77. Processamento Químico
Editores de capítulo: Jeanne Mager Stellman e Michael McCann
Indústria Química
L. De Boer
Desenvolvendo um Programa de Gerenciamento de Segurança de Processo
Richard S. Kraus
Principais operações e processos da unidade: uma visão geral
Sidney Lipton
Produção de Cloro e Cáustica
O Instituto de Cloro, Inc.
Fabricação de tintas e revestimentos
Michael McCann
Indústria de Plásticos
PK Law e TJ Britton
Indústria de biotecnologia
Susan B. Lee e Linda B. Wolfe
Indústria pirotécnica
J. Kroeger
Clique em um link abaixo para visualizar a tabela no contexto do artigo.
1. Emprego na indústria química em países selecionados
2. Alguns fatores gerais de seleção do local
3. Considerações de segurança da localização da planta
4. Instalações geralmente separadas em layouts gerais da planta
5. Considerações gerais em um layout de unidade de processo
6. Etapas para limitar o estoque
7. Separação do tanque e considerações de localização
8. Bombas na indústria de processos químicos
9. Fontes potenciais de explosão em equipamentos
10. Produtos voláteis da decomposição de plásticos
11. Microrganismos de importância industrial
12. Matérias-primas utilizadas na fabricação de pirotecnia
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Exemplos de operações de processamento químico
Adaptado da 3ª edição, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
O negócio da indústria química é mudar a estrutura química de materiais naturais para obter produtos de valor para outras indústrias ou para a vida diária. Os produtos químicos são produzidos a partir dessas matérias-primas - principalmente minerais, metais e hidrocarbonetos - em uma série de etapas de processamento. Tratamentos adicionais, como mistura e combinação, geralmente são necessários para convertê-los em produtos finais (por exemplo, tintas, adesivos, remédios e cosméticos). Assim, a indústria química abrange um campo muito mais amplo do que o que se costuma chamar de “produtos químicos”, pois também inclui produtos como fibras artificiais, resinas, sabões, tintas, filmes fotográficos e muito mais.
Os produtos químicos se enquadram em duas classes principais: orgânico e inorgânico. Os produtos químicos orgânicos têm uma estrutura básica de átomos de carbono, combinados com hidrogênio e outros elementos. Petróleo e gás são hoje a fonte de 90% da produção química orgânica mundial, tendo substituído em grande parte o carvão e matéria vegetal e animal, as primeiras matérias-primas. Os produtos químicos inorgânicos são derivados principalmente de fontes minerais. Exemplos são o enxofre, extraído como tal ou extraído de minérios, e o cloro, obtido a partir do sal comum.
Os produtos da indústria química podem ser amplamente divididos em três grupos, que correspondem às principais etapas da fabricação: produtos químicos básicos (orgânicos e inorgânicos) são normalmente fabricados em larga escala e normalmente convertidos em outros produtos químicos; intermediários são derivados de produtos químicos de base. A maioria dos intermediários requer processamento adicional na indústria química, mas alguns, como solventes, são usados como estão; produtos químicos acabados são feitas por processamento químico adicional. Alguns deles (remédios, cosméticos, sabonetes) são consumidos como tal; outros, como fibras, plásticos, corantes e pigmentos, são processados ainda mais.
Os principais setores da indústria química são os seguintes:
No sistema de Classificação Industrial Padrão Internacional de Todas as Atividades Econômicas (ISIC), usado pelas Nações Unidas para classificar a atividade econômica em dez grandes divisões, a indústria química é classificada como Divisão 35, uma das nove subdivisões da Divisão Principal 3: Manufatura. A divisão 35 é ainda subdividida em produtos químicos industriais (351), outros produtos químicos (352), refinarias de petróleo (353), diversos produtos de carvão e petróleo, por exemplo, asfalto (354), produtos de borracha, incluindo pneus (355) e processamento de plásticos (356). .
Ao relatar estatísticas da indústria química, cada país normalmente usa seu próprio sistema de classificação, e isso pode ser enganoso. Assim, a comparação entre países do desempenho total da indústria química não pode ser baseada em fontes nacionais. No entanto, organismos internacionais como a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) e as Nações Unidas normalmente fornecem dados na base ISIC, embora com um atraso de cerca de dois anos.
As estatísticas comerciais são publicadas internacionalmente sob a Classificação Padrão do Comércio Internacional (SITC), que difere do sistema ISIC. As estatísticas comerciais de países individuais quase sempre se referem à seção 5 do SITC, que cobre cerca de 90% do total de produtos químicos relatados no sistema ISIC.
A indústria química cresceu muito mais rapidamente em meio século do que a indústria como um todo. Embora tenha havido uma depressão econômica na indústria química mundial no início dos anos 1990, a produção química aumentou em meados dos anos 1990. A maior área de crescimento da produção química foi no Sudeste Asiático. A Figura 1 mostra a variação percentual na produção química de 1992-95 para países selecionados.
Figura 1. Mudança na produção de produtos químicos para países selecionados, 1992-95
Grande parte da indústria química é altamente intensiva em capital e também fortemente dependente de pesquisa e desenvolvimento (por exemplo, produtos farmacêuticos). O resultado combinado desses dois fatores é que a indústria emprega um número anormalmente baixo de trabalhadores manuais não qualificados para seu tamanho, em comparação com a indústria manufatureira em geral. O emprego total na indústria aumentou ligeiramente durante o período de rápido crescimento anterior a 1970, mas desde então o impulso para o aumento da produtividade resultou em um declínio no emprego na indústria química na maioria dos países desenvolvidos. A Tabela 1 mostra o emprego na indústria química nos Estados Unidos e em vários países europeus em 1995.
Tabela 1. Emprego na indústria química em países selecionados (1995)
País |
Emprego |
Estados Unidos |
1, 045,000 |
Alemanha |
538,000 |
França |
248,000 |
Reino Unido |
236,000 |
Itália |
191,000 |
Polônia |
140,000 |
Espanha |
122,000 |
Fonte: Chemical and Engineering News 1996.
O Instituto de Cloro, Inc.
A eletrólise de salmoura produz cloro e soda cáustica. Cloreto de sódio (NaCl) é o sal primário usado; produz soda cáustica (NaOH). No entanto, o uso de cloreto de potássio (KCl) produz potassa cáustica (KOH).
2NaCl + 2H2O → Cl2↑+ 2 NaOH + H2↑
sal + água → cloro (gás) + cáustico + hidrogênio (gás)
Atualmente, o processo de célula de diafragma é o mais utilizado para a produção comercial de cloro, seguido pelo processo de célula de mercúrio e depois o processo de célula de membrana. Devido a questões econômicas, ambientais e de qualidade do produto, os fabricantes agora preferem o processo de célula de membrana para novas instalações de produção.
O Processo da Célula Diafragma
Uma célula de diafragma (veja a figura 1) é alimentada com salmoura saturada em um compartimento contendo um ânodo de titânio revestido com sais de rutênio e outros metais. Uma cabeça de célula de plástico coleta o gás de cloro quente e úmido produzido neste ânodo. A sucção por um compressor então puxa o cloro para um coletor de coleta para processamento posterior que consiste em resfriamento, secagem e compressão. A água e a salmoura não reagida percolam através de um separador de diafragma poroso para o compartimento do cátodo, onde a água reage em um cátodo de aço para produzir hidróxido de sódio (soda cáustica) e hidrogênio. O diafragma retém o cloro produzido no ânodo do hidróxido de sódio e do hidrogênio produzido no cátodo. Se esses produtos se combinarem, o resultado é hipoclorito de sódio (lixívia) ou clorato de sódio. Os produtores comerciais de clorato de sódio usam células que não possuem separadores. O diafragma mais comum é um composto de amianto e um polímero de fluorocarbono. As modernas fábricas de células de diafragma não apresentam os problemas de saúde ou ambientais historicamente associados ao uso de diafragmas de amianto. Algumas plantas empregam diafragmas sem amianto, que agora estão disponíveis comercialmente. O processo da célula diafragma produz uma solução fraca de hidróxido de sódio contendo sal não reagido. Um processo de evaporação adicional concentra a soda cáustica e remove a maior parte do sal para fazer uma soda cáustica de qualidade comercial.
Figura 1. Tipos de processos celulares cloralcalinos
O Processo da Célula de Mercúrio
Uma célula de mercúrio na verdade consiste em duas células eletroquímicas. A reação na primeira célula no ânodo é:
2 Cl- →C12 + 2 e-
cloreto → cloro + elétrons
A reação na primeira célula no cátodo é:
Na+ + Hg + e- → Na·Hg
íon sódio + mercúrio + elétrons → amálgama de sódio
A salmoura flui em uma calha de aço inclinada com lados revestidos de borracha (veja a figura 4). Mercúrio, o cátodo, flui sob a salmoura. Ânodos de titânio revestido são suspensos na salmoura para a produção de cloro, que sai da célula para um sistema de coleta e processamento. O sódio é eletrolisado na célula e deixa a primeira célula amalgamada com o mercúrio. Esse amálgama flui para uma segunda célula eletroquímica chamada de decompositor. O decompositor é uma célula com grafite como cátodo e o amálgama como ânodo.
A reação no decompositor é:
2Na·Hg + 2H2O → 2 NaOH + 2 Hg + H2 ↑
O processo de célula de mercúrio produz NaOH comercial (50%) diretamente da célula.
O Processo da Célula Membrana
As reações eletroquímicas em uma célula de membrana são as mesmas que na célula de diafragma. Uma membrana de troca catiônica é usada no lugar do diafragma poroso (veja a figura 1). Essa membrana evita a migração de íons cloreto para o católito, produzindo, assim, produtos cáusticos 30 a 35% essencialmente livres de sal diretamente da célula. A eliminação da necessidade de remoção do sal torna mais simples a evaporação do cáustico para teor comercial de 50%, além de exigir menos investimento e energia. O caro níquel é usado como cátodo na célula de membrana devido ao cáustico mais forte.
Riscos de segurança e saúde
Em temperaturas normais, o cloro seco, líquido ou gasoso, não corrói o aço. O cloro úmido é altamente corrosivo porque forma os ácidos clorídrico e hipocloroso. Devem ser tomadas precauções para manter o cloro e o equipamento de cloro secos. Tubulações, válvulas e recipientes devem ser fechados ou tampados quando não estiverem em uso para impedir a entrada de umidade atmosférica. Se for usada água em um vazamento de cloro, as condições corrosivas resultantes piorarão o vazamento.
O volume de cloro líquido aumenta com a temperatura. Precauções devem ser tomadas para evitar ruptura hidrostática de tubulações, vasos, recipientes ou outros equipamentos cheios de cloro líquido.
O hidrogênio é um coproduto de todo o cloro produzido pela eletrólise de soluções aquosas de salmoura. Dentro de uma faixa de concentração conhecida, misturas de cloro e hidrogênio são inflamáveis e potencialmente explosivas. A reação do cloro e do hidrogênio pode ser iniciada pela luz solar direta, outras fontes de luz ultravioleta, eletricidade estática ou impacto agudo.
Pequenas quantidades de tricloreto de nitrogênio, um composto instável e altamente explosivo, podem ser produzidas na fabricação de cloro. Quando o cloro líquido contendo tricloreto de nitrogênio é evaporado, o tricloreto de nitrogênio pode atingir concentrações perigosas no cloro líquido remanescente.
O cloro pode reagir, às vezes de forma explosiva, com vários materiais orgânicos, como óleo e graxa de fontes como compressores de ar, válvulas, bombas e instrumentação de diafragma de óleo, bem como madeira e panos de trabalhos de manutenção.
Assim que houver qualquer indicação de liberação de cloro, medidas imediatas devem ser tomadas para corrigir a condição. Vazamentos de cloro sempre pioram se não forem corrigidos prontamente. Quando ocorrer um vazamento de cloro, pessoal autorizado e treinado, equipado com equipamentos respiratórios e outros equipamentos de proteção individual (EPI) apropriados, deve investigar e tomar as medidas adequadas. O pessoal não deve entrar em atmosferas contendo concentrações de cloro superiores à concentração imediatamente perigosa para a vida e a saúde (IDLH) (10 ppm) sem EPI adequado e pessoal de apoio. O pessoal desnecessário deve ser mantido afastado e a área de risco deve ser isolada. As pessoas potencialmente afetadas por uma liberação de cloro devem ser evacuadas ou abrigadas no local conforme as circunstâncias o justifiquem.
Monitores de cloro de área e indicadores de direção do vento podem fornecer informações oportunas (por exemplo, rotas de fuga) para ajudar a determinar se o pessoal deve ser evacuado ou abrigado no local.
Quando a evacuação é utilizada, as pessoas potencialmente expostas devem se mover para um ponto contra o vento do vazamento. Como o cloro é mais pesado que o ar, as elevações mais altas são preferíveis. Para escapar no menor tempo, as pessoas que já estão em uma área contaminada devem se mover contra o vento.
Quando dentro de um edifício e abrigo no local for selecionado, o abrigo pode ser obtido fechando todas as janelas, portas e outras aberturas e desligando os condicionadores de ar e os sistemas de entrada de ar. O pessoal deve mover-se para o lado do edifício mais distante do lançamento.
Deve-se tomar cuidado para não posicionar pessoas sem uma rota de fuga. Uma posição segura pode se tornar perigosa por uma mudança na direção do vento. Novos vazamentos podem ocorrer ou o vazamento existente pode aumentar.
Se houver incêndio presente ou iminente, os recipientes e equipamentos de cloro devem ser afastados do fogo, se possível. Se um recipiente ou equipamento sem vazamento não puder ser movido, ele deve ser mantido resfriado com aplicação de água. A água não deve ser usada diretamente em um vazamento de cloro. O cloro e a água reagem formando ácidos e o vazamento vai piorar rapidamente. No entanto, quando vários recipientes estiverem envolvidos e alguns estiverem vazando, pode ser prudente usar um spray de água para ajudar a evitar a sobrepressão dos recipientes sem vazamentos.
Sempre que os recipientes tiverem sido expostos a chamas, a água de resfriamento deve ser aplicada até bem depois que o fogo estiver extinto e os recipientes resfriados. Os contêineres expostos ao fogo devem ser isolados e o fornecedor deve ser contatado o mais rápido possível.
As soluções de hidróxido de sódio são corrosivas, especialmente quando concentradas. Trabalhadores em risco de exposição a derramamentos e vazamentos devem usar luvas, protetor facial e óculos de proteção e outras roupas de proteção.
Agradecimentos: Dr. RG Smerko é reconhecido por disponibilizar os recursos do Chlorine Institute, Inc.
Sempre que houver processos que usam temperatura e pressão para alterar a estrutura molecular ou criar novos produtos a partir de produtos químicos, existe a possibilidade de incêndios, explosões ou liberações de líquidos inflamáveis ou tóxicos, vapores, gases ou produtos químicos de processo. O controle desses eventos indesejados requer uma ciência especial chamada gestão de segurança de processos. Os termos segurança do processo e gestão de segurança de processos são mais comumente usados para descrever a proteção dos funcionários, do público e do meio ambiente contra as consequências de incidentes graves indesejáveis envolvendo líquidos inflamáveis e materiais altamente perigosos. De acordo com a Associação de Fabricantes Químicos dos Estados Unidos (CMA), “a segurança do processo é o controle dos perigos causados pela má operação ou mau funcionamento dos processos usados para converter matérias-primas em produtos acabados, que podem levar à liberação não planejada de materiais perigosos ” (CMA 1985).
Envolvimento da indústria e segurança do processo de trabalho
A tecnologia de segurança de processo tem desempenhado um papel importante nas indústrias de processamento químico para que o manuseio de líquidos e gases inflamáveis e combustíveis possa ocorrer sem consequências indesejáveis. Durante a década de 1980, as indústrias de petróleo e gás, por exemplo, reconheceram que a tecnologia de segurança de processo sozinha, sem o gerenciamento de segurança de processo, não evitaria incidentes catastróficos. Pensando nisso, diversas associações industriais, como, nos Estados Unidos, o Center for Chemical Process Safety (CCPS), o American Petroleum Institute (API) e a Chemical Manufacturers' Association (CMA), iniciaram programas para desenvolver e fornecer diretrizes de gerenciamento de segurança de processo para uso por seus membros. Conforme declarado pelo CCPS, "A evolução da segurança do processo de uma questão puramente técnica para uma que exigia abordagens de gerenciamento foi essencial para a melhoria contínua da segurança do processo".
O CCPS foi formado em 1985 para promover a melhoria das técnicas de gerenciamento de segurança de processo entre aqueles que armazenam, manuseiam, processam e usam produtos químicos e materiais perigosos. Em 1988, a Chemical Manufacturer's Association (CMA) iniciou seu programa de Atuação Responsável®, destacando o compromisso de cada empresa membro com a responsabilidade ambiental, de saúde e segurança no gerenciamento de produtos químicos.
Em 1990, a API iniciou um programa em toda a indústria intitulado STEP-Strategies for Today's Environmental Partnership, com a intenção de melhorar o desempenho ambiental, de saúde e segurança da indústria de petróleo e gás. Um dos sete elementos estratégicos do programa STEP abrange a operação de petróleo e a segurança do processo. Os documentos a seguir são exemplos de alguns dos materiais desenvolvidos como resultado do programa STEP que fornecem orientação à indústria de petróleo e gás para ajudar a prevenir a ocorrência ou minimizar as consequências de liberações catastróficas de líquidos e vapores inflamáveis ou materiais de processo perigosos:
O RP 750 cobre o gerenciamento dos perigos do processo de hidrocarbonetos no projeto, construção, start-up, operações, inspeção, manutenção e modificações nas instalações. Aplica-se especificamente a refinarias, plantas petroquímicas e grandes instalações de processamento que usam, produzem, processam ou armazenam líquidos inflamáveis e produtos químicos de processamento tóxicos em quantidades acima de certas quantidades perigosas (conforme definido aqui).
O RP 752, co-desenvolvido pela API e CMA, destina-se a ajudar a identificar os edifícios da planta de processo de preocupação, entender os perigos potenciais relacionados à sua localização dentro da instalação de processo e gerenciar o risco de incêndio, explosão e liberações tóxicas.
O RP 9000 fornece materiais de recursos e metodologia de autoavaliação para medir o progresso na implementação de elementos de gerenciamento de segurança de processo.
Exemplos de outras organizações que desenvolveram materiais e programas que fornecem orientação abrangendo o gerenciamento de segurança de processos químicos incluem, entre outros, o seguinte:
O projeto e a tecnologia do processo, mudanças no processo, materiais e mudanças nos materiais, operações e práticas e procedimentos de manutenção, treinamento, preparação para emergências e outros elementos que afetam o processo devem ser considerados na identificação e avaliação sistemática de perigos, de modo a determinar se eles têm ou não o potencial de levar a uma catástrofe no local de trabalho e na comunidade ao redor.
A partir do início da década de 1980, ocorreram vários incidentes sérios nas indústrias química e de petróleo envolvendo materiais altamente perigosos, que resultaram em números consideráveis de mortes e ferimentos e perdas materiais significativas. Esses incidentes impulsionaram agências governamentais, organizações trabalhistas e associações industriais em todo o mundo a desenvolver e implementar códigos, regulamentos, procedimentos e práticas seguras de trabalho voltadas para a eliminação ou mitigação desses eventos indesejáveis, por meio da aplicação dos princípios de segurança de processo gerenciamento. Eles são discutidos mais detalhadamente no Desastres, naturais e tecnológicos capítulo e em outras partes deste enciclopédia.
Em resposta à preocupação pública com os perigos potenciais dos produtos químicos, governos e agências reguladoras em todo o mundo iniciaram programas que exigiam que fabricantes e usuários identificassem materiais perigosos no local de trabalho e informassem funcionários e consumidores sobre os perigos apresentados por sua fabricação, uso, armazenamento e tratamento. Esses programas, que cobriam preparação e resposta a emergências, reconhecimento de perigos, conhecimento do produto, controle de produtos químicos perigosos e relatórios de liberações tóxicas, incluíam o processamento de hidrocarbonetos.
