competitivos, a
  monitoração, controle e operação é em sua,
  maioria, automatizada e controlada por computador.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 6. Economia do processo químico
• Prevê a análise e avaliação dos processos
  competitivos, avaliação dos investimentos, tempo
  para retorno do investimentos, despesas gerais
  (seguro, impostos, consultorias), capital (juros
  e depreciação), fatores de produção, reparos e
  manutenção, custos globais.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 7.Avaliação do mercado - Planejamento de
  Marketing
• Sugere a avaliação de estatísticas de crescimento
  de mercado, localização dos mercados,
  durabilidade do produto, tipos de embalagens,
  estratégias de vendas e serviços pós-venda.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 8. Localização da fábrica
• A definição da localização inclui a avaliação das
  matérias-primas envolvidas, transporte e mercado,
  logística de suprimentos e distribuição. Outros
  fatores como energia, água, disponibilidade de
  mão-de-obra, custos de terreno, descarte dos
  rejeitos interferem na escolha da localização.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 9. Segurança, avaliação dos riscos para saúde
  ocupacional e meio ambiente
• No projeto de qualquer processo químico é
  fundamental a avaliação e minimização de impactos
  ambientais e na saúde e segurança dos operadores.
  Existem ferramentas de análise dos riscos e todo
  processo deve estar em conformidade com a
  legislação ambiental.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 10. Construção da fábrica
• Normalmente, é confiada a empresas especializadas
  em construção de fábricas.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais

• 11. Melhoria contínua e otimização de processos
• Uso das ferramentas da qualidade, buscando maior
  eficiência nos processos.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas
Os fluxogramas são parte fundamental em um
projeto, estes apresentam a seqüência coordenada
das conversões químicas unitárias e das operações
unitárias, expondo assim, os aspectos básicos do
processo. É o mais efetivo meio de comunicar
informações sobre um processo industrial. Indicam
pontos de entrada das matérias-primas e da
energia necessária e também os pontos de remoção
do produto e dos subprodutos. Na avaliação global
do processo, desde sua concepção inicial até o
fluxograma detalhado para o projeto e operação da
planta, é preciso desenhar muitos fluxogramas.
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Tipos de fluxogramas

• Os três principais tipos de diagramas usados para
  descrever os fluxos de correntes químicas através
  de um processo são
• a) Fluxogramas de blocos (block flow diagrams
  BFD)
• b) Fluxograma do processo (process flow diagram
  PFD)
• c) Fluxogramas de tubulação e instrumentação
  (pipping and instrumentation diagram PID)

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas de blocos

• São úteis na conceitualização de um processo ou
  de um número de processos em um grande complexo.
  Pouca informação sobre as correntes é fornecida,
  mas uma clara visão geral do processo é
  apresentada.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas de blocos

• Os blocos ou retângulos representam uma operação
  unitária ou processo unitário. Os blocos são
  conectados por linhas retas que representam as
  correntes de fluxo do processo entre as unidades.
  Essas correntes de fluxo podem ser misturas de
  líquidos, gases e sólidos fluindo em dutos ou
  sólidos sendo transportados em correias
  transportadoras.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas de blocos

• Para fazer fluxogramas de blocos claros e
  objetivos
• Operações ou processos unitários tais como
  misturadores, separadores, reatores, colunas de
  destilação e trocadores de calor são usualmente
  denotados por um bloco simples ou retangulo.
• Grupos de operações unitárias podem ser denotados
  por um bloco simples.
• Correntes de fluxo do processo entrando e saindo
  dos blocos são representadas por linhas retas que
  podem ser horizontais ou verticais.
• A direção do fluxo deve ser claramente indicada
  por setas.
• As correntes de fluxo devem ser numeradas em uma
  ordem lógica.
• As operações unitárias (i.e blocos) devem ser
  rotulados.
• Quando possível, o diagrama deve ser arrumado de
  modo que o fluxo material ocorra da esquerda para
  a direita, com unidades a montante, à esquerda, e
  unidades a jusante, à direita.

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxograma do processo

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

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas de processo
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas de processo

• Um fluxograma de processo mostra as relações
  entre os principais componentes no sistema. Ele
  também tabula os valores projetados para o
  processo para os componentes nos diferentes modos
  de operação, tipicamente mínimo, normal e máximo.

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Fluxogramas de processo
Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Um fluxograma de processo inclui
• tubulação do sistema
• símbolos dos principais equipamentos, nomes e
  números de identificação
• Controles e válvulas que afetam a operação do
  sistema
• interconexões com outros sistemas
• principais rotas de by-pass e recirculação
• taxas do sistemas e valores operacionais como
  temperatura e pressão para fluxos mínimo, normal
  e máximo
• composição dos fluidos

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas de processo
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Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Contém toda informação do processo necessária
  para a construção da planta. Estes dados incluem
  tamanho dos tubos (dimensionamento da tubulação e
  localização de toda instrumentação para ambas as
  correntes de processo e de utilidades).