Requisitos de Gestão de Segurança de Processo
A gestão da segurança do processo é parte integrante do programa geral de segurança da instalação de processamento químico. Um programa eficaz de gerenciamento de segurança de processo requer liderança, apoio e envolvimento da alta administração, gerenciamento de instalações, supervisores, funcionários, contratados e funcionários contratados.
Os componentes a serem considerados ao desenvolver um programa de gerenciamento de segurança de processo incluem:
Elementos do Programa de Gestão de Segurança de Processo
Todos os programas de gerenciamento de segurança de processos de instalações químicas cobrem os mesmos requisitos básicos, embora o número de elementos do programa possa variar dependendo dos critérios usados. Independentemente de qual documento fonte do governo, empresa ou associação é usado como guia, há uma série de requisitos básicos que devem ser incluídos em todos os programas de gerenciamento de segurança de processos químicos:
Informações de segurança do processo
As informações de segurança de processo são usadas pela indústria de processo para definir processos, materiais e equipamentos críticos. As informações de segurança do processo incluem todas as informações escritas disponíveis sobre tecnologia de processo, equipamentos de processo, matérias-primas e produtos e perigos químicos antes de realizar uma análise de perigo do processo. Outras informações críticas de segurança do processo são a documentação relacionada a revisões de projetos de capital e critérios de base de projeto.
informações químicas inclui não apenas as propriedades químicas e físicas, reatividade e dados corrosivos e estabilidade térmica e química de produtos químicos como hidrocarbonetos e materiais altamente perigosos no processo, mas também os efeitos perigosos da mistura inadvertida de diferentes materiais incompatíveis. As informações químicas também incluem o que pode ser necessário para realizar avaliações de risco ambiental de liberações tóxicas e inflamáveis e limites de exposição permitidos.
Informação de tecnologia de processo inclui diagramas de fluxo de bloco e/ou diagramas de fluxo de processo simples, bem como descrições da química de cada processo específico com os limites superiores e inferiores seguros para temperaturas, pressões, fluxos, composições e, quando disponível, material de projeto de processo e balanços de energia. Também são determinadas as consequências de desvios no processo e nos materiais, incluindo seu efeito na segurança e saúde dos funcionários. Sempre que processos ou materiais são alterados, a informação é atualizada e reavaliada de acordo com o sistema de gestão de alterações da unidade.
Informações sobre equipamentos de processo e projeto mecânico inclui a documentação que abrange os códigos de projeto empregados e se o equipamento está ou não em conformidade com as práticas de engenharia reconhecidas. É feita uma determinação sobre se o equipamento existente que foi projetado e construído de acordo com os códigos, padrões e práticas que não estão mais em uso geral é mantido, operado, inspecionado e testado para garantir uma operação segura contínua. Informações sobre materiais de construção, diagramas de tubulação e instrumentos, projeto de sistema de alívio, classificação elétrica, projeto de ventilação e sistemas de segurança são atualizadas e reavaliadas quando ocorrem mudanças.
Envolvimento dos funcionários
Os programas de gerenciamento de segurança de processo devem incluir a participação dos funcionários no desenvolvimento e condução de análises de segurança de processo e outros elementos do programa. O acesso a informações de segurança do processo, relatórios de investigação de incidentes e análises de riscos do processo geralmente é fornecido a todos os funcionários e funcionários terceirizados que trabalham na área. A maioria das nações industrializadas exige que os trabalhadores sejam sistematicamente instruídos sobre a identificação, natureza e manuseio seguro de todos os produtos químicos aos quais possam estar expostos.
Análise de perigo de processo
Depois que as informações de segurança do processo são compiladas, uma análise multidisciplinar completa e sistemática dos riscos do processo, adequada à complexidade do processo, é realizada para identificar, avaliar e controlar os riscos do processo. As pessoas que realizam a análise de riscos do processo devem ter conhecimento e experiência em química, engenharia e operações de processo relevantes. Cada equipe de análise normalmente inclui pelo menos uma pessoa que está totalmente familiarizada com o processo que está sendo analisado e uma pessoa que é competente na metodologia de análise de perigos que está sendo usada.
A ordem de prioridade usada para determinar onde dentro da instalação começar a conduzir as análises de perigos do processo é baseada nos seguintes critérios:
Vários métodos para conduzir análises de segurança de processo são usados na indústria química.
O "e se?" método faz uma série de perguntas para revisar cenários de perigo potencial e possíveis consequências e é usado com mais frequência ao examinar modificações propostas ou mudanças no processo, materiais, equipamentos ou instalações.
O método “lista de verificação” é semelhante ao "e se?" método, exceto que é utilizado um checklist previamente desenvolvido e específico para a operação, materiais, processo e equipamentos. Este método é útil ao realizar revisões pré-inicialização após a conclusão da construção inicial ou após grandes paradas ou acréscimos à unidade de processo. Uma combinação de "e se?" e os métodos de “lista de verificação” são freqüentemente usados ao analisar unidades que são idênticas em construção, materiais, equipamentos e processos.
O método de estudo de perigo e operabilidade (HAZOP) é comumente usado nas indústrias química e de petróleo. Envolve uma equipa multidisciplinar, orientada por um líder experiente. A equipe usa palavras-guia específicas, como “não”, “aumentar”, “diminuir” e “inverter”, que são sistematicamente aplicadas para identificar as consequências de desvios da intenção de projeto para os processos, equipamentos e operações em análise.
Análise de árvore de falhas/árvore de eventos são técnicas dedutivas formais semelhantes usadas para estimar a probabilidade quantitativa de um evento ocorrer. A análise da árvore de falhas funciona de trás para frente a partir de um incidente definido para identificar e exibir a combinação de erros operacionais e/ou falhas de equipamentos envolvidos no incidente. A análise da árvore de eventos, que é o inverso da análise da árvore de falhas, trabalha a partir de eventos específicos ou sequências de eventos, a fim de identificar aqueles que podem resultar em perigos e, assim, calcular a probabilidade de ocorrência de uma sequência de eventos.
O modo de falha e método de análise de efeitos tabula cada sistema de processo ou unidade de equipamento com seus modos de falha, o efeito de cada falha potencial no sistema ou unidade e quão crítica cada falha pode ser para a integridade do sistema. Os modos de falha são classificados em importância para determinar qual é o mais provável de causar um incidente grave.
Não importa qual método seja usado, todas as análises de riscos de processos químicos consideram o seguinte:
Gerenciamento de mudança
As instalações de processamento químico devem desenvolver e implementar programas que forneçam a revisão das informações, procedimentos e práticas de segurança do processo à medida que ocorrem mudanças. Esses programas incluem um sistema de autorização de gerenciamento e documentação escrita para mudanças em materiais, produtos químicos, tecnologia, equipamentos, procedimentos, pessoal e instalações que afetam cada processo.
Os programas de gestão de mudanças na indústria química, por exemplo, contemplam as seguintes áreas:
O sistema de gerenciamento de mudanças inclui informar os funcionários envolvidos no processo e manutenção e pessoal contratado cujas tarefas seriam afetadas por quaisquer mudanças das mudanças e fornecer procedimentos operacionais atualizados, informações de segurança do processo, práticas de trabalho seguras e treinamento conforme necessário, antes da partida do processo ou parte afetada do processo.
Procedimentos operacionais
As instalações de processamento químico devem desenvolver e fornecer instruções operacionais e procedimentos detalhados aos trabalhadores. As instruções de operação devem ser revisadas regularmente quanto à integridade e precisão (e atualizadas ou alteradas à medida que ocorrem alterações) e abrangem os limites operacionais da unidade de processo, incluindo as três áreas a seguir:
Os trabalhadores envolvidos no processo têm acesso a instruções operacionais que abrangem as seguintes áreas:
Práticas de trabalho seguras
As instalações de processamento químico devem implementar programas de permissão e ordem de trabalho para trabalho a quente e seguro para controlar o trabalho realizado nas áreas de processo ou próximas a elas. Supervisores, funcionários e funcionários contratados devem estar familiarizados com os requisitos dos vários programas de licenças, incluindo emissão e expiração de licenças e medidas adequadas de segurança, manuseio de materiais e proteção e prevenção contra incêndios.
Os tipos de trabalho incluídos nos programas típicos de licença de instalações químicas incluem o seguinte:
As instalações químicas devem desenvolver e implementar práticas de trabalho seguras para controlar os perigos potenciais durante as operações do processo, abrangendo as seguintes áreas de preocupação:
Informações e treinamento de funcionários
As instalações de processamento químico devem usar programas formais de treinamento em segurança de processo para treinar e educar supervisores e trabalhadores titulares, reatribuídos e novos. A formação ministrada aos supervisores e trabalhadores de operação e manutenção de processos químicos deve abranger as seguintes áreas:
Pessoal contratado
Empreiteiros são frequentemente empregados em instalações de processamento químico. As instalações devem instituir procedimentos para garantir que o pessoal da contratada que executa manutenção, reparo, reviravolta, grande reforma ou trabalho especializado esteja totalmente ciente dos perigos, materiais, processos, procedimentos operacionais e de segurança e equipamentos na área. Avaliações periódicas de desempenho são feitas para garantir que o pessoal contratado seja treinado, qualificado, siga todas as regras e procedimentos de segurança e esteja informado e ciente do seguinte:
Revisões de segurança pré-inicialização
As revisões de segurança do processo de pré-inicialização são realizadas em fábricas de produtos químicos antes da inicialização de novas instalações de processo e introdução de novos materiais ou produtos químicos perigosos nas instalações, após uma grande parada e onde as instalações tiveram modificações significativas no processo.
As revisões de segurança pré-inicialização garantem que o seguinte foi realizado:
Garantias de Qualidade de Projeto
Quando novos processos ou grandes mudanças nos processos existentes são realizados, uma série de revisões de projeto de segurança do processo são normalmente realizadas antes e durante a construção (antes da revisão pré-inicialização). A revisão de controle do projeto, realizada logo antes de os planos e especificações serem emitidos como “desenhos finais do projeto”, abrange as seguintes áreas:
Outra revisão é normalmente realizada pouco antes do início da construção, cobrindo o seguinte:
Uma ou mais revisões são geralmente realizadas durante a construção ou modificação para garantir que as seguintes áreas estejam de acordo com as especificações do projeto e requisitos da instalação:
Manutenção e integridade mecânica
As instalações de processo têm programas para manter a integridade contínua dos equipamentos relacionados ao processo, incluindo inspeção periódica, teste, manutenção de desempenho, ação corretiva e garantia de qualidade. Os programas destinam-se a garantir que a integridade mecânica dos equipamentos e materiais seja revisada e certificada e as deficiências corrigidas antes da partida, ou tomadas providências para medidas de segurança apropriadas.
Os programas de integridade mecânica abrangem os seguintes equipamentos e sistemas:
Os programas de integridade mecânica também abrangem inspeção e teste de materiais de manutenção, peças sobressalentes e equipamentos para garantir a instalação adequada e adequação para a aplicação do processo envolvido. Os critérios de aceitação e a frequência das inspeções e testes devem estar em conformidade com as recomendações dos fabricantes, boas práticas de engenharia, requisitos regulamentares, práticas da indústria, políticas de instalação ou experiência anterior.
RESPOSTA DE EMERGÊNCIA
Os programas de preparação e resposta a emergências são desenvolvidos para cobrir toda uma instalação de processo e fornecer identificação de perigos e avaliação de potenciais perigos de processo. Esses programas incluem treinamento e educação de funcionários e contratados em notificação de emergência, resposta e procedimentos de evacuação.
Um programa típico de preparação para emergências de uma instalação de processo está em conformidade com os requisitos regulamentares e da empresa aplicáveis e inclui o seguinte:
Auditorias periódicas de segurança
Muitas instalações de processo usam auditorias de gerenciamento de segurança de processo de autoavaliação para medir o desempenho da instalação e garantir a conformidade com os requisitos de segurança de processo internos e externos (regulamentadores, empresa e indústria). Os dois princípios básicos da realização de auditorias de autoavaliação são: reunir toda a documentação relevante que cubra os requisitos de gerenciamento de segurança de processo em uma instalação específica e determinar a implementação e eficácia do programa, acompanhando sua aplicação em um ou mais processos selecionados. Um relatório das constatações e recomendações da auditoria é desenvolvido e a gerência da instalação mantém a documentação que observa como as deficiências foram corrigidas ou mitigadas e, caso contrário, as razões pelas quais nenhuma ação corretiva foi tomada.
Os programas de auditoria de conformidade em instalações de processamento de hidrocarbonetos cobrem as seguintes áreas:
As listas de verificação específicas da instalação e da unidade de processo geralmente são desenvolvidas para uso na condução de auditorias de segurança de processo que cobrem os seguintes itens:
Como os objetivos e o escopo das auditorias podem variar, a equipe de auditoria de conformidade deve incluir pelo menos uma pessoa com conhecimento do processo que está sendo auditado, uma pessoa com experiência em regulamentação e normas aplicáveis e outras pessoas com as habilidades e qualificações necessárias para conduzir a auditoria. A administração pode decidir incluir um ou mais especialistas externos na equipe de auditoria devido à falta de pessoal ou experiência na instalação ou devido a requisitos regulatórios.
Processo de investigação de incidente
As instalações de processo estabeleceram programas para investigar e analisar minuciosamente incidentes e quase acidentes relacionados ao processo, abordar e resolver prontamente descobertas e recomendações e revisar os resultados com trabalhadores e contratados cujos trabalhos são relevantes para as descobertas do incidente. Os incidentes (ou quase acidentes) são minuciosamente investigados o mais rápido possível por uma equipe que inclui pelo menos uma pessoa com conhecimento na operação do processo envolvido e outras com conhecimento e experiência adequados.
Normas e regulamentos
As instalações de processo estão sujeitas a duas formas distintas e separadas de normas e regulamentos.
Segredos comerciais
A gerência de instalações de processo deve fornecer informações de processo, sem considerar possíveis segredos comerciais ou acordos de confidencialidade, para pessoas que:
As instalações geralmente exigem que as pessoas a quem as informações do processo são disponibilizadas façam acordos para não divulgar as informações.
Adaptado de NIOSH 1984.
Tintas e revestimentos incluem tintas, vernizes, lacas, manchas, tintas de impressão e muito mais. As tintas tradicionais consistem em uma dispersão de partículas de pigmento em um veículo que consiste em um formador de filme ou aglutinante (geralmente um óleo ou resina) e um diluente (geralmente um solvente volátil). Além disso, pode haver uma grande variedade de cargas e outros aditivos. Um verniz é uma solução de óleo e resina natural em um solvente orgânico. Resinas sintéticas também podem ser usadas. As lacas são revestimentos nos quais a película seca ou endurece totalmente por evaporação do solvente.
As tintas tradicionais tinham menos de 70% de sólidos, sendo o restante principalmente solventes. Os regulamentos de poluição do ar que limitam a quantidade de solventes que podem ser emitidos para a atmosfera resultaram no desenvolvimento de uma ampla variedade de tintas substitutas com baixo ou nenhum solvente orgânico. Estes incluem: tintas látex à base de água; tintas catalisadas em duas partes (por exemplo, sistemas epóxi e uretano); tintas com alto teor de sólidos (mais de 70% de sólidos), incluindo tintas plastisol compostas principalmente por pigmentos e plastificantes; tintas curadas por radiação; e revestimentos em pó.
De acordo com o Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA (NIOSH 1984), cerca de 60% dos fabricantes de tintas empregavam menos de 20 trabalhadores e apenas cerca de 3% tinham mais de 250 trabalhadores. Espera-se que essas estatísticas sejam representativas dos fabricantes de tintas em todo o mundo. Isso indica uma predominância de pequenas lojas, a maioria das quais não teria experiência interna em saúde e segurança.
Processos de fabricação
Em geral, a fabricação de tintas e outros revestimentos é uma série de operações unitárias usando processos em lote. Há poucas ou nenhuma reação química; as operações são principalmente mecânicas. A fabricação envolve a montagem de matérias-primas, mistura, dispersão, desbaste e ajuste, enchimento de contêineres e armazenamento.
Tintas
As matérias-primas utilizadas para fabricar tintas vêm como líquidos, sólidos, pós, pastas e pastas. Estes são pesados manualmente e pré-misturados. As partículas de pigmento aglomerado devem ser reduzidas ao tamanho original do pigmento e as partículas devem ser molhadas com o aglutinante para garantir a dispersão na matriz líquida. Este processo de dispersão, chamado de moagem, é feito com uma variedade de equipamentos, incluindo dispersores de eixo-impulsor de alta velocidade, misturadores de massa, moinhos de bolas, moinhos de areia, moinhos de rolo triplo, moinhos pug e assim por diante. Após uma corrida inicial, que pode levar até 48 horas, a resina é adicionada à pasta e o processo de moagem é repetido por um período menor. O material disperso é então transferido por gravidade para um tanque de descarga onde pode ser adicionado material adicional, como compostos de tingimento. Para tintas à base de água, o aglutinante geralmente é adicionado neste estágio. A pasta é então diluída com resina ou solvente, filtrada e transferida novamente por gravidade para a área de enchimento das latas. O enchimento pode ser feito manualmente ou mecanicamente.
Após o processo de dispersão, pode ser necessário limpar os tanques e moinhos antes de introduzir um novo lote. Isso pode envolver ferramentas manuais e elétricas, bem como produtos de limpeza alcalinos e solventes.
Lacas
A produção de laca geralmente é realizada em equipamentos fechados, como tanques ou misturadores, a fim de minimizar a evaporação do solvente, o que resultaria em depósitos de uma película de laca seca no equipamento de processamento. Caso contrário, a produção de verniz ocorre da mesma maneira que a produção de tinta.
Vernizes
A fabricação de vernizes oleorresinosos envolve o cozimento do óleo e da resina para torná-los mais compatíveis, desenvolver moléculas ou polímeros de alto peso molecular e aumentar a solubilidade no solvente. Plantas mais velhas podem usar chaleiras portáteis e abertas para o aquecimento. A resina e o óleo ou apenas a resina são adicionados à caldeira e depois aquecidos a cerca de 316ºC. As resinas naturais devem ser aquecidas antes da adição dos óleos. Os materiais são despejados por cima da chaleira. Durante o cozimento, as caldeiras são cobertas com exaustores refratários. Após o cozimento, as chaleiras são movidas para salas onde são resfriadas rapidamente, geralmente por spray de água, e então diluentes e secadores são adicionados.
As usinas modernas usam grandes reatores fechados com capacidades de 500 a 8,000 galões. Esses reatores são semelhantes aos usados na indústria de processos químicos. Eles são equipados com agitadores, visores, linhas para encher e esvaziar os reatores, condensadores, medidores de temperatura, fontes de calor e assim por diante.
Tanto nas fábricas mais antigas quanto nas modernas, a resina diluída é filtrada como etapa final antes da embalagem. Isso normalmente é feito enquanto a resina ainda está quente, geralmente usando um filtro prensa.
Revestimentos em pó
Os revestimentos em pó são sistemas sem solventes baseados na fusão e fusão de resina e outras partículas aditivas em superfícies de objetos aquecidos. Os revestimentos em pó podem ser termoendurecíveis ou termoplásticos e incluem resinas como epóxis, polietileno, poliésteres, cloreto de polivinila e acrílicos.
O método mais comum de fabricação envolve a mistura a seco dos ingredientes em pó e a mistura por fusão por extrusão (veja a figura 1). A resina seca ou aglutinante, pigmento, carga e aditivos são pesados e transferidos para um pré-misturador. Este processo é semelhante às operações de mistura a seco na fabricação de borracha. Após a mistura, o material é colocado em uma extrusora e aquecido até a fusão. O material fundido é extrudado em uma correia transportadora de resfriamento e então transferido para um granulador grosso. O material granulado é passado por um moedor fino e depois peneirado para atingir o tamanho de partícula desejado. O revestimento em pó é então embalado.
Figura 1. Fluxograma para a fabricação de tintas em pó pelo método de extrusão por fusão e mistura
Perigos e sua prevenção
Em geral, os principais perigos associados à fabricação de tintas e revestimentos envolvem o manuseio de materiais; substâncias tóxicas, inflamáveis ou explosivas; e agentes físicos como choque elétrico, ruído, calor e frio.
O manuseio manual de caixas, barris, contêineres e assim por diante, que contêm matérias-primas e produtos acabados, são as principais fontes de lesões devido ao levantamento inadequado, escorregões, quedas, queda de contêineres e assim por diante. Precauções incluem controles de engenharia/ergonomia como auxiliares de movimentação de materiais (roletes, macacos e plataformas) e equipamentos mecânicos (transportadores, guindastes e empilhadeiras), pisos antiderrapantes, equipamentos de proteção individual (EPI) como calçados de segurança e treinamento adequado em levantamento manual e outras técnicas de manuseio de materiais.
Os perigos químicos incluem a exposição a poeiras tóxicas, como pigmento de cromato de chumbo, que pode ocorrer durante a pesagem, enchimento de misturadores e tremonhas de moinhos, operações de equipamentos não fechados, enchimento de recipientes de tinta em pó, limpeza de equipamentos e derramamento de recipientes. A fabricação de revestimentos em pó pode resultar em altas exposições à poeira. As precauções incluem a substituição de pastas ou suspensões por pós; ventilação de exaustão local (LEV) para abrir sacos de pós (ver figura 2) e para equipamentos de processamento, fechamento de equipamentos, procedimentos de limpeza de derramamento e proteção respiratória quando necessário.
Figura 2. Sistema de controle de saco e poeira
Uma grande variedade de solventes voláteis é usada na fabricação de tintas e revestimentos, incluindo hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, álcoois, cetonas e assim por diante. Os solventes mais voláteis são geralmente encontrados em lacas e vernizes. A exposição a vapores de solvente pode ocorrer durante a diluição na fabricação de tintas à base de solvente; durante o carregamento de recipientes de reação (especialmente tipos de chaleira mais antigos) na fabricação de verniz; durante o enchimento de latas em todos os revestimentos à base de solvente; e durante a limpeza manual de equipamentos de processo com solventes. O enclausuramento de equipamentos como reatores de verniz e misturadores de lacas geralmente envolve menores exposições a solventes, exceto no caso de vazamentos. As precauções incluem fechamento de equipamentos de processo, LEV para operações de desbaste e enchimento de latas e proteção respiratória e procedimentos de espaço confinado para limpeza de recipientes.
Outros riscos à saúde incluem inalação e/ou contato com a pele com isocianatos usados na fabricação de tintas e revestimentos de poliuretano; com acrilatos, outros monômeros e fotoiniciadores usados na fabricação de revestimentos de cura por radiação; com acroleína e outras emissões gasosas do cozimento do verniz; e com agentes de cura e outros aditivos em revestimentos em pó. As precauções incluem invólucro, LEV, luvas e outras roupas e equipamentos de proteção pessoal, treinamento em materiais perigosos e boas práticas de trabalho.
Solventes inflamáveis, pós combustíveis (especialmente nitrocelulose usada na produção de lacas) e óleos são todos riscos de incêndio ou explosão se inflamados por uma faísca ou altas temperaturas. Fontes de ignição podem incluir equipamentos elétricos defeituosos, fumo, fricção, chamas abertas, eletricidade estática e assim por diante. Trapos embebidos em óleo podem ser uma fonte de combustão espontânea. As precauções incluem ligação e aterramento de recipientes durante a transferência de líquidos inflamáveis, aterramento de equipamentos como moinhos de bolas contendo poeiras combustíveis, ventilação para manter as concentrações de vapor abaixo do limite inferior de explosão, cobertura de recipientes quando não estiverem em uso, remoção de fontes de ignição, uso de materiais resistentes a faíscas ferramentas de metais não ferrosos em torno de materiais inflamáveis ou combustíveis e boas práticas de limpeza.
Os riscos de ruído podem estar associados ao uso de moinhos de bolas e seixos, dispersores de alta velocidade, telas vibratórias usadas para filtragem e assim por diante. As precauções incluem isoladores de vibração e outros controles de engenharia, substituição de equipamentos ruidosos, boa manutenção do equipamento, isolamento da fonte de ruído e um programa de conservação auditiva onde houver ruído excessivo.
Outros perigos incluem proteção inadequada da máquina, uma fonte comum de lesões ao redor da máquina. Riscos elétricos são um problema específico se não houver um programa de bloqueio/sinalização adequado para manutenção e reparo do equipamento. As queimaduras podem resultar de recipientes de cozimento de verniz quente e respingos de materiais e de colas derretidas a quente usadas para embalagens e rótulos.
Este artigo apresenta informações sobre equipamentos básicos de processo, armazenamento, layout da planta e considerações de operações em indústrias de processo químico, incluindo os principais itens e conceitos que são amplamente aplicáveis em toda a indústria química. No entanto, grande parte do equipamento necessário no processamento químico é altamente especializado e não pode ser amplamente generalizado. Informações mais detalhadas sobre toxicidade e materiais perigosos e segurança do processo são revisadas em outras partes deste Enciclopédia.
Existem duas categorias básicas de layout nas indústrias de processamento químico: layout da planta, que abrange todas as unidades de processo, utilidades, áreas de armazenamento, áreas de carga/descarga, edifícios, lojas e armazéns, e layout de unidade ou processo, que cobre apenas a colocação de equipamentos para um processo específico, também chamado de bloco de processo.
Layout da planta
Localização
A localização ou localização de uma planta geral é baseada em vários fatores gerais, conforme mostrado na tabela 1 (CCPS 1993). Esses fatores variam consideravelmente com locais, governos e políticas econômicas. Desses vários fatores, as considerações de segurança são uma preocupação extremamente importante e, em alguns locais, podem ser o principal fator que rege a localização da planta.
Tabela 1. Alguns fatores gerais de seleção do local
Um aspecto importante da segurança da planta na localização é definir uma zona intermediária entre uma planta com processos perigosos e plantas próximas, residências, escolas, hospitais, rodovias, hidrovias e corredores de aeronaves. Algumas considerações gerais de segurança são apresentadas na tabela 2. A zona tampão é importante porque a distância tende a reduzir ou mitigar as exposições potenciais de vários acidentes. A distância necessária para reduzir as concentrações tóxicas a níveis aceitáveis por meio da interação atmosférica e a dispersão de materiais tóxicos a partir de uma liberação acidental pode ser definida. Além disso, o intervalo de tempo entre uma liberação tóxica e a exposição pública criada por uma zona tampão pode ser usado para alertar a população por meio de programas de resposta a emergências pré-planejados. Como as plantas possuem vários tipos de instalações contendo materiais tóxicos, análises de dispersão devem ser conduzidas nos sistemas potencialmente perigosos para garantir que a zona tampão seja adequada em cada área ao redor do perímetro da planta.
Tabela 2. Considerações de segurança da localização da planta
O fogo é um perigo potencial em plantas e instalações de processo. Grandes incêndios podem ser uma fonte de radiação térmica que também pode ser mitigada pela distância. Flares elevados também podem ser uma fonte de radiação térmica durante uma operação de emergência ou inicialização/desligamento. Um sinalizador é um dispositivo que queima automaticamente gases de exaustão ou libera vapores de emergência em posições elevadas ou locais especiais no solo. Estes devem estar localizados longe do perímetro da usina (para proteção da comunidade) e uma área na base do queimador deve ser proibida aos trabalhadores. Se não for operado adequadamente, o transporte de líquido para o queimador pode resultar na queima de gotículas de líquido. Além do fogo, pode haver explosões dentro do equipamento ou uma nuvem de vapor que produza ondas de choque. Embora a distância reduza um pouco a intensidade da explosão na zona intermediária, a explosão ainda terá um efeito na comunidade próxima.
O potencial de vazamentos acidentais ou incêndios de instalações existentes que possam estar próximas ao local proposto também deve ser considerado. Incidentes potenciais devem ser modelados e avaliados para determinar o possível efeito no layout da planta proposta. As respostas de emergência a um evento externo devem ser avaliadas e as respostas coordenadas com outras plantas e comunidades afetadas.
Outras considerações
A Dow Chemical Company desenvolveu outra abordagem para o layout da planta com base em um nível aceitável de Danos Materiais Prováveis Máximos (MPPD) e Risco de Interrupção de Negócios (B1) (Dow Chemical Company 1994a). Essas considerações são importantes para plantas novas e existentes. O Índice Dow de Incêndio e Explosão é útil em novos layouts de fábricas ou na adição de equipamentos a fábricas existentes. Se os riscos calculados a partir do Índice forem considerados inaceitáveis, as distâncias de separação devem ser aumentadas. Alternativamente, mudanças de layout também podem reduzir o risco potencial.
Layout geral
Em um layout geral da planta, os ventos predominantes são uma consideração importante. As fontes de ignição devem estar localizadas a favor do vento em relação a possíveis fontes de vazamento. Aquecedores, caldeiras, incineradores e queimadores estão nesta categoria (CCPS 1993). A localização dos tanques de armazenamento a jusante das unidades de processo e utilidades é outra recomendação (CCPS 1993). As regulamentações ambientais levaram a um vazamento significativamente reduzido da tancagem (Lipton e Lynch 1994).
As distâncias mínimas de separação foram descritas em várias publicações para unidades de processo, equipamentos e diferentes funções da planta (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991). As instalações gerais que normalmente têm separações de distância recomendadas em layouts gerais da planta são mostradas na tabela 3. Recomendações de distância real devem ser cuidadosamente definidas. Embora aquecedores acionados e fornos de processo não sejam mostrados na tabela 3, eles são um item importante e as distâncias de separação recomendadas devem ser incluídas em um layout de processo de unidade.
Tabela 3. Instalações geralmente separadas em layouts gerais da planta
Além disso, as estradas são necessárias para o acesso de veículos ou equipamentos de emergência e manutenção e requerem um posicionamento cuidadoso entre as unidades de processo e ao longo das várias seções da planta. Devem ser estabelecidas folgas aceitáveis para racks de tubos suspensos e outros equipamentos suspensos, juntamente com folgas laterais em cruzamentos e entradas para todas as instalações.
Os requisitos de layout podem ser baseados em distâncias mínimas de separação recomendadas (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) ou determinadas por meio de uma análise de risco (Dow Chemical Company 1994a).
Layout da Unidade de Processo
A Tabela 3 apresenta um resumo geral do layout das separações da planta. As unidades de processo estão contidas no bloco específico mostrado no layout geral. O processo químico geralmente é mostrado em detalhes em diagramas de processo e implementação (P&IDs). Um layout de processo requer considerações além das distâncias específicas de separação de equipamentos, algumas das quais são mostradas na tabela 4.
Tabela 4. Considerações gerais em um layout de unidade de processo
A montagem de equipamentos em qualquer unidade de processo particular irá variar consideravelmente, dependendo do processo. A toxicidade e as características perigosas dos fluxos e materiais dentro das unidades também variam amplamente. Apesar dessas diferenças, padrões de distância mínima foram desenvolvidos para muitos itens de equipamento (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985). Estão disponíveis procedimentos para calcular vazamentos potenciais e exposições tóxicas de equipamentos de processo que também podem afetar a distância de separação (Dow Chemical Company 1994b). Além disso, a análise de dispersão pode ser aplicada quando as estimativas de vazamento forem calculadas.
Equipamento e distância de separação
Uma técnica de matriz pode ser usada para calcular o espaço necessário para separar equipamentos (CCPS 1993; IRI 1991). Cálculos baseados em condições de processamento específicas e uma avaliação de risco do equipamento podem resultar em distâncias de separação que diferem de um guia de matriz padrão.
Listas extensas para uma matriz podem ser desenvolvidas pelo refinamento de categorias individuais e pela adição de equipamentos. Por exemplo, os compressores podem ser divididos em vários tipos, como os que lidam com gás inerte, ar e gases perigosos. As distâncias de separação para compressores movidos a motor podem diferir de máquinas movidas a motor ou a vapor. As distâncias de separação em instalações de armazenamento que abrigam gases liquefeitos devem ser analisadas com base no fato de o gás ser inerte.
Os limites da bateria de processo devem ser cuidadosamente definidos. Eles são as linhas de fronteira ou limites de plotagem para uma unidade de processo (o nome deriva do uso inicial de uma bateria de fornos no processamento). Outras unidades, estradas, serviços públicos, dutos, valas de escoamento e assim por diante são plotados com base nos limites da bateria. Embora a localização do equipamento da unidade não se estenda aos limites da bateria, as distâncias de separação do equipamento dos limites da bateria devem ser definidas.
Salas de controle ou casas de controle
No passado, cada unidade de processo era projetada com uma sala de controle que fornecia o controle operacional do processo. Com o advento da instrumentação eletrônica e do processamento controlado por computador, as salas de controle individuais foram substituídas por uma sala de controle central que controla várias unidades de processo em muitas operações. A sala de controle centralizada é economicamente vantajosa devido à otimização do processo e aumento da eficiência do pessoal. Unidades de processo individuais ainda existem e, em algumas unidades especializadas, casas de controle mais antigas que foram suplantadas por salas de controle centralizadas ainda podem ser usadas para monitoramento de processo local e para controle de emergência. Embora as funções e localizações da sala de controle sejam geralmente determinadas pela economia do processo, o projeto da sala de controle ou casa de controle é muito importante para manter o controle de emergência e para a proteção do trabalhador. Algumas considerações para as casas de controle central e local incluem:
redução de estoque
Uma consideração importante no layout do processo e da planta é a quantidade de material tóxico e perigoso no inventário geral, incluindo o equipamento. As consequências de um vazamento são mais graves à medida que o volume de material aumenta. Consequentemente, o estoque deve ser minimizado sempre que possível. O processamento aprimorado que reduz o número e o tamanho dos equipamentos reduz o estoque, diminui o risco e também resulta em menor investimento e maior eficiência operacional.
Algumas considerações de redução potencial de estoque são mostradas na tabela 6. Onde uma nova instalação de processo será instalada, o processamento deve ser otimizado levando em consideração alguns dos objetivos mostrados na tabela 5.
Tabela 5. Etapas para limitar o estoque
Instalações de armazenamento
As instalações de armazenamento em uma planta de processamento químico podem abrigar alimentação líquida e sólida, produtos químicos intermediários, subprodutos e produtos de processo. Os produtos armazenados em muitas instalações servem como intermediários ou precursores para outros processos. O armazenamento também pode ser necessário para diluentes, solventes ou outros materiais de processo. Todos esses materiais são geralmente armazenados em tanques de armazenamento acima do solo (AST). A tancagem subterrânea ainda é utilizada em alguns locais, mas o uso é geralmente limitado devido a problemas de acesso e capacidade limitada. Além disso, o vazamento potencial de tais tanques de armazenamento subterrâneo (USTs) apresenta problemas ambientais quando os vazamentos contaminam as águas subterrâneas. A contaminação geral da terra pode levar a possíveis exposições atmosféricas com vazamentos de materiais de alta pressão de vapor. Os materiais vazados podem ser um problema potencial de exposição durante os esforços de remediação do solo. O vazamento de UST resultou em regulamentos ambientais rigorosos em muitos países, como os requisitos para tanques de parede dupla e monitoramento subterrâneo.
Os tanques de armazenamento acima do solo típicos são mostrados na figura 1. Os ASTs verticais são tanques de teto cônico ou abobadado, tanques de teto flutuante cobertos ou não cobertos ou tanques externos de teto flutuante (EFRTs). Tanques de teto convertidos ou fechados são EFRTs com tampas instaladas nos tanques que são frequentemente cúpulas do tipo geodésico. Como os EFRTs ao longo do tempo não mantêm uma forma perfeitamente circular, a vedação do teto flutuante é difícil e uma cobertura é instalada no tanque. Um projeto de cúpula geodésica elimina as treliças de telhado necessárias para tanques de teto cônico (FRTs). A cúpula geodésica é mais econômica que um telhado cônico e, além disso, a cúpula reduz as perdas de materiais para o meio ambiente.
Figura 1. Tanques de armazenamento acima do solo típicos
Normalmente, os tanques são limitados ao armazenamento de líquidos onde a pressão de vapor do líquido não ultrapassa 77 kPa. Onde a pressão excede esse valor, esferóides ou esferas são usados, pois ambos são projetados para operação sob pressão. Os esferóides podem ser bastante grandes, mas não são instalados onde a pressão possa exceder certos limites definidos pelo projeto mecânico. Para a maioria das aplicações de armazenamento de alta pressão de vapor, as esferas são normalmente o recipiente de armazenamento e são equipadas com válvulas de alívio de pressão para evitar o excesso de pressão. Uma preocupação de segurança que se desenvolveu com as esferas é o capotamento, que gera vapor excessivo e resulta em descargas de válvulas de alívio ou em situações mais extremas, como ruptura da parede da esfera (CCPS 1993). Em geral, o conteúdo líquido se estratifica e se o material quente (menos denso) for carregado no fundo da esfera, o material quente sobe para a superfície com o material de superfície mais frio e de maior densidade rolado para o fundo. O material quente da superfície vaporiza, aumentando a pressão, o que pode resultar na descarga da válvula de alívio ou na sobrepressão da esfera.
Disposição do tanque
O layout do tanque requer um planejamento cuidadoso. Existem recomendações para distâncias de separação de tanques e outras considerações (CCPS 1988; 1993). Em muitos locais, as distâncias de separação não são especificadas por código, mas distâncias mínimas (OSHA 1994) podem ser o resultado de várias decisões aplicáveis a distâncias e locais de separação. Algumas dessas considerações são apresentadas na tabela 6. Além disso, o serviço do tanque é um fator na separação do tanque para tanques pressurizados, refrigerados e atmosféricos (CCPS 1993).
Tabela 6. Separação do tanque e considerações de localização
Os diques são necessários e são nominalmente dimensionados volumetricamente para reter o conteúdo de um tanque. Onde vários tanques estão dentro de um dique, a capacidade volumétrica mínima do dique é equivalente à capacidade do maior tanque (OSHA 1994). As paredes do dique podem ser construídas em terra, aço, concreto ou alvenaria maciça. No entanto, os diques de terra devem ser impenetráveis e ter topo plano com largura mínima de 0.61 m. Além disso, o solo dentro da área com diques também deve ter uma camada impenetrável para evitar qualquer vazamento de produtos químicos ou óleo no solo.
Vazamento de tanque
Um problema que vem se desenvolvendo ao longo dos anos é o vazamento do tanque como resultado da corrosão no fundo do tanque. Frequentemente, os tanques possuem camadas de água no fundo do tanque que podem contribuir para a corrosão, podendo ocorrer corrosão eletrolítica devido ao contato com a terra. Como resultado, foram instituídos requisitos regulatórios em várias regiões para controlar vazamentos no fundo do tanque e contaminação subterrânea do solo e da água por contaminantes na água. Uma variedade de procedimentos de projeto foi desenvolvida para controlar e monitorar vazamentos (Hagen e Rials 1994). Além disso, fundos duplos também foram instalados. Em algumas instalações, a proteção catódica foi instalada para controlar ainda mais a deterioração do metal (Barletta, Bayle e Kennelley 1995).
Tiragem de água
A descarga manual de água periodicamente do fundo do tanque pode resultar em exposição. A observação visual para determinar a interface através da drenagem manual aberta pode resultar em exposição do trabalhador. Uma descarga fechada pode ser instalada com um sensor de interface e uma válvula de controle minimizando a exposição potencial do trabalhador (Lipton e Lynch 1994). Uma variedade de sensores está disponível comercialmente para este serviço.