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Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Este fluxogramas mostram toda a tubulação
• incluindo a seqüência física de ramificações,
  redutores, válvulas, equipamentos, instrumentação
  e controles intertravados.
• Estes fluxogramas são usados para operar o
  processo de produção.

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Fluxogramas de tubulação e instrumentação
Conceitos de Processos Químicos Industriais

• Um FTI deve incluir
• Instrumentação e designações
• Equipamentos mecânicos com nomes e números
• Todas as válvulas e suas identificações
• Processo de tubulação, tamanhos e identificação
• Micelânea ventilação, drenagem, amostragem,
  redutores, aumentadores
• Permanent start-up and flush lines
• Direção dos fluxos
• Referencias das interconexões
• Controles de inputs, outputs e intertravamento
• Nível de qualidade
• Sistemas de controle computadorizados
• Identificação dos componentes e subsistemas
  entregues por outros
• Seqüencia física dos equipamentos

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
O que é indústria química?

• Os produtos químicos podem ser agrupados em dois
  grandes blocos

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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Produtos inorgânicos
Produtos orgânicos
Produtos químicos de uso industrial
Resinas e elastômeros
Produtos e preparados químicos diversos
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Inorgânicos
Tratamento de água Carboquímicos
Petroquímica Gases combustíveis Gases
industriais Cerâmica Cimento Vidro Ácidos Álcalis
Sais Tintas Explosivos Corantes Plásticos Fibras
sintéticas Borracha
Detergentes e sabões Perfumes, aromatizantes Alime
ntos Agroquímicos Óleos, gorduras Açúcar e
amido Fermentação Papel e celulose Indústria de
fósforo Indústria de potássio Indústria de
nitrogênio Plásticos Fibras sintéticas Borracha
52
Orgânicos
NITRAÇÃO SULFONAÇÃO ALQUILAÇÃO ESTERIFICAÇÃO POLIM
ERIZAÇÃO FERMENTAÇÃO AMINAÇÃO CARBOXILAÇÃO HIDROGE
NAÇÃO OXIDAÇÃO, ETC
53
Produtos farmacêuticos
Higiene pessoal, perfumaria e cosméticos
Adubos e fertilizantes
Produtos químicos de uso final
Sabões, detergentes e produtos de limpeza
Defensivos agrícolas
Tintas, esmaltes e vernizes
Outros
54
Faturamento líquido
Indústria química - 2008
Total US 122 bilhões
55
A indústria química brasileira
está entre as 10 maiores do mundo
56
Ranking da indústria química mundial
Faturamento líquido - 2007
em US bilhões
Estados Unidos
664
China
388
Alemanha
238
Japão
234
143
França
Coréia
116
Reino Unido
116
Itália
106
9ª posição
Brasil
104
Índia
92
Espanha
65
57
Onde estão os produtos químicos?
Alguns exemplos
58
Tratamento de água
São utilizados para oxidar detritos e destruir
microorganismos
Absorvem e precipitam a sujeira, eliminando
cor, gosto e odores
Retém micropoluentes e detergentes
Neutraliza a acidez da água
59
Agricultura
Fertilizantes químicos
Repõem elementos, como nitrogênio, fósforo e
potássio, cálcio, entre outros, retirados do
solo pela ação de chuvas, ventos, queimadas e
constantes colheitas.
60
Agricultura
Defensivos químicos
Garantem a qualidade dos alimentos, a
produtividade e evitam a disseminação de doenças.
61
Saúde animal
Medicamentos veterinários e alimentação animal
Preservam a saúde, evitam epidemias e aumentam
a produtividade.
62
Construção civil
acetato de polivinila
estão presentes na formulação das tintas
Resinas Acrílicas
dióxido de titânio
63
Construção civil
polietileno de alta densidade (PEAD) resinas
poliéster
Hidróxido de Cálcio
Caixa Dágua
Argamassa de Alvenaria
policloreto de vinila (PVC) plastificantes
ftálicos trióxido de antimônio
resinas alquídicas resinas maléicas resinas
epóxi resinas acrílicas poliuretano nitrocelulose
naftenatos octoatos solventes
Fios e Cabos
polietileno de baixa densidade linear
(PEBDL) polietileno de baixa densidade
(PEBD) polietileno de alta densidade
(PEAD) policloreto de vinila (PVC)
Vernizes
Tubos e Conexões
64
Automóveis
poliuretano polipropileno (PP) resina de
acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS)
painel
borracha de estireno butadieno negro de
carbono poliamida
pneus
ácido sulfúrico polietileno de alta densidade
(PEAD)
baterias
para-choques
polipropileno (PP)
pastilha e lonas para freio
resinas fenólicas
óleos minerais aditivos
óleos lubrificantes
65
Informática
66
Inovação
A indústria química investe grande parte do seu
faturamento em pesquisa e desenvolvimento.
Foi a indústria química que, com as fibras
sintéticas, permitiu ao setor têxtil ampliar a
produção e baratear os preços das roupas.
Com os plásticos, foram criadas embalagens que
conservam alimentos e remédios por longos
períodos, tubos resistentes à corrosão e peças e
componentes utilizados pelas mais diferentes
indústrias.