Encher demais os tanques
Frequentemente, os tanques ficam cheios demais, criando riscos potenciais de segurança e exposição do trabalhador. Isso pode ser evitado com instrumentos redundantes ou de nível duplo controlando válvulas de bloqueio de entrada ou bombas de alimentação (Bahner 1996). Por muitos anos, as linhas de transbordamento foram instaladas em tanques de produtos químicos, mas terminavam a uma curta distância acima de uma abertura de drenagem para permitir a observação visual da descarga do transbordamento. Além disso, o dreno teve que ser dimensionado para uma taxa de enchimento maior do que a máxima para garantir a drenagem adequada. No entanto, tal sistema é uma fonte de exposição potencial. Isso pode ser eliminado conectando a linha de transbordamento diretamente ao dreno com um indicador de fluxo na linha para mostrar o transbordamento. Embora funcione satisfatoriamente, isso resulta na sobrecarga do sistema de drenagem com um volume muito grande de contaminantes e problemas potenciais de saúde e segurança.
Inspeção e limpeza de tanques
Periodicamente, os tanques são retirados de serviço para inspeção e/ou limpeza. Esses procedimentos devem ser cuidadosamente controlados para evitar a exposição do trabalhador e minimizar os riscos potenciais à segurança. Após a drenagem, os tanques são frequentemente lavados com água para remover vestígios de líquido do processo. Historicamente, os tanques foram limpos manualmente ou mecanicamente quando necessário. Quando os tanques são drenados, eles são preenchidos com vapor que pode ser tóxico e pode estar dentro de uma faixa de combustível. A descarga com água pode não afetar significativamente a toxicidade do vapor, mas pode reduzir os possíveis problemas de combustão. Com tetos flutuantes, o material abaixo do teto flutuante pode ser lavado e drenado, mas alguns tanques ainda podem ter material no reservatório. Este material do fundo deve ser removido manualmente e pode apresentar possíveis problemas de exposição. O pessoal pode ser obrigado a usar equipamento de proteção individual (EPI).
Normalmente, tanques fechados e qualquer volume abaixo dos tetos flutuantes são purgados com ar até que um nível de concentração de oxigênio especificado seja alcançado antes que a entrada seja permitida. No entanto, as medições de concentração devem ser obtidas continuamente para garantir que os níveis de concentração tóxica sejam satisfatórios e não mudem.
Ventilação de vapor e controle de emissão
Para teto fixo ou tanques de teto flutuante convertidos (CFRTs), a ventilação para a atmosfera pode não ser aceitável em muitos locais. A ventilação de pressão-vácuo (PV) (mostrada na figura 2, esses tanques são removidos e os vapores fluem através de um duto fechado para um dispositivo de controle onde os contaminantes são destruídos ou recuperados. Para ambos os tanques, uma purga inerte (por exemplo, nitrogênio) pode ser injetado para eliminar o efeito de vácuo diurno e manter uma pressão positiva para o dispositivo de recuperação. No tanque CFRT, o nitrogênio elimina o efeito diurno e reduz os vapores para a atmosfera através de uma ventilação fotovoltaica. No entanto, as emissões de vapor não são eliminadas. A um grande número de dispositivos e técnicas de controle estão disponíveis, incluindo combustão, absorvedores, condensadores e absorção (Moretti e Mukhopadhyay 1993; Carroll e Ruddy 1993; Basta 1994; Pennington 1996; Siegall 1996). A seleção de um sistema de controle é uma função das metas finais de emissão e custos operacionais e de investimento.
Em tanques de teto flutuante, tanto externos quanto internos, as vedações e os controles de acessórios auxiliares minimizam efetivamente as perdas de vapor.
Risco de segurança
A inflamabilidade é uma grande preocupação na tancagem e os sistemas de combate a incêndio são necessários para auxiliar no controle e prevenção de zonas de incêndio expandidas. Sistemas de combate a incêndio e recomendações de instalação estão disponíveis (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990). A água pode ser pulverizada diretamente sobre um incêndio sob certas condições e é essencial para resfriar tanques ou equipamentos adjacentes para evitar superaquecimento. Além disso, a espuma é um agente eficaz de combate a incêndios e equipamentos de espuma permanente podem ser instalados nos tanques. A instalação de equipamentos de espuma em equipamentos móveis de combate a incêndios deve ser revisada com o fabricante. Espumas ambientalmente aceitáveis e de baixa toxicidade estão agora disponíveis e são eficazes e comparáveis a outras espumas na extinção rápida de incêndios.
Equipamento de processamento
Uma grande variedade de equipamentos de processo é necessária no processamento de produtos químicos como resultado dos numerosos processos, requisitos de processo especializados e variações nos produtos. Conseqüentemente, todo o equipamento químico em uso hoje não pode ser revisado; esta seção se concentrará nos equipamentos mais amplamente aplicados encontrados nas sequências de processamento.
reatores
Há um grande número de tipos de reatores na indústria química. A base para a seleção do reator é uma função de uma série de variáveis, começando com a classificação se a reação é em batelada ou contínua. Freqüentemente, as reações em batelada são convertidas em operações contínuas à medida que a experiência com a reação aumenta e algumas modificações, como catalisadores aprimorados, tornam-se disponíveis. O processamento contínuo da reação é geralmente mais eficiente e produz um produto mais consistente, o que é desejável para atender às metas de qualidade do produto. No entanto, ainda há um grande número de operações em lote.
Reação
Em todas as reações, as classificações de uma reação como exotérmica ou endotérmica (produzendo calor ou requerendo calor) são necessárias para definir os requisitos de aquecimento ou resfriamento necessários para controlar a reação. Além disso, devem ser estabelecidos critérios de reação descontrolada para instalar sensores e controles de instrumentos que possam evitar que uma reação fique fora de controle. Antes da operação em grande escala de um reator, os procedimentos de emergência devem ser investigados e desenvolvidos para garantir que a reação descontrolada seja contida com segurança. Algumas das várias soluções possíveis são equipamentos de controle de emergência que são ativados automaticamente, injeção de um produto químico que interrompe a reação e instalações de ventilação que podem acomodar e conter o conteúdo do reator. A válvula de segurança e a operação de ventilação são extremamente importantes, exigindo equipamentos sempre em bom estado de conservação e funcionando. Consequentemente, várias válvulas de segurança intertravadas são frequentemente instaladas para garantir que a manutenção em uma válvula não reduza a capacidade de alívio necessária.
Se uma válvula de segurança ou ventilação descarregar devido a mau funcionamento, o efluente de descarga deve ser contido em praticamente todas as circunstâncias para minimizar os riscos potenciais à segurança e à saúde. Assim, o método de contenção da descarga de emergência através da tubulação junto com a disposição final da descarga do reator deve ser cuidadosamente analisado. Em geral, o líquido e o vapor devem ser separados com o vapor enviado para um queimador ou recuperação e o líquido reciclado sempre que possível. A remoção de sólidos pode exigir algum estudo.
Fornada
Em reatores que envolvem reações exotérmicas, uma consideração importante é a incrustação nas paredes ou na tubulação interna pelo meio de resfriamento usado para manter a temperatura. A remoção do material incrustado varia consideravelmente e o método de remoção é uma função das características do material incrustado. O material incrustado pode ser removido com um solvente, um jato de alta pressão ou, em alguns casos, manualmente. Em todos esses procedimentos, a segurança e a exposição devem ser cuidadosamente controladas. A movimentação de material para dentro e para fora do reator não deve permitir a entrada de ar, o que pode resultar em uma mistura de vapores inflamáveis. Os vácuos devem ser interrompidos com um gás inerte (por exemplo, nitrogênio). A entrada de embarcação para inspeção ou trabalho pode ser classificada como entrada em espaço confinado e devem ser observadas as regras para este procedimento. Vapor e toxicidade dérmica devem ser compreendidos e os técnicos devem estar bem informados sobre os perigos para a saúde.
Contínuo
Os reatores de escoamento podem ser preenchidos com líquido ou vapor e líquido. Algumas reações produzem pastas nos reatores. Além disso, existem reatores que contêm catalisadores sólidos. O fluido de reação pode ser líquido, vapor ou uma combinação de vapor e líquido. Os catalisadores sólidos, que promovem uma reação sem participar dela, estão normalmente contidos em grades e são chamados de leitos fixos. Os reatores de leito fixo podem ter leitos únicos ou múltiplos e podem ter reações exotérmicas ou endotérmicas, com a maioria das reações exigindo uma temperatura constante (isotérmica) em cada leito. Isso freqüentemente requer a injeção de correntes de alimentação ou um diluente em vários locais entre os leitos para controlar a temperatura. Com esses sistemas de reação, a indicação de temperatura e a localização do sensor através dos leitos são extremamente importantes para evitar um descontrole da reação e o rendimento do produto ou alterações na qualidade.
Os leitos fixos geralmente perdem sua atividade e devem ser regenerados ou substituídos. Para regeneração, os depósitos no leito podem ser queimados, dissolvidos em um solvente ou, em alguns casos, regenerados por meio da injeção de um produto químico em um fluido inerte no leito, restaurando assim a atividade do catalisador. Dependendo do catalisador, uma dessas técnicas pode ser aplicada. Onde os leitos são queimados, o reator é esvaziado e purgado de todos os fluidos do processo e então preenchido com um gás inerte (geralmente nitrogênio), que é aquecido e recirculado, elevando o leito a um nível de temperatura especificado. Neste ponto, um volume muito pequeno de oxigênio é adicionado ao fluxo inerte para iniciar uma frente de chama que se move gradualmente pelo leito e controla o aumento da temperatura. Quantidades excessivas de oxigênio têm um efeito deletério no catalisador.
Remoção de catalisador de leito fixo
A remoção de catalisadores de leito fixo deve ser cuidadosamente controlada. Os reatores são drenados do fluido do processo e, em seguida, o fluido restante é deslocado com um fluido de lavagem ou purgado com um vapor até que todo o fluido do processo tenha sido removido. A purga final pode exigir outras técnicas antes que o recipiente possa ser purgado com um gás inerte ou ar antes de abrir o recipiente ou descarregar o catalisador do recipiente sob uma manta inerte. Caso seja utilizada água neste processo, a água é escoada através de tubulação fechada para um esgoto de processo. Alguns catalisadores são sensíveis ao ar ou ao oxigênio, tornando-se pirofóricos ou tóxicos. Estes requerem procedimentos especiais para eliminar o ar durante o enchimento ou esvaziamento dos recipientes. A proteção pessoal juntamente com os procedimentos de manuseio devem ser cuidadosamente definidos para minimizar possíveis exposições e proteger o pessoal.
O descarte de catalisador gasto pode exigir tratamento adicional antes de ser enviado a um fabricante de catalisador para reciclagem ou para um procedimento de descarte ambientalmente aceitável.
Outros sistemas catalisadores
O gás que flui através de um leito de catalisador sólido solto expande o leito e forma uma suspensão semelhante a um líquido e denominado leito fluido. Este tipo de reação é utilizado em diversos processos. Os catalisadores gastos são removidos como uma corrente lateral gás-sólidos para regeneração e, em seguida, retornam ao processo por meio de um sistema fechado. Em outras reações, a atividade do catalisador pode ser muito alta e, embora o catalisador seja descarregado no produto, a concentração é extremamente baixa e não representa um problema. Quando uma alta concentração de sólidos catalisadores no vapor do produto é indesejável, os resíduos sólidos devem ser removidos antes da purificação. No entanto, vestígios de sólidos permanecerão. Estes são removidos para descarte em um dos fluxos de subprodutos, que por sua vez devem ser clarificados.
Em situações em que o catalisador gasto é regenerado por meio da queima, são necessárias extensas instalações de recuperação de sólidos em sistemas de leito fluidizado para atender às restrições ambientais. A recuperação pode consistir em várias combinações de ciclones, precipitadores elétricos, filtros de mangas) e/ou lavadores. Quando a queima ocorre em leitos fixos, a preocupação básica é o controle da temperatura.
Como os catalisadores de leito fluidizado estão freqüentemente dentro da faixa respiratória, deve-se ter cuidado durante o manuseio de sólidos para garantir a proteção do trabalhador com catalisadores novos ou recuperados.
Em alguns casos, um vácuo pode ser usado para remover vários componentes de um leito fixo. Nessas situações, um jato de vácuo movido a vapor é freqüentemente o produtor de vácuo. Isso produz uma descarga de vapor que frequentemente contém materiais tóxicos, embora em concentração muito baixa na corrente de jato. No entanto, a descarga de um jato de vapor deve ser cuidadosamente revisada para determinar as quantidades de contaminantes, toxicidade e dispersão potencial se for descarregado diretamente na atmosfera. Se isso não for satisfatório, a descarga do jato pode exigir a condensação em uma fossa onde todos os vapores são controlados e a água é enviada para o sistema de esgoto fechado. Uma bomba de vácuo rotativa executará este serviço. A descarga de uma bomba de vácuo alternativa pode não ter permissão para descarregar diretamente na atmosfera, mas pode, em alguns casos, descarregar em uma linha de queima, incinerador ou aquecedor de processo.
Segurança
Em todos os reatores, os aumentos de pressão são uma grande preocupação, uma vez que a taxa de pressão do vaso não deve ser excedida. Esses aumentos de pressão podem ser resultado de controle de processo ruim, mau funcionamento ou reação descontrolada. Consequentemente, os sistemas de alívio de pressão são necessários para manter a integridade do vaso, evitando a sobrepressão do reator. As descargas da válvula de alívio devem ser cuidadosamente projetadas para manter o alívio adequado sob todas as condições, incluindo a manutenção da válvula de alívio. Várias válvulas podem ser necessárias. Se uma válvula de alívio for projetada para descarregar na atmosfera, o ponto de descarga deve ser elevado acima de todas as estruturas próximas e uma análise de dispersão deve ser realizada para garantir proteção adequada para trabalhadores e comunidades próximas.
Se um disco de ruptura for instalado com uma válvula de segurança, a descarga também deve ser fechada e o local de descarga final designado conforme descrito acima. Uma vez que a ruptura de um disco não se encaixará novamente, um disco sem uma válvula de segurança provavelmente liberará a maior parte do conteúdo do reator e o ar poderá entrar no reator no final da liberação. Isso requer uma análise cuidadosa para garantir que não seja criada uma situação inflamável e que não ocorram reações altamente indesejáveis. Além disso, a descarga de um disco pode liberar líquido e o sistema de ventilação deve ser projetado para conter todos os líquidos com vapor descarregado, conforme descrito acima. As liberações de emergência atmosférica devem ser aprovadas pelas autoridades reguladoras antes da instalação.
Os agitadores do misturador instalados nos reatores são selados. Os vazamentos podem ser perigosos e, se ocorrerem, a vedação deve ser reparada, o que requer o desligamento do reator. O conteúdo do reator pode exigir manuseio ou precauções especiais e um procedimento de desligamento de emergência deve incluir o término da reação e disposição do conteúdo do reator. A inflamabilidade e o controle de exposição devem ser cuidadosamente revisados para cada etapa, incluindo a disposição final da mistura do reator. Como um desligamento pode ser caro e envolver perda de produção, misturadores acionados por ímãs e sistemas de vedação mais recentes foram introduzidos para reduzir a manutenção e os desligamentos do reator.
A entrada em todos os reatores exige o cumprimento dos procedimentos seguros de entrada em espaços confinados.
Fracionamento ou torres de destilação
A destilação é um processo pelo qual as substâncias químicas são separadas através de métodos que aproveitam as diferenças nos pontos de ebulição. As torres familiares em fábricas de produtos químicos e refinarias são torres de destilação.
A destilação em diversas formas é uma etapa de processamento encontrada na grande maioria dos processos químicos. O fracionamento ou destilação pode ser encontrado nas etapas de purificação, separação, decapagem, processo azeotrópico e extrativo. Essas aplicações agora incluem destilação reativa, onde uma reação ocorre em uma seção separada da torre de destilação.
A destilação é conduzida com uma série de bandejas em uma torre, ou pode ser conduzida em uma torre cheia de recheio. Os recheios têm configurações especiais que permitem facilmente a passagem de vapor e líquido, mas fornecem área de superfície suficiente para contato vapor-líquido e fracionamento eficiente.
Divisão de
O calor é normalmente fornecido a uma torre com um refervedor, embora o conteúdo de calor de correntes específicas possa ser suficiente para eliminar o refervedor. Com o calor do refervedor, a separação vapor-líquido em múltiplas etapas ocorre nas bandejas e os materiais mais leves sobem pela torre. Os vapores da bandeja superior são total ou parcialmente condensados no condensador suspenso. O líquido condensado é recolhido no tambor de recuperação do destilado, onde parte do líquido é reciclada para a torre e a outra parte é retirada e enviada para um local específico. Os vapores não condensados podem ser recuperados em outro local ou enviados para um dispositivo de controle que pode ser um combustor ou sistema de recuperação.
Pressão
As torres normalmente operam a pressões superiores à pressão atmosférica. No entanto, as torres são frequentemente operadas sob vácuo para minimizar as temperaturas do líquido que podem afetar a qualidade do produto ou em situações em que os materiais das torres se tornam uma preocupação mecânica e econômica devido ao nível de temperatura que pode ser difícil de alcançar. Além disso, altas temperaturas podem afetar o fluido. Em frações pesadas de petróleo, temperaturas muito altas no fundo da torre freqüentemente resultam em problemas de coqueificação.
Os vácuos são normalmente obtidos com ejetores ou bombas de vácuo. Em unidades de processo, as cargas de vácuo consistem em alguns materiais de vapor leve, inertes que podem ter estado na corrente de alimentação da torre e ar de vazamento. Normalmente, o sistema de vácuo é instalado após um condensador para reduzir a carga orgânica no sistema de vácuo. O sistema de vácuo é dimensionado com base na carga de vapor estimada, com ejetores lidando com cargas de vapor maiores. Em certos sistemas, uma máquina de vácuo pode ser conectada diretamente a uma saída do condensador. Uma operação típica do sistema ejetor é uma combinação de ejetores e condensadores barométricos diretos onde os vapores do ejetor têm contato direto com a água de resfriamento. Os condensadores barométricos são grandes consumidores de água e a mistura vapor-água resulta em altas temperaturas de saída da água que tendem a vaporizar quaisquer vestígios de compostos orgânicos no reservatório barométrico atmosférico, aumentando potencialmente as exposições no local de trabalho. Além disso, uma grande carga de efluentes é adicionada ao sistema de águas residuais.
Uma grande redução de água é alcançada juntamente com uma redução substancial no consumo de vapor em sistemas de vácuo modificados. Como a bomba de vácuo não suporta uma grande carga de vapor, um ejetor de vapor é usado no primeiro estágio em combinação com um condensador de superfície para reduzir a carga da bomba de vácuo. Além disso, um tambor de depósito é instalado para operação acima do solo. O sistema mais simples reduz o carregamento de águas residuais e mantém um sistema fechado que elimina possíveis exposições a vapor.
Segurança
Todas as torres e tambores devem ser protegidos contra sobrepressão que pode resultar de mau funcionamento, incêndio (Mowrer 1995) ou falha da rede elétrica. Uma análise de risco é necessária e é exigida por lei em alguns países. Uma abordagem geral de gerenciamento de segurança de processo aplicável ao processo e à operação da planta melhora a segurança, minimiza as perdas e protege a saúde do trabalhador (Auger 1995; Murphy 1994; Sutton 1995). A proteção é fornecida por válvulas de alívio de pressão (PRVs) que descarregam para a atmosfera ou para um sistema fechado. A PRV é geralmente montada no topo da torre para aliviar a grande carga de vapor, embora algumas instalações coloquem a PRV em outros locais da torre. A PRV também pode ser localizada no tambor de recuperação superior do destilado, desde que as válvulas não sejam colocadas entre a PRV e o topo da torre. Se forem instaladas válvulas de bloqueio nas linhas de processo para o condensador, a PRV deve ser instalada na torre.
Quando a sobrepressão da torre de destilação é aliviada, em certos cenários de emergência, a descarga do PRV pode ser excessivamente grande. Uma carga muito alta em uma linha de ventilação de descarga de sistema fechado pode ser a maior carga no sistema. Como uma descarga de PRV pode ser repentina e o tempo geral de alívio pode ser bem curto (menos de 15 minutos), essa carga de vapor extremamente grande deve ser analisada cuidadosamente (Bewanger e Krecter 1995; Boicourt 1995). Uma vez que esta carga de pico grande e curta é difícil de processar em dispositivos de controle, como absorvedores, adsorvedores, fornos e assim por diante, o dispositivo de controle preferível na maioria das situações é um queimador para destruição de vapor. Normalmente, vários PRVs são conectados a um cabeçalho de linha de flare que, por sua vez, é conectado a um único flare. No entanto, o flare e o sistema geral devem ser cuidadosamente projetados para cobrir um grande grupo de contingências potenciais (Boicourt 1995).
Riscos para a saúde
Para alívio direto para a atmosfera, uma análise de dispersão detalhada dos vapores de descarga da válvula de alívio deve ser realizada para garantir que os trabalhadores não sejam expostos e que as concentrações da comunidade estejam bem dentro das diretrizes de concentração permitidas. No controle da dispersão, as linhas de descarga da válvula de alívio atmosférico podem ter que ser levantadas para evitar concentrações excessivas em estruturas próximas. Uma pilha muito alta pode ser necessária para controlar a dispersão.
Outra área de preocupação é entrar em uma torre para manutenção ou mudanças mecânicas durante um desligamento. Isso implica entrar em um espaço confinado e expor os trabalhadores aos riscos associados. O método de lavagem e purga antes da abertura deve ser conduzido com cuidado para garantir exposições mínimas, reduzindo quaisquer concentrações tóxicas abaixo dos níveis recomendados. Antes de iniciar as operações de lavagem e purga, a pressão da torre deve ser reduzida e todas as conexões da tubulação à torre devem ser fechadas (ou seja, discos de metal plano devem ser colocados entre os flanges da torre e os flanges do tubo de conexão). Esta etapa deve ser cuidadosamente gerenciada para garantir exposições mínimas. Em diferentes processos, os métodos de limpeza da torre de fluidos tóxicos variam. Frequentemente, o fluido da torre é deslocado por um fluido com características de toxicidade muito baixas. Este fluido de deslocamento é então drenado e bombeado para um local selecionado. O filme líquido restante e as gotículas podem ser vaporizados para a atmosfera por meio de um flange superior que possui uma persiana especial com uma abertura entre a persiana e o flange da torre. Após a vaporização, o ar entra na torre através da abertura cega especial à medida que a torre esfria. Um bueiro na parte inferior da torre e um no topo da torre são abertos permitindo o sopro de ar através da torre. Quando a concentração interna da torre atinge um nível predeterminado, a torre pode ser acessada.
Permutadores de calor
Há uma grande variedade de trocadores de calor na indústria de processos químicos. Trocadores de calor são dispositivos mecânicos para a transferência de calor para ou de um fluxo de processo. Eles são selecionados de acordo com as condições do processo e projetos do trocador. Alguns dos tipos comuns de trocadores são mostrados na figura 2. A seleção do trocador ideal para um serviço de processo é um tanto complicada e requer uma investigação detalhada (Woods 1995). Em muitas situações, certos tipos não são adequados devido à pressão, temperatura, concentração de sólidos, viscosidade, quantidade de fluxo e outros fatores. Além disso, um projeto de trocador de calor individual pode variar consideravelmente; vários tipos de tubos de cabeça flutuantes e trocadores de folhas estão disponíveis (Green, Maloney e Perry 1984). A cabeça flutuante é normalmente selecionada onde as temperaturas podem causar expansão excessiva do tubo que, de outra forma, não poderia manter a integridade em um trocador de tubos fixos. No trocador de cabeça flutuante simplificado na figura 2, a cabeça flutuante está completamente contida no trocador e não possui nenhuma conexão com a tampa do invólucro. Em outros projetos de cabeça flutuante, pode haver empacotamento ao redor do espelho flutuante (Green, Maloney e Perry 1984).
Figura 2. Trocadores de calor típicos
Vazamento
A embalagem em tubos flutuantes está em contato com a atmosfera e pode ser uma fonte de vazamento e exposição potencial. Outros trocadores também podem ter fontes potenciais de vazamento e devem ser examinados cuidadosamente. Como resultado de suas características de transferência de calor, os trocadores de placas e quadros são frequentemente instalados na indústria química. As placas têm várias ondulações e configurações. As placas são separadas por juntas que impedem a mistura dos fluxos e fornecem uma vedação externa. No entanto, as vedações limitam as aplicações de temperatura a cerca de 180 ºC, embora melhorias nas vedações possam superar essa limitação. Como existem várias placas, as placas devem ser comprimidas adequadamente para garantir a vedação adequada entre elas. Consequentemente, uma instalação mecânica cuidadosa é necessária para evitar vazamentos e riscos potenciais. Como há um grande número de lacres, é importante monitorá-los cuidadosamente para minimizar possíveis exposições.
Os trocadores refrigerados a ar são economicamente atraentes e foram instalados em um grande número de aplicações de processo e em vários locais dentro das unidades de processo. Para economizar espaço, esses trocadores geralmente são instalados sobre trechos de tubulação e frequentemente empilhados. Como a seleção do material do tubo é importante, uma variedade de materiais é usada na indústria química. Esses tubos são conectados à folha de tubo. Isso requer o uso de materiais compatíveis. O vazamento através de uma rachadura no tubo ou na folha do tubo é uma preocupação, pois o ventilador circulará os vapores do vazamento e a dispersão pode resultar em possíveis exposições. A diluição no ar pode reduzir significativamente o risco potencial de exposição. No entanto, os ventiladores são freqüentemente desligados em algumas condições climáticas e, nessas circunstâncias, as concentrações de vazamento podem aumentar, aumentando assim as exposições potenciais. Além disso, se os tubos com vazamento não forem reparados, a rachadura pode piorar. Com líquidos tóxicos que não vaporizam prontamente, pode ocorrer gotejamento e resultar em potencial exposição dérmica.
Os trocadores de calor casco e tubo podem apresentar vazamentos através de qualquer um dos vários flanges (Green, Maloney e Perry 1984). Uma vez que os trocadores de calor casco e tubo variam em tamanho, de áreas de superfície pequenas a muito grandes, o diâmetro dos flanges externos geralmente é muito maior do que os flanges de tubo típicos. Com esses flanges grandes, as juntas devem não apenas suportar as condições do processo, mas também fornecer uma vedação sob as variações de carga do parafuso. Vários projetos de juntas são usados. É difícil manter as tensões constantes de carga do parafuso em todos os parafusos do flange, resultando em vazamento em muitos trocadores. O vazamento do flange pode ser controlado com anéis de vedação do flange (Lipton e Lynch 1994).
O vazamento do tubo pode ocorrer em qualquer um dos tipos de trocadores disponíveis, com exceção dos trocadores de placas e alguns outros trocadores especializados. No entanto, estes últimos permutadores têm outros problemas potenciais. Onde os tubos vazam em um sistema de água de resfriamento, a água de resfriamento descarrega o contaminante em uma torre de resfriamento que pode ser uma fonte de exposição para os trabalhadores e uma comunidade próxima. Consequentemente, a água de resfriamento deve ser monitorada.
A dispersão dos vapores da torre de resfriamento pode ser generalizada como resultado dos ventiladores em torres de resfriamento de tiragem forçada e induzida. Além disso, as torres de convecção natural descarregam vapores para a atmosfera que depois se dispersam. No entanto, a dispersão varia consideravelmente com base nas condições climáticas e na elevação da descarga. Materiais tóxicos menos voláteis permanecem na água de resfriamento e na corrente de descarga da torre de resfriamento, que deve ter capacidade de tratamento suficiente para destruir os contaminantes. A torre de resfriamento e a bacia da torre devem ser limpas periodicamente e os contaminantes aumentam os perigos potenciais na bacia e no preenchimento da torre. A proteção pessoal é necessária para grande parte deste trabalho.
Limpeza do trocador
Um problema com os tubos no serviço de água de resfriamento é o acúmulo de material nos tubos resultante da corrosão, organismos biológicos e deposição de sólidos. Conforme descrito acima, os tubos também podem vazar através de rachaduras ou vazamentos podem ocorrer onde os tubos são enrolados em estrias na folha do tubo. Quando qualquer uma dessas condições ocorrer, o reparo do trocador é necessário e os fluidos do processo devem ser removidos do trocador. Isso requer uma operação completamente contida, necessária para atender aos objetivos de exposição ambiental, de segurança e de saúde.
Geralmente, o fluido do processo é drenado para um receptor e o material restante é lavado do trocador com um solvente ou material inerte. Este último material também é enviado a um receptor para o material contaminado por drenagem ou pressão com nitrogênio. Onde houver material tóxico no trocador, o trocador deve ser monitorado quanto a quaisquer vestígios de material tóxico. Se os resultados do teste forem insatisfatórios, o trocador pode ser vaporizado para vaporizar e remover todos os vestígios de material. No entanto, a saída de vapor deve ser conectada a um sistema fechado para evitar que o vapor escape para a atmosfera. Embora a ventilação fechada possa não ser absolutamente necessária, às vezes pode haver mais material contaminante no trocador, exigindo ventilação de vapor fechada o tempo todo para controlar os riscos potenciais. Após a vaporização, uma ventilação para a atmosfera admite ar. Este procedimento geral é aplicável ao lado ou lados do trocador que contém material tóxico.
Os produtos químicos usados para limpar os tubos ou o lado do casco devem circular em um sistema fechado. Normalmente, a solução de limpeza é recirculada de um sistema de caminhão-tanque e a solução contaminada no sistema é drenada para um caminhão para descarte.
Pumps
Uma das funções mais importantes do processo é a movimentação de líquidos e, na indústria química, todos os tipos de materiais líquidos são movidos com uma grande variedade de bombas. As bombas enlatadas e magnéticas são bombas centrífugas sem vedação. Acionadores de bomba magnética estão disponíveis para instalação em outros tipos de bomba para evitar vazamentos. Os tipos de bombas usadas na indústria de processos químicos estão listados na tabela 7.
Tabela 7. Bombas na indústria de processos químicos
De vedação
Do ponto de vista de saúde e segurança, a vedação e o reparo de bombas centrífugas são as principais preocupações. As vedações mecânicas, que constituem o sistema de vedação de eixo predominante, podem vazar e, às vezes, estourar. No entanto, houve grandes avanços na tecnologia de vedação desde a década de 1970, que resultaram em reduções significativas de vazamento e maior vida útil da bomba. Algumas dessas melhorias são vedações de fole, vedações de cartucho, designs de face aprimorados, melhores materiais de face e melhorias no monitoramento variável da bomba. Além disso, a pesquisa contínua em tecnologia de vedação deve resultar em mais melhorias tecnológicas.
Onde os fluidos do processo são altamente tóxicos, bombas enlatadas ou magnéticas sem vazamentos ou vedantes são freqüentemente instaladas. Os períodos de serviço operacional ou o tempo médio entre manutenções (MTBM) melhoraram acentuadamente e geralmente variam entre três e cinco anos. Nessas bombas, o fluido de processo é o fluido lubrificante para os mancais do rotor. A vaporização do fluido interno afeta negativamente os rolamentos e muitas vezes torna necessária a substituição do rolamento. As condições de líquido nas bombas podem ser mantidas assegurando que a pressão interna no sistema de mancal seja sempre maior que a pressão de vapor líquido na temperatura de operação. Ao reparar uma bomba sem vedação, é importante drenar completamente um material de volatilidade relativamente baixa e deve ser analisado cuidadosamente com o fornecedor.
Em bombas de processo centrífugas típicas, a gaxeta foi essencialmente substituída por selos mecânicos. Esses selos são geralmente classificados como selos mecânicos simples ou duplos, com o último termo abrangendo selos mecânicos tandem ou duplos. Existem outras combinações de vedação dupla, mas elas não são tão amplamente utilizadas. Em geral, selos mecânicos em tandem ou duplos com fluidos de tampão líquido entre os selos são instalados para reduzir o vazamento do selo. Os padrões de selos mecânicos de bombas para bombas centrífugas e rotativas abrangendo especificações e instalações de selos mecânicos simples e duplos foram emitidos pelo American Petroleum Institute (API 1994). Um guia de aplicação de selos mecânicos está agora disponível para auxiliar na avaliação dos tipos de selos (STLE 1994).
Para evitar vazamento excessivo ou explosão de uma vedação com falha, uma placa de gaxeta é instalada após a vedação. Pode ter um fluido de descarga da gaxeta para mover o vazamento para um sistema de drenagem fechado (API 1994). Uma vez que o sistema de gaxeta não é uma vedação completa, sistemas de vedação auxiliares, como buchas de aceleração, estão disponíveis. Eles são instalados na gaxeta que controla o vazamento excessivo para a atmosfera ou explosão da vedação (Lipton e Lynch 1994). Esses selos não são projetados para operação contínua; após a ativação, eles funcionarão por até duas semanas antes da falha, proporcionando assim tempo para as operações trocarem as bombas ou fazerem ajustes no processo.
Está disponível um sistema de selo mecânico mais recente que basicamente reduz as emissões a um nível nulo. Este é um sistema de selo mecânico duplo com um sistema tampão de gás que substitui o tampão líquido no sistema padrão de selo mecânico duplo (Fone 1995; Netzel 1996; Adams, Dingman e Parker 1995). Nos sistemas de tampão líquido, as faces de vedação são separadas por uma película lubrificante extremamente fina de fluido tampão que também esfria as faces de vedação. Embora ligeiramente separados, existe uma certa quantidade de contato de face que resulta em desgaste da vedação e aquecimento da face de vedação. As vedações a gás são chamadas de vedações sem contato, pois uma face de vedação com entalhes curvos bombeia gás através das faces de vedação e constrói uma camada ou barragem de gás que separa completamente as faces de vedação. Essa falta de contato resulta em uma vida útil muito longa da vedação e também reduz a perda de fricção da vedação, diminuindo assim visivelmente o consumo de energia. Como o selo bombeia gás, há um fluxo muito pequeno para o processo e para a atmosfera.
Riscos para a saúde
Uma grande preocupação com as bombas é a drenagem e lavagem para preparar a bomba para manutenção ou reparo. A drenagem e a remoção abrangem fluidos de processo e fluidos tampão. Os procedimentos devem exigir a descarga de todos os fluidos em um sistema de drenagem de conexão fechada. Na caixa de empanque da bomba, onde um casquilho de garganta separa o impulsor da caixa de empanque, o casquilho funciona como uma barreira ao reter algum líquido na caixa de empanque. Os orifícios de drenagem na bucha ou um dreno na caixa de vedação permitirão a remoção completa do líquido do processo por meio de drenagem e lavagem. Para fluidos tampão, deve haver um método para drenar todo o fluido da área de vedação dupla. A manutenção requer a remoção do selo e se o volume do selo não for completamente drenado e lavado, os selos são uma fonte potencial de exposição durante o reparo.
Poeira e pós
O manuseio de poeiras e pós em equipamentos de processamento de sólidos é uma preocupação devido ao potencial de incêndio ou explosão. Uma explosão dentro do equipamento pode estourar através de uma parede ou gabinete como resultado da pressão gerada pela explosão, enviando uma onda combinada de pressão e fogo para a área do local de trabalho. Os trabalhadores podem estar em risco e os equipamentos adjacentes podem ser severamente impactados com efeitos drásticos. Poeiras ou pós suspensos no ar ou em um gás com oxigênio presente e em um espaço confinado são suscetíveis à explosão quando uma fonte de ignição com energia suficiente está presente. Alguns ambientes típicos de equipamentos explosivos são mostrados na tabela 8.
Tabela 8. Fontes potenciais de explosão em equipamentos
Equipamento de transporte |
Armazenamento |
Dutos pneumáticos |
bins |
Transportadores mecânicos |
Funis |
Válvulas rotativas |
|
Equipamento de processamento |
|
Coletores de pó de filtro |
Grinders |
Secadores de leito fluidizado |
Moinhos de bolas |
Secadores de linha de transferência |
Mistura de pó |
Triagem |
Ciclones |
Uma explosão produz calor e expansão rápida de gás (aumento de pressão) e geralmente resulta em deflagração, que é uma frente de chama que se move rapidamente, mas a uma velocidade inferior à velocidade do som nessas condições. Quando a velocidade da frente da chama é maior que a velocidade do som ou está em velocidade supersônica, a condição é chamada de detonação, que é mais destrutiva do que a deflagração. Explosão e expansão da frente de chama ocorrem em milissegundos e não fornecem tempo suficiente para respostas de processo padrão. Consequentemente, as características potenciais de incêndio e explosão do pó devem ser definidas para determinar os perigos potenciais que podem existir nas várias etapas de processamento (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995). Essas informações podem fornecer uma base para a instalação de controles e prevenção de explosões.
Quantificação do risco de explosão
Como as explosões geralmente ocorrem em equipamentos fechados, vários testes são realizados em equipamentos de laboratório especialmente projetados. Embora os pós possam parecer semelhantes, os resultados publicados não devem ser usados, pois pequenas diferenças nos pós podem ter características de explosão muito diferentes.
Uma variedade de testes realizados em pó pode definir o risco de explosão e a série de testes deve abranger o seguinte.
O teste de classificação determina se uma nuvem de poeira em pó pode iniciar e propagar chamas (Ebadat 1994). Os pós que possuem essas características são considerados pós Classe A. Aqueles pós que não inflamam são denominados Classe B. Os pós Classe A requerem uma série adicional de testes para avaliar sua explosão e potencial de perigo.
O teste de energia mínima de ignição define a energia de faísca mínima necessária para a ignição de uma nuvem de pó (Bartknecht 1989).
Na análise e gravidade da explosão, os pós do Grupo A são testados como uma nuvem de poeira em uma esfera onde a pressão é medida durante uma explosão de teste com base na energia mínima de ignição. A pressão máxima de explosão é definida junto com a taxa de mudança na pressão por unidade de tempo. A partir dessas informações, o valor característico específico da explosão (Kst) em bar metros por segundo é determinado e a classe de explosão é definida (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996):
Kst(bar·m/s) Classe de explosão de poeira Resistência relativa
1-200 St 1 Um pouco mais fraco
201-300 St 2 Forte
300+ St 3 Muito forte
Um grande número de pós foi testado e a maioria estava na classe St 1 (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996).
Na avaliação de pós sem nuvens, os pós são testados para determinar procedimentos e condições operacionais seguras.
Testes de prevenção de explosão
Os testes de prevenção de explosão podem ser úteis onde os sistemas de supressão de explosão não podem ser instalados. Eles fornecem algumas informações sobre as condições operacionais desejáveis (Ebadat 1994).
O teste de oxigênio mínimo define o nível de oxigênio abaixo do qual a poeira não irá inflamar (Fone 1995). O gás inerte no processo impedirá a ignição se o gás for aceitável.
A concentração mínima de poeira é determinada para estabelecer o nível operacional abaixo do qual a ignição não ocorrerá.
Testes de perigo eletrostático
Muitas explosões são resultado de ignições eletrostáticas e vários testes indicam os perigos potenciais. Alguns dos testes cobrem a energia mínima de ignição, características de carga elétrica do pó e resistividade de volume. A partir dos resultados do teste, algumas medidas podem ser tomadas para evitar explosões. As etapas incluem aumento da umidade, modificação de materiais de construção, aterramento adequado, controle de certos aspectos do projeto do equipamento e prevenção de faíscas (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995).
controle de explosão
Existem basicamente dois métodos para controlar explosões ou frentes de propagação de um local para outro ou conter uma explosão dentro de um equipamento. Esses dois métodos são supressores químicos e válvulas de isolamento (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995; Garzia e Senecal 1996). Com base nos dados de pressão de explosão dos testes de gravidade de explosão, estão disponíveis sensores de resposta rápida que acionarão um supressor químico e/ou fecharão rapidamente as válvulas de barreira de isolamento. Os supressores estão disponíveis comercialmente, mas o projeto do injetor supressor é muito importante.
Aberturas de explosão
Em equipamentos onde pode ocorrer uma explosão potencial, frequentemente são instalados respiradouros de explosão que se rompem a pressões específicas. Estes devem ser cuidadosamente projetados e o caminho de exaustão do equipamento deve ser definido para evitar a presença de trabalhadores nesta área do caminho. Além disso, o impacto no equipamento no caminho da explosão deve ser analisado para garantir a segurança do equipamento. Uma barreira pode ser necessária.
Carga e Descarga
Produtos, intermediários e subprodutos são carregados em caminhões-tanque e vagões. (Em alguns casos, dependendo da localização das instalações e dos requisitos de docagem, são usados navios-tanque e barcaças.) A localização das instalações de carga e descarga é importante. Embora os materiais carregados e descarregados geralmente sejam líquidos e gases, os sólidos também são carregados e descarregados em locais preferidos com base no tipo de sólidos movidos, risco potencial de explosão e grau de dificuldade de transferência.
escotilhas abertas
Ao carregar caminhões-tanque ou vagões através de escotilhas de abertura superior, uma consideração muito importante é minimizar os respingos à medida que o contêiner é enchido. Se o tubo de enchimento estiver localizado bem acima do fundo do recipiente, o enchimento resultará em respingos e geração de vapor ou mistura de líquido-vapor. Respingos e geração de vapor podem ser minimizados localizando a saída do tubo de enchimento bem abaixo do nível do líquido. O tubo de enchimento é normalmente estendido através do recipiente a uma distância mínima acima do fundo do recipiente. Uma vez que o enchimento com líquido também desloca o vapor, os vapores tóxicos podem ser um perigo potencial para a saúde e também apresentar problemas de segurança. Consequentemente, os vapores devem ser recolhidos. Os braços de enchimento estão disponíveis comercialmente com tubos de enchimento profundos e estendem-se através de uma tampa especial que fecha a abertura da escotilha (Lipton e Lynch 1994). Além disso, um tubo de coleta de vapor se estende por uma curta distância abaixo da tampa especial da escotilha. Na extremidade a montante do braço, a saída de vapor é conectada a um dispositivo de recuperação (por exemplo, um absorvedor ou condensador), ou o vapor pode retornar ao tanque de armazenamento como uma transferência de equilíbrio de vapor (Lipton e Lynch 1994).
No sistema de escotilha aberta do caminhão-tanque, o braço é levantado para permitir a drenagem para o caminhão-tanque e parte do líquido no braço pode ser pressurizado com nitrogênio à medida que o braço é retirado, mas os tubos de enchimento durante esta operação devem permanecer dentro da escotilha abertura. À medida que o braço de enchimento sai da escotilha, um balde deve ser colocado sobre a saída para coletar os pingos do braço.
Vagões
Muitos vagões têm escotilhas fechadas com pernas de enchimento profundas muito próximas ao fundo do contêiner e uma saída de coleta de vapor separada. Através de um braço que se estende até a escotilha fechada, o líquido é carregado e o vapor coletado de maneira semelhante ao método do braço da escotilha aberta. Em sistemas de carregamento de vagões, após o fechamento da válvula na entrada do braço, o nitrogênio é injetado no lado do contêiner dos braços para soprar o líquido restante no braço para dentro do vagão antes que a válvula de enchimento do vagão seja fechada (Lipton e Lynch 1994). .
caminhões tanque
Muitos caminhões-tanque são abastecidos pelo fundo para minimizar a geração de vapor (Lipton e Lynch 1994). As linhas de enchimento podem ser mangueiras especiais ou braços manobráveis. Os acopladores de ruptura seca são colocados nas extremidades da mangueira ou do braço e nas conexões inferiores do caminhão-tanque. Quando o caminhão tanque é abastecido e a linha é bloqueada automaticamente, o braço ou mangueira é desconectado no engate drybreak, que fecha automaticamente conforme os engates são separados. Acoplamentos mais novos foram projetados para desconectar com quase nenhum vazamento.
No carregamento pelo fundo, o vapor é coletado através de uma saída de vapor superior e o vapor é conduzido por uma linha externa que termina próximo ao fundo do recipiente (Lipton e Lynch 1994). Isso permite o acesso do trabalhador às conexões do acoplamento de vapor. O vapor recolhido, que se encontra a uma pressão ligeiramente superior à atmosférica, deve ser recolhido e enviado para um dispositivo de recuperação (Lipton e Lynch 1994). Esses dispositivos são selecionados com base no custo inicial, eficácia, manutenção e operacionalidade. Geralmente, o sistema de recuperação é preferível a um flare, que destrói os vapores recuperados.
Carregando controlel
Nos caminhões-tanque, os sensores de nível são instalados permanentemente dentro da carroceria do caminhão para indicar quando o nível de enchimento foi atingido e sinalizar uma válvula de bloqueio de controle remoto que interrompe o fluxo para o caminhão. (Lipton e Lynch 1994). Pode haver mais de um sensor no caminhão-tanque como backup para garantir que o caminhão não seja abastecido. O enchimento excessivo pode resultar em sérios problemas de segurança e exposição à saúde.
Vagões em serviço químico dedicado podem ter sensores de nível montados internamente no carro. Para vagões não dedicados, um totalizador de fluxo controla a quantidade de líquido enviada para o vagão e fecha automaticamente a válvula de bloqueio de controle remoto em uma configuração predeterminada (Lipton e Lynch 1994). Ambos os tipos de recipientes devem ser investigados para determinar se o líquido permanece no recipiente antes do enchimento. Muitos vagões possuem indicadores de nível manuais que podem ser usados para este serviço. No entanto, onde o nível é mostrado pela abertura de um pequeno respiradouro para a atmosfera, este procedimento só deve ser executado sob condições apropriadamente controladas e aprovadas devido à toxicidade de alguns dos produtos químicos carregados.
Descarregando
Onde os produtos químicos têm uma pressão de vapor muito alta e o vagão ou caminhão-tanque tem uma pressão relativamente alta, o produto químico é descarregado sob sua própria pressão de vapor. Caso a pressão do vapor caia a um nível que interfira no procedimento de descarga, pode-se injetar gás nitrogênio para manter uma pressão satisfatória. O vapor de um tanque do mesmo produto químico também pode ser comprimido e injetado para aumentar a pressão.
Para produtos químicos tóxicos que têm uma pressão de vapor relativamente baixa, como o benzeno, o líquido é descarregado sob pressão de nitrogênio, o que elimina o bombeamento e simplifica o sistema (Lipton e Lynch 1994). Caminhões-tanque e vagões para este serviço têm pressões de projeto capazes de lidar com as pressões e variações encontradas. No entanto, as pressões mais baixas após o descarregamento de um contêiner são mantidas até que o caminhão-tanque ou vagão seja reabastecido; a pressão aumenta durante o carregamento. O nitrogênio pode ser adicionado se a pressão suficiente não for atingida durante o carregamento.
Um dos problemas nas operações de carga e descarga é a drenagem e purga de linhas e equipamentos nas instalações de carga/descarga. Drenos fechados e drenos de ponto particularmente baixo são necessários com purgas de nitrogênio para remover todos os vestígios de produtos químicos tóxicos. Esses materiais podem ser coletados em um tambor e devolvidos a uma instalação de recebimento ou recuperação (Lipton e Lynch 1994).
Adaptado da 3ª edição, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety
A indústria de plásticos é dividida em dois grandes setores, cuja inter-relação pode ser vista na figura 1. O primeiro setor compreende os fornecedores de matérias-primas que fabricam polímeros e compostos de moldagem a partir de intermediários que eles próprios podem ter produzido. Em termos de capital investido, este é geralmente o maior dos dois setores. O segundo setor é composto por processadores que convertem as matérias-primas em itens vendáveis usando vários processos, como extrusão e moldagem por injeção. Outros setores incluem fabricantes de máquinas que fornecem equipamentos para processadores e fornecedores de aditivos especiais para uso na indústria.
Figura 1. Sequência de produção no processamento de plásticos
Fabricação de polímeros
Os materiais plásticos dividem-se amplamente em duas categorias distintas: materiais termoplásticos, que podem ser amolecidos repetidamente pela aplicação de calor e materiais termoendurecíveis, que sofrem uma alteração química quando aquecidos e moldados e, posteriormente, não podem ser remodelados pela aplicação de calor. Várias centenas de polímeros individuais podem ser feitos com propriedades muito diferentes, mas apenas 20 tipos constituem cerca de 90% da produção mundial total. Os termoplásticos são o maior grupo e sua produção está aumentando a uma taxa maior do que os termoendurecíveis. Em termos de quantidade de produção, os termoplásticos mais importantes são polietileno de alta e baixa densidade e polipropileno (as poliolefinas), cloreto de polivinila (PVC) e poliestireno.
Resinas termoendurecíveis importantes são o fenol-formaldeído e a uréia-formaldeído, tanto na forma de resinas quanto de pós para moldagem. Resinas epóxi, poliésteres insaturados e poliuretanos também são significativos. Um volume menor de “plásticos de engenharia”, por exemplo, poliacetais, poliamidas e policarbonatos, tem alto valor de uso em aplicações críticas.
A considerável expansão da indústria de plásticos no mundo pós-Segunda Guerra Mundial foi grandemente facilitada pela ampliação da gama de matérias-primas básicas que a alimentam; a disponibilidade e o preço das matérias-primas são cruciais para qualquer indústria em rápido desenvolvimento. As matérias-primas tradicionais não poderiam fornecer intermediários químicos em quantidades suficientes a um custo aceitável para facilitar a produção econômica e comercial de materiais plásticos de grande tonelagem e foi o desenvolvimento da indústria petroquímica que possibilitou o crescimento. O petróleo como matéria-prima está disponível em abundância, é facilmente transportado e manuseado e, até a crise do petróleo da década de 1970, era relativamente barato. Assim, em todo o mundo, a indústria de plásticos está atrelada principalmente ao uso de intermediários obtidos do craqueamento de petróleo e do gás natural. Matérias-primas não convencionais, como biomassa e carvão, ainda não tiveram um grande impacto no fornecimento da indústria de plásticos.
O fluxograma na figura 2 ilustra a versatilidade das matérias-primas de petróleo bruto e gás natural como pontos de partida para os importantes materiais termoendurecíveis e termoplásticos. Após os primeiros processos de destilação do petróleo bruto, a matéria-prima da nafta é craqueada ou reformada para fornecer intermediários úteis. Assim, o etileno produzido pelo processo de craqueamento é de uso imediato para a fabricação de polietileno ou para utilização em outro processo que forneça um monômero, o cloreto de vinila – a base do PVC. O propileno, que também surge durante o processo de craqueamento, é usado tanto pela rota do cumeno quanto pela rota do álcool isopropílico para a fabricação da acetona necessária para o polimetilmetacrilato; também é usado na fabricação de óxido de propileno para poliéster e resinas de poliéter e novamente pode ser polimerizado diretamente em polipropileno. Os butenos encontram uso na fabricação de plastificantes e o 1,3-butadieno é utilizado diretamente na fabricação de borracha sintética. Hidrocarbonetos aromáticos como benzeno, tolueno e xileno são agora amplamente produzidos a partir de derivados de operações de destilação de petróleo, em vez de serem obtidos de processos de coqueificação de carvão; como mostra o fluxograma, são intermediários na fabricação de importantes materiais plásticos e produtos auxiliares, como plastificantes. Os hidrocarbonetos aromáticos também são um ponto de partida para muitos polímeros necessários na indústria de fibras sintéticas, alguns dos quais são discutidos em outras partes deste livro. Enciclopédia.
Figura 2. Produção de matérias-primas em plásticos
Muitos processos amplamente diferentes contribuem para a produção final de um artigo acabado feito total ou parcialmente de plástico. Alguns processos são puramente químicos, alguns envolvem procedimentos de mistura puramente mecânicos, enquanto outros - particularmente aqueles na extremidade inferior do diagrama - envolvem o uso extensivo de maquinário especializado. Algumas dessas máquinas se assemelham às usadas nas indústrias de borracha, vidro, papel e têxteis; o restante é específico para a indústria de plásticos.
Processamento de plásticos
A indústria de processamento de plásticos converte material polimérico a granel em artigos acabados.
Matéria prima
A seção de processamento da indústria de plásticos recebe suas matérias-primas para produção nas seguintes formas:
compondo
A fabricação de compostos a partir de polímero envolve a mistura do polímero com aditivos. Embora uma grande variedade de maquinaria seja empregada para este fim, onde se trata de pós, moinhos de bolas ou misturadores de hélice de alta velocidade são mais comuns, e onde massas plásticas estão sendo misturadas, amassadeiras como os rolos abertos ou misturadores do tipo Banbury , ou os próprios extrusores são normalmente empregados.
Os aditivos exigidos pela indústria são muitos em número e variam amplamente no tipo químico. Das cerca de 20 aulas, as mais importantes são:
Processos de conversão
Todos os processos de conversão recorrem ao fenômeno “plástico” dos materiais poliméricos e se dividem em dois tipos. Em primeiro lugar, aqueles em que o polímero é levado pelo calor a um estado plástico no qual recebe uma constrição mecânica que leva a uma forma que retém na consolidação e no resfriamento. Em segundo lugar, aqueles em que um material polimerizável - que pode ser parcialmente polimerizado - é totalmente polimerizado pela ação do calor, ou de um catalisador ou de ambos atuando juntos sob uma restrição mecânica que leva a uma forma que retém quando totalmente polimerizado e frio . A tecnologia dos plásticos foi desenvolvida para explorar essas propriedades para produzir bens com o mínimo de esforço humano e a maior consistência nas propriedades físicas. Os seguintes processos são comumente usados.
Moldagem por compressão
Consiste no aquecimento de um material plástico, que pode estar na forma de grânulos ou pó, em um molde que é mantido em uma prensa. Quando o material se torna “plástico”, a pressão o força a se adequar à forma do molde. Se o plástico for do tipo que endurece com o aquecimento, o artigo formado é removido após um curto período de aquecimento, abrindo a prensa. Se o plástico não endurecer com o aquecimento, o resfriamento deve ser efetuado antes que a prensa possa ser aberta. Artigos feitos por moldagem por compressão incluem tampas de garrafa, tampas de frascos, plugues e tomadas elétricas, assentos sanitários, bandejas e artigos de fantasia. A moldagem por compressão também é empregada para fazer chapas para conformação subsequente no processo de conformação a vácuo ou para a construção de tanques e grandes recipientes por soldagem ou revestimento de tanques de metal existentes.
Moldagem por transferência
Esta é uma modificação da moldagem por compressão. O material termoendurecível é aquecido em uma cavidade e então forçado por um êmbolo para dentro do molde, que é fisicamente separado e aquecido independentemente da cavidade de aquecimento. É preferível à moldagem por compressão normal quando o artigo final tem que conter inserções metálicas delicadas, como em pequenos painéis elétricos, ou quando, como em objetos muito espessos, a conclusão da reação química não pode ser obtida pela moldagem por compressão normal.
Moldagem por injeção
Nesse processo, grânulos ou pós de plástico são aquecidos em um cilindro (conhecido como barril), que é separado do molde. O material é aquecido até se tornar fluido, enquanto é transportado através do barril por um parafuso helicoidal e depois forçado para dentro do molde onde esfria e endurece. O molde é então aberto mecanicamente e os artigos formados são removidos (ver figura 3). Este processo é um dos mais importantes na indústria de plásticos. Foi amplamente desenvolvido e tornou-se capaz de fabricar artigos de considerável complexidade a um custo muito baixo.
Figura 3. Um operador removendo uma tigela de polipropileno de uma máquina de moldagem por injeção.
Embora a moldagem por transferência e injeção sejam idênticas em princípio, o maquinário empregado é muito diferente. A moldagem por transferência é normalmente restrita a materiais termoendurecíveis e a moldagem por injeção a termoplásticos.
Extrusão
Este é o processo no qual uma máquina amolece um plástico e o força através de uma matriz que lhe dá a forma que retém no resfriamento. Os produtos de extrusão são tubos ou hastes que podem ter seções transversais de quase qualquer configuração (ver figura 4). Os tubos para fins industriais ou domésticos são produzidos desta forma, mas outros artigos podem ser feitos por processos subsidiários. Por exemplo, sachês podem ser feitos cortando tubos e selando ambas as extremidades, e sacos de tubos flexíveis de paredes finas cortando e selando uma das extremidades.
O processo de extrusão tem dois tipos principais. Em um, uma folha plana é produzida. Esta folha pode ser convertida em bens úteis por outros processos, como a formação de vácuo.
Figura 4. Extrusão de plástico: A fita é cortada para fazer pellets para máquinas de moldagem por injeção.
Ray Woodcock
A segunda é um processo no qual o tubo extrudado é formado e quando ainda quente é bastante expandido por uma pressão de ar mantida dentro do tubo. Isso resulta em um tubo que pode ter vários metros de diâmetro com uma parede muito fina. Ao cortar, este tubo produz um filme que é amplamente utilizado na indústria de embalagens para embrulhar. Alternativamente, o tubo pode ser dobrado para formar uma folha de duas camadas que pode ser usada para fazer sacolas simples cortando e selando. A Figura 5 fornece um exemplo de ventilação local apropriada em um processo de extrusão.
Figura 5. Extrusão de plástico com exaustor local e banho-maria no cabeçote da extrusora
Ray Woodcock
Calandragem
Neste processo, um plástico é alimentado a dois ou mais rolos aquecidos e forçado a formar uma folha passando por um nip entre dois desses rolos e resfriado a partir de então. Folhas mais grossas que filmes são feitas dessa maneira. A folha assim produzida é empregada em aplicações industriais e domésticas e como matéria-prima na fabricação de roupas e produtos infláveis, como brinquedos (ver figura 6).
Figura 6. Coberturas tipo canopy para capturar emissões quentes de moinhos de aquecimento em um processo de calandragem
Ray Woodcock
Moldagem por sopro
Este processo pode ser considerado como uma combinação do processo de extrusão e termoformação. Um tubo é extrudado para baixo em um molde aberto; ao atingir o fundo, o molde é fechado em torno dele e o tubo expandido pela pressão do ar. Assim o plástico é forçado para as laterais do molde e a parte superior e inferior vedadas. Ao arrefecer, o artigo é retirado do molde. Este processo produz artigos ocos, dos quais as garrafas são as mais importantes.
A resistência à compressão e ao impacto de certos produtos plásticos feitos por moldagem por sopro pode ser consideravelmente melhorada usando técnicas de moldagem por estiramento e sopro. Isso é obtido produzindo uma pré-forma que é subsequentemente expandida pela pressão do ar e esticada biaxialmente. Isso levou a uma melhora tão grande na resistência à pressão de ruptura das garrafas de PVC que elas são usadas para bebidas carbonatadas.
Rotomoldagem
Este processo é usado para a produção de artigos moldados pelo aquecimento e resfriamento de uma forma oca que é girada para permitir que a gravidade distribua pó ou líquido finamente dividido sobre a superfície interna dessa forma. Os artigos produzidos por este método incluem bolas de futebol, bonecas e outros artigos semelhantes.
Elenco de filme
Além do processo de extrusão, os filmes podem ser formados pela extrusão de um polímero quente em um tambor de metal altamente polido, ou uma solução de polímero pode ser pulverizada em uma correia móvel.
Uma aplicação importante de certos plásticos é o revestimento de papel. Nela, um filme de plástico fundido é extrudado sobre o papel sob condições nas quais o plástico adere ao papel. A placa pode ser revestida da mesma maneira. O papel e o cartão assim revestidos são amplamente utilizados em embalagens, e o cartão desse tipo é usado na fabricação de caixas.
Termoformação
Sob este título estão agrupados vários processos nos quais uma folha de material plástico, na maioria das vezes termoplástico, é aquecida, geralmente em um forno, e depois de fixada no perímetro é forçada a uma forma predefinida por pressão que pode ser de aríetes operados mecanicamente ou por ar comprimido ou vapor. Para artigos muito grandes, a folha quente “emborrachada” é manuseada com pinças sobre os moldes. Os produtos assim fabricados incluem luminárias externas, sinais publicitários e direcionais de trânsito, banheiras e outros artigos de toalete e lentes de contato.
Formando vácuo
Existem muitos processos que se enquadram neste título geral, todos os quais são aspectos da conformação térmica, mas todos eles têm em comum que uma folha de plástico é aquecida em uma máquina acima de uma cavidade, em torno da qual é fixada, e quando flexível, é forçado por sucção para dentro da cavidade, onde assume uma forma específica e esfria. Numa operação subsequente, o artigo é cortado da folha. Esses processos produzem recipientes de paredes finas muito baratos de todos os tipos, bem como produtos de exibição e publicidade, bandejas e artigos semelhantes e materiais de absorção de choque para produtos de embalagem, como bolos sofisticados, frutas macias e carne cortada.
laminação
Em todos os vários processos de laminação, dois ou mais materiais na forma de folhas são comprimidos para dar uma folha consolidada ou painel de propriedades especiais. Em um extremo encontram-se laminados decorativos feitos de resinas fenólicas e amínicas, no outro filmes complexos utilizados em embalagens tendo, por exemplo, celulose, polietileno e folhas metálicas em sua constituição.
processos de tecnologia de resina
Isso inclui a fabricação de compensados, a fabricação de móveis e a construção de artigos grandes e elaborados, como carrocerias e cascos de barcos, a partir de fibra de vidro impregnada com resinas de poliéster ou epóxi. Em todos esses processos, uma resina líquida é consolidada sob a ação do calor ou de um catalisador e, assim, une partículas ou fibras discretas ou películas ou folhas mecanicamente fracas, resultando em um painel robusto de construção rígida. Essas resinas podem ser aplicadas por técnicas de laminação manual, como escovação e imersão ou por pulverização.
Pequenos objetos, como lembranças e joias de plástico, também podem ser feitos por fundição, onde a resina líquida e o catalisador são misturados e despejados em um molde.
processos de acabamento
Incluídos neste título estão vários processos comuns a muitas indústrias, por exemplo, o uso de tintas e adesivos. Há, no entanto, uma série de técnicas específicas utilizadas para a soldagem de plásticos. Isso inclui o uso de solventes como hidrocarbonetos clorados, metiletilcetona (MEK) e tolueno, que são usados para unir folhas plásticas rígidas para fabricação geral, estandes de exibição de publicidade e trabalhos semelhantes. A radiação de radiofrequência (RF) utiliza uma combinação de pressão mecânica e radiação eletromagnética com frequências geralmente na faixa de 10 a 100 mHz. Este método é comumente usado para soldar materiais plásticos flexíveis na fabricação de carteiras, pastas e carrinhos infantis (consulte o quadro anexo). Energias ultrassônicas também são usadas em combinação com pressão mecânica para uma faixa de trabalho similar.
Aquecedores e seladores dielétricos de RF
Aquecedores e seladores de radiofrequência (RF) são usados em muitas indústrias para aquecer, derreter ou curar materiais dielétricos, como plásticos, borracha e cola, que são isolantes elétricos e térmicos e difíceis de aquecer usando métodos normais. Aquecedores de RF são comumente usados para vedação de cloreto de polivinila (por exemplo, fabricação de produtos plásticos como capas de chuva, capas de assento e materiais de embalagem); cura de colas usadas em marcenaria; estampagem e secagem de têxteis, papel, couro e plásticos; e cura de muitos materiais contendo resinas plásticas.
Os aquecedores de RF usam radiação de RF na faixa de frequência de 10 a 100MHz com potência de saída de menos de 1kW a cerca de 100kW para produzir calor. O material a ser aquecido é colocado entre dois eletrodos sob pressão, e a potência de RF é aplicada por períodos que variam de alguns segundos a cerca de um minuto, dependendo do uso. Os aquecedores de RF podem produzir campos magnéticos e elétricos de RF de alta dispersão no ambiente circundante, especialmente se os eletrodos não forem blindados.
A absorção de energia de RF pelo corpo humano pode causar aquecimento localizado e em todo o corpo, o que pode ter efeitos adversos à saúde. A temperatura corporal pode subir 1 °C ou mais, o que pode causar efeitos cardiovasculares, como aumento da frequência cardíaca e do débito cardíaco. Os efeitos localizados incluem catarata ocular, diminuição da contagem de esperma no sistema reprodutor masculino e efeitos teratogênicos no feto em desenvolvimento.
Os riscos indiretos incluem queimaduras de RF por contato direto com partes metálicas do aquecedor que são dolorosas, profundas e demoram a cicatrizar; dormência nas mãos; e efeitos neurológicos, incluindo síndrome do túnel do carpo e efeitos no sistema nervoso periférico.
Controles
Os dois tipos básicos de controles que podem ser usados para reduzir os perigos dos aquecedores de RF são práticas de trabalho e blindagem. A proteção, é claro, é preferível, mas os procedimentos de manutenção adequados e outras práticas de trabalho também podem reduzir a exposição. A limitação do tempo de exposição do operador, um controle administrativo, também tem sido utilizada.
Os procedimentos adequados de manutenção ou reparo são importantes porque a falha na reinstalação adequada de blindagens, intertravamentos, painéis de gabinete e fixadores pode resultar em vazamento excessivo de RF. Além disso, a energia elétrica do aquecedor deve ser desconectada e bloqueada ou sinalizada para proteger o pessoal de manutenção.
Os níveis de exposição do operador podem ser reduzidos mantendo as mãos e a parte superior do corpo do operador o mais longe possível do aquecedor de RF. Os painéis de controle do operador para alguns aquecedores automatizados são posicionados a uma distância dos eletrodos do aquecedor usando bandejas de transporte, mesas giratórias ou correias transportadoras para alimentar o aquecedor.
A exposição do pessoal operacional e não operacional pode ser reduzida medindo os níveis de RF. Como os níveis de RF diminuem com o aumento da distância do aquecedor, uma “área de risco de RF” pode ser identificada ao redor de cada aquecedor. Os trabalhadores podem ser alertados para não ocuparem essas áreas de risco quando o aquecedor de RF estiver sendo operado. Sempre que possível, barreiras físicas não condutoras devem ser usadas para manter as pessoas a uma distância segura.
Idealmente, os aquecedores de RF devem ter uma caixa blindada ao redor do aplicador de RF para conter a radiação de RF. A blindagem e todas as juntas devem ter alta condutividade para as correntes elétricas internas que fluirão nas paredes. Deve haver o mínimo possível de aberturas na blindagem, e elas devem ser tão pequenas quanto possível para a operação. As aberturas devem ser direcionadas para longe do operador. As correntes na blindagem podem ser minimizadas tendo condutores separados dentro do gabinete para conduzir altas correntes. O aquecedor deve ser devidamente aterrado, com o fio terra no mesmo tubo que a linha de energia. O aquecedor deve ter intertravamentos adequados para evitar a exposição a altas tensões e altas emissões de RF.
É muito mais fácil incorporar essa blindagem em novos projetos de aquecedores de RF pelo fabricante. A adaptação é mais difícil. Caixas fechadas podem ser eficazes. O aterramento adequado também pode ser eficaz na redução das emissões de RF. As medições de RF devem ser feitas com cuidado posteriormente para garantir que as emissões de RF tenham sido realmente reduzidas. A prática de fechar o aquecedor em uma sala com tela de metal pode, na verdade, aumentar a exposição se o operador também estiver nessa sala, embora reduza as exposições fora da sala.
Fonte: ICNIRP no prelo.
Perigos e sua prevenção
Fabricação de polímeros
Os riscos especiais da indústria de polímeros estão intimamente relacionados aos da indústria petroquímica e dependem em grande parte das substâncias utilizadas. Os riscos à saúde de matérias-primas individuais são encontrados em outras partes deste Enciclopédia. O perigo de incêndio e explosão é um risco geral importante. Muitos processos de polímero/resina apresentam risco de incêndio e explosão devido à natureza das matérias-primas primárias utilizadas. Se não forem tomadas as devidas precauções, às vezes existe o risco durante a reação, geralmente dentro de edifícios parcialmente fechados, de gases ou líquidos inflamáveis escapando a temperaturas acima de seus pontos de fulgor. Se as pressões envolvidas forem muito altas, deve-se providenciar ventilação adequada para a atmosfera. Pode ocorrer um acúmulo excessivo de pressão devido a reações exotérmicas inesperadamente rápidas e o manuseio de alguns aditivos e a preparação de alguns catalisadores podem aumentar o risco de explosão ou incêndio. A indústria abordou esses problemas e, particularmente na fabricação de resinas fenólicas, produziu notas de orientação detalhadas sobre engenharia de projeto de fábrica e procedimentos operacionais seguros.
Processamento de plásticos
A indústria de processamento de plásticos apresenta riscos de lesões por causa do maquinário usado, riscos de incêndio devido à combustibilidade dos plásticos e seus pós e riscos à saúde devido aos muitos produtos químicos usados na indústria.
Lesões
A maior área de lesões está no setor de processamento de plásticos da indústria de plásticos. A maioria dos processos de conversão de plásticos depende quase inteiramente do uso de máquinas. Como resultado, os principais perigos são aqueles associados ao uso de tais máquinas, não apenas durante a operação normal, mas também durante a limpeza, configuração e manutenção das máquinas.
As máquinas de moldagem por compressão, transferência, injeção e sopro possuem placas de prensagem com uma força de travamento de muitas toneladas por centímetro quadrado. Proteções adequadas devem ser instaladas para evitar amputações ou lesões por esmagamento. Isso geralmente é obtido fechando as partes perigosas e intertravando quaisquer proteções móveis com os controles da máquina. Uma proteção de intertravamento não deve permitir movimento perigoso dentro da área protegida com a proteção aberta e deve colocar as partes perigosas em repouso ou reverter o movimento perigoso se a proteção for aberta durante a operação da máquina.
Onde houver um risco grave de ferimentos em máquinas, como nas placas de máquinas de moldagem, e acesso regular à área de perigo, é necessário um padrão mais alto de intertravamento. Isso pode ser obtido por um segundo arranjo de intertravamento independente na proteção para interromper a fonte de alimentação e evitar um movimento perigoso quando ela estiver aberta.
Para processos que envolvem chapas de plástico, um perigo comum encontrado no maquinário é a passagem de armadilhas entre os rolos ou entre os rolos e a chapa que está sendo processada. Isso ocorre em rolos tensores e dispositivos de transporte em plantas de extrusão e calandras. A proteção pode ser conseguida usando um dispositivo de disparo localizado adequadamente, que põe imediatamente os rolos em repouso ou reverte o movimento perigoso.
Muitas das máquinas de processamento de plásticos operam em altas temperaturas e queimaduras graves podem ocorrer se partes do corpo entrarem em contato com metal quente ou plásticos. Sempre que possível, essas partes devem ser protegidas quando a temperatura exceder 50 ºC. Além disso, os bloqueios que ocorrem em máquinas de moldagem por injeção e extrusoras podem se libertar violentamente. Um sistema de trabalho seguro deve ser seguido ao tentar liberar plugues de plástico congelados, o que deve incluir o uso de luvas adequadas e proteção facial.
A maioria das funções das máquinas modernas são agora controladas por controle eletrônico programado ou sistemas de computador que também podem controlar dispositivos mecânicos de decolagem ou estão ligados a robôs. Em máquinas novas, há menos necessidade de um operador se aproximar das áreas de perigo e, portanto, a segurança nas máquinas deve melhorar correspondentemente. Existe, no entanto, uma necessidade maior de montadores e engenheiros abordarem essas peças. É essencial, portanto, que um programa adequado de bloqueio/sinalização seja instituído antes que esse tipo de trabalho seja executado, principalmente quando a proteção total pelos dispositivos de segurança da máquina não pode ser alcançada. Além disso, sistemas adequados de backup ou emergência devem ser projetados e projetados para lidar com situações em que o controle programado falha por qualquer motivo, por exemplo, durante a perda de energia.
É importante que as máquinas sejam devidamente dispostas na oficina com bons espaços de trabalho claros para cada uma. Isso ajuda a manter altos padrões de limpeza e arrumação. As próprias máquinas também devem ser mantidas adequadamente e os dispositivos de segurança devem ser verificados regularmente.
Uma boa limpeza é essencial e atenção especial deve ser dada para manter os pisos limpos. Sem limpeza de rotina, os pisos ficarão gravemente contaminados com óleo de máquina ou grânulos de plástico derramados. Métodos de trabalho, incluindo meios seguros de acesso a áreas acima do nível do solo, também devem ser considerados e fornecidos.
Também deve ser permitido espaçamento adequado para o armazenamento de matérias-primas e produtos acabados; essas áreas devem ser claramente designadas.
Os plásticos são bons isolantes elétricos e, por causa disso, cargas estáticas podem se acumular no maquinário em que a folha ou filme viaja. Essas cargas podem ter um potencial alto o suficiente para causar um acidente grave ou atuar como fontes de ignição. Eliminadores de estática devem ser usados para reduzir essas cargas e peças metálicas devidamente aterradas ou aterradas.
Cada vez mais, o material plástico residual está sendo reprocessado usando granuladores e misturado com novo estoque. Os granuladores devem ser totalmente fechados para evitar qualquer possibilidade de atingir os rotores pelas aberturas de descarga e alimentação. O projeto das aberturas de alimentação em máquinas grandes deve ser tal que impeça a entrada de todo o corpo. Os rotores operam em alta velocidade e as tampas não devem ser removidas até que tenham parado. Onde as proteções de intertravamento são instaladas, elas devem impedir o contato com as lâminas até que tenham parado completamente.
Perigos de incêndio e explosão
Os plásticos são materiais combustíveis, embora nem todos os polímeros suportem a combustão. Na forma de pó finamente dividido, muitos podem formar concentrações explosivas no ar. Onde houver risco, os pós devem ser controlados, preferencialmente em um sistema fechado, com painéis de alívio suficientes ventilando a baixa pressão (cerca de 0.05 bar) para um local seguro. A limpeza escrupulosa é essencial para evitar acúmulos nas salas de trabalho que podem se espalhar pelo ar e causar uma explosão secundária.
Os polímeros podem estar sujeitos a degradação térmica e pirólise a temperaturas não muito acima das temperaturas normais de processamento. Nessas circunstâncias, pressões suficientes podem se acumular no barril de uma extrusora, por exemplo, para ejetar plástico derretido e qualquer tampão sólido de plástico causando um bloqueio inicial.
Líquidos inflamáveis são comumente usados nesta indústria, por exemplo, como tintas, adesivos, agentes de limpeza e em soldagem com solvente. As resinas de fibra de vidro (poliéster) também liberam vapores de estireno inflamáveis. Os estoques desses líquidos devem ser reduzidos ao mínimo na sala de trabalho e armazenados em local seguro quando não estiverem em uso. As áreas de armazenamento devem incluir locais seguros ao ar livre ou uma loja resistente ao fogo.
Os peróxidos usados na fabricação de resinas de plástico reforçado com fibra de vidro (GRP) devem ser armazenados separadamente de líquidos inflamáveis e outros materiais combustíveis e não devem ser submetidos a temperaturas extremas, pois são explosivos quando aquecidos.
Riscos para a saúde
Há uma série de riscos potenciais à saúde associados ao processamento de plásticos. Os plásticos brutos raramente são usados sozinhos e precauções apropriadas devem ser tomadas em relação aos aditivos usados nas várias formulações. Os aditivos utilizados incluem sabões de chumbo em PVC e certos corantes orgânicos e de cádmio.
Existe um risco significativo de dermatite de líquidos e pós, geralmente de “produtos químicos reativos”, como resinas de fenol formaldeído (antes da reticulação), uretanos e resinas de poliéster insaturadas usadas na produção de produtos GRP. Deve-se usar roupas de proteção adequadas.
É possível que vapores sejam gerados a partir da degradação térmica de polímeros durante o processamento a quente. Controles de engenharia podem minimizar o problema. Cuidados especiais, no entanto, devem ser tomados para evitar a inalação de produtos de pirólise em condições adversas, por exemplo, purga do barril da extrusora. Condições de bom LEV podem ser necessárias. Ocorreram problemas, por exemplo, quando os operadores foram vencidos pelo gás ácido clorídrico e sofreram de “febre dos vapores de polímeros” após o superaquecimento do PVC e do politetrafluoretileno (PTFE), respectivamente. A caixa que acompanha detalha alguns produtos da decomposição química de plásticos.
Tabela 1. Produtos voláteis da decomposição de plásticos (componentes de referência)*
*Reproduzido de BIA 1997, com permissão.
Em muitos setores industriais, os plásticos estão sujeitos a tensões térmicas. As temperaturas variam de valores relativamente baixos no processamento de plásticos (por exemplo, 150 a 250 ºC) a casos extremos, por exemplo, onde chapas pintadas ou tubos revestidos de plástico são soldados). A questão que surge constantemente nesses casos é se concentrações tóxicas de produtos de pirólise voláteis ocorrem nas áreas de trabalho.
Para responder a esta pergunta, primeiro é preciso determinar as substâncias liberadas e depois medir as concentrações. Embora a segunda etapa seja, em princípio, viável, geralmente não é possível determinar os produtos de pirólise relevantes no campo. O Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA) tem, portanto, examinado este problema há anos e, no decorrer de muitos testes de laboratório, determinou produtos de decomposição voláteis para plásticos. Os resultados dos testes para os tipos individuais de plástico foram publicados (Lichtenstein e Quellmalz 1984, 1986a, 1986b, 1986c).
A seguir, um breve resumo dos resultados até o momento. Esta tabela é uma ajuda para todos aqueles que se deparam com a tarefa de medir concentrações de substâncias perigosas em áreas de trabalho relevantes. Os produtos de decomposição listados para os plásticos individuais podem servir como "componentes de referência". Deve ser lembrado, no entanto, que a pirólise pode dar origem a misturas altamente complexas de substâncias, cujas composições dependem de muitos fatores.
A tabela, portanto, não pretende ser completa no que diz respeito aos produtos de pirólise listados como componentes de referência (todos determinados em experimentos de laboratório). A ocorrência de outras substâncias com potencial risco à saúde não pode ser descartada. É praticamente impossível registrar completamente todas as substâncias que ocorrem.
Plástico |
Abreviação |
Substâncias voláteis |
Polioximetileno |
POM |
Formaldeído |
Resinas epóxi à base de |
Fenol |
|
Borracha de cloropreno |
CR |
Cloropreno(2-clorobuta-1,3-dieno), |
Poliestireno |
PS |
Estireno |
Acrilonitrila-butadieno-estireno- |
ABS |
Estireno, 1,3-butadieno, acrilonitrila |
Copolímero de estireno-acrilonitrila |
SAN |
acrilonitrila, estireno |
Policarbonatos |
PC |
Fenol |
Cloreto de polivinila |
PVC |
Cloreto de hidrogénio, plastificantes |
Poliamida 6 |
AP 6 |
e-caprolactama |
Poliamida 66 |
AP 66 |
ciclopentanona, |
polietileno |
PEAD, PEBD |
Hidrocarbonetos alifáticos insaturados, |
Politetrafluoretileno |
PTFE |
Insaturado perfluorado |
Metacrilato de polimetil |
PMMA |
Metacrilato de metilo |
Poliuretano |
PUR |
Dependendo do tipo, variando amplamente |
polipropileno |
PP |
Alifático insaturado e saturado |
entereftalato de polibutila |
PBTP |
1,3-butadieno, benzeno |
Poliacrilonitrila |
PAN |
Acrilonitrila, cianeto de hidrogênio2 |
Acetato de celulose |
CA |
Ácido acético |
Norberto Lichtenstein
1 O uso é descontinuado.
2 Não foi possível detectar com a técnica analítica utilizada (GC/MS), mas é conhecido na literatura.
Existe também o perigo de inalação de vapores tóxicos de certas resinas termofixas. A inalação de isocianatos usados com resinas de poliuretano pode levar a pneumonia química e asma grave e, uma vez sensibilizadas, as pessoas devem ser transferidas para trabalhos alternativos. Existe um problema semelhante com as resinas de formaldeído. Em ambos os exemplos, é necessário um alto padrão de LEV. Na fabricação de artigos GRP, são liberadas quantidades significativas de vapor de estireno e este trabalho deve ser feito em condições de boa ventilação geral na sala de trabalho.
Existem também certos perigos que são comuns a uma série de indústrias. Isso inclui o uso de solventes para diluição ou para os fins mencionados anteriormente. Os hidrocarbonetos clorados são comumente usados para limpeza e colagem e, sem exaustão adequada, as pessoas podem sofrer de narcose.
A eliminação de resíduos de plásticos por queima deve ser feita sob condições cuidadosamente controladas; por exemplo, PTFE e uretanos devem estar em uma área onde os vapores são ventilados para um local seguro.
Níveis de ruído muito altos são geralmente obtidos durante o uso de granuladores, o que pode levar à perda de audição dos operadores e pessoas que trabalham nas proximidades. Este perigo pode ser limitado separando este equipamento de outras áreas de trabalho. Preferencialmente os níveis de ruído devem ser reduzidos na fonte. Isso foi alcançado com sucesso revestindo o granulador com material anti-ruído e instalando defletores na abertura de alimentação. Também pode haver risco de audição criado pelo som audível produzido por máquinas de solda ultrassônica como acompanhamento normal das energias ultrassônicas. Invólucros adequados podem ser projetados para reduzir os níveis de ruído recebidos e podem ser intertravados para evitar um risco mecânico. Como padrão mínimo, as pessoas que trabalham em áreas com alto nível de ruído devem usar proteção auditiva adequada e deve haver um programa de conservação auditiva adequado, incluindo testes audiométricos e treinamento.
Queimaduras também são um perigo. Alguns aditivos e catalisadores para produção e processamento de plásticos podem ser altamente reativos em contato com o ar e a água e podem facilmente causar queimaduras químicas. Onde quer que termoplásticos fundidos estejam sendo manuseados ou transportados, existe o perigo de respingos de material quente e consequentes queimaduras. A gravidade dessas queimaduras pode ser aumentada pela tendência de termoplásticos quentes, como cera quente, aderirem à pele.
Os peróxidos orgânicos são irritantes e podem causar cegueira se espirrarem nos olhos. Deve-se usar proteção adequada para os olhos.
Evolução e Perfil
A biotecnologia pode ser definida como a aplicação de sistemas biológicos a processos técnicos e industriais. Abrange organismos tradicionais e geneticamente modificados. A biotecnologia tradicional é o resultado da hibridação clássica, acasalamento ou cruzamento de vários organismos para criar novos organismos que são usados há séculos para produzir pão, cerveja, queijo, soja, saquê, vitaminas, plantas híbridas e antibióticos. Mais recentemente, vários organismos também têm sido usados para tratar águas residuais, esgoto humano e resíduos tóxicos industriais.
A biotecnologia moderna combina os princípios da química e das ciências biológicas (biologia molecular e celular, genética, imunologia) com disciplinas tecnológicas (engenharia, informática) para produzir bens e serviços e para a gestão ambiental. A biotecnologia moderna utiliza enzimas de restrição para cortar e colar informações genéticas, DNA, de um organismo para outro fora das células vivas. O DNA composto é então reintroduzido nas células hospedeiras para determinar se a característica desejada é expressa. A célula resultante é chamada de clone modificado, recombinante ou organismo geneticamente manipulado (OGM). A “moderna” indústria da biotecnologia nasceu em 1961-1965 com a quebra do código genético e cresceu dramaticamente desde os primeiros experimentos bem-sucedidos de clonagem de DNA em 1972.
Desde o início dos anos 1970, os cientistas entenderam que a engenharia genética é uma tecnologia extremamente poderosa e promissora, mas que há riscos potencialmente sérios a serem considerados. Já em 1974, os cientistas pediram uma moratória mundial sobre tipos específicos de experimentos, a fim de avaliar os riscos e elaborar diretrizes apropriadas para evitar perigos biológicos e ecológicos (Committee on Recombinant DNA Molecules, National Research Council, National Academy of Sciences 1974 ). Algumas das preocupações expressas envolviam a potencial “fuga de vetores que poderiam iniciar um processo irreversível, com potencial para criar problemas muitas vezes maiores do que os decorrentes da multiplicidade de recombinações genéticas que ocorrem espontaneamente na natureza”. Havia preocupações de que “microorganismos com genes transplantados poderiam ser perigosos para o homem ou outras formas de vida. O dano pode ocorrer se a célula hospedeira alterada tiver uma vantagem competitiva que promova sua sobrevivência em algum nicho dentro do ecossistema” (NIH 1976). Também foi bem entendido que os trabalhadores de laboratório seriam os “canários na mina de carvão” e alguma tentativa deveria ser feita para proteger os trabalhadores, bem como o meio ambiente, de perigos desconhecidos e potencialmente graves.
Uma conferência internacional em Asilomar, Califórnia, foi realizada em fevereiro de 1975. Seu relatório continha as primeiras diretrizes de consenso baseadas em estratégias de contenção biológica e física para controlar os perigos potenciais previstos na nova tecnologia. Certos experimentos foram julgados como apresentando perigos potenciais tão sérios que a conferência recomendou que não fossem conduzidos naquela época (NIH 1976). O seguinte trabalho foi originalmente banido:
Nos Estados Unidos, as primeiras diretrizes do National Institutes of Health (NIHG) foram publicadas em 1976, substituindo as diretrizes de Asilomar. Esses NIHG permitiram que a pesquisa prosseguisse classificando os experimentos por classes de risco com base nos riscos associados à célula hospedeira, sistemas vetoriais que transportam genes para as células e inserções de genes, permitindo ou restringindo a condução dos experimentos com base na avaliação de risco. A premissa básica do NIHG - fornecer proteção ao trabalhador e, por extensão, segurança da comunidade - permanece em vigor até hoje (NIH 1996). O NIHG é atualizado regularmente e evoluiu para ser um padrão de prática amplamente aceito para biotecnologia nos EUA. A conformidade é exigida de instituições que recebem financiamento federal, bem como por muitos decretos municipais ou municipais. O NIHG fornece uma base para regulamentações em outros países ao redor do mundo, incluindo a Suíça (SCBS 1995) e o Japão (National Institute of Health 1996).
Desde 1976, o NIHG foi expandido para incorporar considerações de contenção e aprovação para novas tecnologias, incluindo instalações de produção em larga escala e propostas de terapia genética somática de plantas, animais e humanos. Alguns dos experimentos originalmente proibidos agora são permitidos com aprovação específica do NIH ou com práticas de contenção específicas.
Em 1986, o Escritório de Política Científica e Tecnológica dos Estados Unidos (OSTP) publicou sua Estrutura Coordenada para Regulamentação de Biotecnologia. Ele abordou a questão política subjacente de saber se os regulamentos existentes eram adequados para avaliar os produtos derivados das novas tecnologias e se os processos de revisão para pesquisa eram suficientes para proteger o público e o meio ambiente. As agências reguladoras e de pesquisa dos EUA (Environmental Protection Agency (EPA), Food and Drug Administration (FDA), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), NIH, US Department of Agriculture (USDA) e National Science Foundation (NSF)) concordaram em regulamentar produtos, não processos, e que novos regulamentos especiais não eram necessários para proteger os trabalhadores, o público ou o meio ambiente. A política foi estabelecida para operar os programas regulatórios de forma integrada e coordenada, minimizando a sobreposição e, na medida do possível, a responsabilidade pela aprovação do produto caberia a uma agência. As agências coordenariam esforços adotando definições consistentes e usando revisões científicas (avaliações de risco) de rigor científico comparável (OSHA 1984; OSTP 1986).
O NIHG e a Estrutura Coordenada forneceram um grau apropriado de discussão científica objetiva e participação pública, o que resultou no crescimento da biotecnologia dos EUA em uma indústria multibilionária. Antes de 1970, havia menos de 100 empresas envolvidas em todos os aspectos da biotecnologia moderna. Em 1977, outras 125 empresas se juntaram às fileiras; em 1983, mais 381 empresas elevaram o nível de investimento de capital privado para mais de US$ 1 bilhão. Em 1994, a indústria cresceu para mais de 1,230 empresas (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993), e a capitalização de mercado é de mais de US$ 6 bilhões.
O emprego nas empresas de biotecnologia dos Estados Unidos em 1980 era de cerca de 700 pessoas; em 1994, cerca de 1,300 empresas empregavam mais de 100,000 trabalhadores (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee, 1993). Além disso, existe toda uma indústria de apoio que fornece suprimentos (químicos, componentes de mídia, linhas de células), equipamentos, instrumentação e serviços (banco de células, validação, calibração) necessários para garantir a integridade da pesquisa e produção.
Em todo o mundo tem havido um grande nível de preocupação e ceticismo sobre a segurança da ciência e de seus produtos. O Conselho das Comunidades Européias (Parlamento das Comunidades Européias 1987) desenvolveu diretrizes para proteger os trabalhadores dos riscos associados à exposição a produtos biológicos (Conselho das Comunidades Européias 1990a) e colocar controles ambientais em atividades experimentais e comerciais, incluindo liberação deliberada. “Lançamento” inclui a comercialização de produtos que usam OGMs (Conselho das Comunidades Européias 1990b; Van Houten e Flemming 1993). Padrões e diretrizes pertencentes a produtos de biotecnologia dentro de organizações internacionais e multilaterais, como Organização Mundial da Saúde (OMS), Organização Internacional de Padrões (ISO), Comissão da Comunidade Européia, Organização para Alimentação e Agricultura (FAO) e Microbial Strains Data Network foram desenvolvidos ( OSTP 1986).
A moderna indústria de biotecnologia pode ser considerada em termos de quatro grandes setores da indústria, cada um com pesquisa e desenvolvimento (P&D) de laboratório, de campo e/ou clínico que dão suporte à produção real de bens e serviços.
Tabela 1. Microrganismos de importância industrial
Nome |
Organismo hospedeiro |
Uso |
Acetobacter aceti |
bactéria aeróbica |
Fermenta frutas |
Aspirgillus niger |
fungo assexuado |
Degrada matéria orgânica |
Aspirgillus oryzae |
fungo assexuado |
Usado na produção de missô, molho de soja e saquê |
Bacilo licheniformis |
Bactéria |
Produtos químicos industriais e enzimas |
Bacilos subtilis |
Bactéria |
Produtos químicos, enzimas, fonte de proteína unicelular para consumo humano na Ásia |
Células de ovário de hampster chinês (CHO)* |
Cultura de células de mamífero |
Fabricação de biofármacos |
Clostridium acetobutílico |
Bactéria |
Butanol, produção de acetona |
Escherichia coli K-12* |
Cepa bacteriana |
Clonagem para fermentação, produção de produtos farmacêuticos e biológicos |
Penicillium roqueforti |
fungo assexuado |
Produção de queijo azul |
Saccharomyces cerevisiae* |
Levedura |
Clonagem para produção de cerveja |
Saccharomyces uvarum* |
Levedura |
Clonagem para bebidas alcoólicas e produção industrial de álcool |
* Importante para a biotecnologia moderna.
Trabalhadores de biotecnologia
A biotecnologia começa no laboratório de pesquisa e é uma ciência multidisciplinar. Biólogos moleculares e celulares, imunologistas, geneticistas, químicos de proteínas e peptídeos, bioquímicos e engenheiros bioquímicos estão mais diretamente expostos aos perigos reais e potenciais da tecnologia de DNA recombinante (rDNA). Outros trabalhadores que podem ser expostos menos diretamente a riscos biológicos de rDNA incluem pessoal de serviço e suporte, como técnicos de ventilação e refrigeração, prestadores de serviços de calibração e pessoal de limpeza. Em uma pesquisa recente com profissionais de saúde e segurança na indústria, descobriu-se que os trabalhadores expostos direta e indiretamente compreendem cerca de 30 a 40% da força de trabalho total em empresas comerciais típicas de biotecnologia (Lee e Ryan, 1996). A pesquisa em biotecnologia não se limita à “indústria”; é conduzido nas instituições acadêmicas, médicas e governamentais também.
Trabalhadores de laboratório de biotecnologia estão expostos a uma ampla variedade de produtos químicos perigosos e tóxicos, a riscos biológicos recombinantes e não recombinantes ou de “tipo selvagem”, patógenos humanos transmitidos pelo sangue e doenças zoonóticas, bem como materiais radioativos usados em experimentos de rotulagem. Além disso, distúrbios musculoesqueléticos e lesões por esforço repetitivo estão se tornando mais amplamente reconhecidos como riscos potenciais para os pesquisadores devido ao uso extensivo de computadores e micropipetas manuais.
Operadores de fabricação de biotecnologia também estão expostos a produtos químicos perigosos, mas não a variedade que se vê no ambiente de pesquisa. Dependendo do produto e do processo, pode haver exposição a radionuclídeos na fabricação. Mesmo no nível mais baixo de risco biológico, os processos de fabricação da biotecnologia são sistemas fechados e o potencial de exposição às culturas recombinantes é baixo, exceto no caso de acidentes. Nas instalações de produção biomédica, a aplicação das boas práticas de fabricação atuais complementa as diretrizes de biossegurança para proteger os trabalhadores no chão de fábrica. Os principais perigos para os trabalhadores de manufatura em operações de boas práticas de larga escala (GLSP) envolvendo organismos recombinantes não perigosos incluem lesões musculoesqueléticas traumáticas (por exemplo, dores nas costas e dores), queimaduras térmicas de linhas de vapor e queimaduras químicas de ácidos e cáusticos (ácido fosfórico , hidróxido de sódio e potássio) utilizados no processo.
Os profissionais de saúde, incluindo técnicos de laboratório clínico, são expostos a vetores de terapia gênica, excrementos e amostras de laboratório durante a administração de medicamentos e cuidados de pacientes inscritos nesses procedimentos experimentais. Empregadas domésticas também podem ser expostas. A proteção do trabalhador e do meio ambiente são dois pontos experimentais obrigatórios a serem considerados ao fazer a solicitação ao NIH para experimentos de terapia genética humana (NIH 1996).
Os trabalhadores agrícolas podem ter exposição grosseira a produtos recombinantes, plantas ou animais durante a aplicação de pesticidas, plantio, colheita e processamento. Independentemente do risco potencial de risco biológico decorrente da exposição a plantas e animais geneticamente modificados, os riscos físicos tradicionais envolvendo equipamentos agrícolas e criação de animais também estão presentes. Controles de engenharia, EPI, treinamento e supervisão médica são usados de acordo com os riscos previstos (Legaspi e Zenz 1994; Pratt e May 1994). EPI, incluindo macacões, respiradores, luvas utilitárias, óculos de proteção ou capuzes, são importantes para a segurança do trabalhador durante a aplicação, crescimento e colheita de plantas geneticamente modificadas ou organismos do solo.
Processos e Perigos
No processo biotecnológico do setor biomédico, células ou organismos, modificados de forma específica para produzir os produtos desejados, são cultivados em biorreatores de monocultura. Na cultura de células de mamíferos, o produto proteico é secretado das células para o meio nutriente circundante, e uma variedade de métodos de separação química (cromatografia de tamanho ou afinidade, eletroforese) pode ser usada para capturar e purificar o produto. Onde Escherichia coli organismos hospedeiros são usados em fermentações, o produto desejado é produzido dentro da membrana celular e as células devem ser fisicamente rompidas para colher o produto. A exposição a endotoxinas é um risco potencial desse processo. Freqüentemente, antibióticos são adicionados ao meio de produção para aumentar a produção do produto desejado ou manter a pressão seletiva em elementos de produção genética (plasmídeos) que de outra forma seriam instáveis. Sensibilidades alérgicas a esses materiais são possíveis. Em geral, são riscos de exposição a aerossóis.
Vazamentos e liberações de aerossóis são antecipados e a exposição potencial é controlada de várias maneiras. As penetrações nos vasos do reator são necessárias para fornecer nutrientes e oxigênio, para liberar o dióxido de carbono (CO2) e para monitorar e controlar o sistema. Cada penetração deve ser selada ou filtrada (0.2 mícron) para evitar a contaminação da cultura. A filtragem dos gases de exaustão também protege os trabalhadores e o ambiente na área de trabalho dos aerossóis gerados durante a cultura ou fermentação. Dependendo do potencial de risco biológico do sistema, a inativação biológica validada de efluentes líquidos (geralmente por calor, vapor ou métodos químicos) é uma prática padrão. Outros riscos potenciais na fabricação de biotecnologia são semelhantes aos de outras indústrias: ruído, proteção mecânica, queimaduras por vapor/calor, contato com corrosivos e assim por diante.
Enzimas e fermentação industrial são abordadas em outras partes deste enciclopédia e envolvem os processos, perigos e controles que são similares para sistemas de produção geneticamente modificados.
A agricultura tradicional depende do desenvolvimento de linhagens que utilizam o cruzamento tradicional de espécies de plantas relacionadas. A grande vantagem das plantas geneticamente modificadas é que o tempo entre as gerações e o número de cruzamentos necessários para obter a característica desejada são bastante reduzidos. Além disso, a dependência atualmente impopular de pesticidas e fertilizantes químicos (que contribuem para a poluição do escoamento) está favorecendo uma tecnologia que potencialmente tornará essas aplicações desnecessárias.
A biotecnologia vegetal envolve a escolha de uma espécie de planta geneticamente flexível e/ou financeiramente significativa para modificações. Como as células vegetais têm paredes celulares de celulose resistentes, os métodos usados para transferir DNA para células vegetais diferem daqueles usados para bactérias e linhas celulares de mamíferos no setor biomédico. Existem dois métodos principais usados para introduzir DNA modificado em células vegetais (Watrud, Metz e Fishoff 1996):
Tipo selvagem Agrobacterium tumefaciens é um patógeno natural de plantas que causa tumores de galhas em plantas danificadas. Essas cepas de vetores modificados e desarmados não causam a formação de tumores em plantas.
Após a transformação por qualquer um dos métodos, as células vegetais são diluídas, plaqueadas e cultivadas em meios de cultura de tecidos seletivos por um período relativamente longo (em comparação com as taxas de crescimento bacteriano) em câmaras de crescimento vegetal ou incubadoras. As plantas regeneradas a partir do tecido tratado são transplantadas para o solo em câmaras de crescimento fechadas para posterior crescimento. Após atingirem a idade apropriada, eles são examinados quanto à expressão das características desejadas e então cultivados em estufas. São necessárias várias gerações de experimentos em casa de vegetação para avaliar a estabilidade genética da característica de interesse e gerar o estoque de sementes necessário para estudos posteriores. Os dados de impacto ambiental também são coletados durante esta fase do trabalho e enviados com propostas às agências reguladoras para aprovação de liberação de teste de campo aberto.
Controles: o exemplo dos Estados Unidos
O NIHG (NIH 1996) descreve uma abordagem sistemática para prevenir a exposição do trabalhador e a liberação ambiental de organismos recombinantes. Cada instituição (por exemplo, universidade, hospital ou laboratório comercial) é responsável por conduzir pesquisas de rDNA com segurança e em conformidade com o NIHG. Isso é realizado por meio de um sistema administrativo que define responsabilidades e exige avaliações de risco abrangentes por cientistas experientes e oficiais de biossegurança, implementação de controles de exposição, programas de vigilância médica e planejamento de emergência. Um Comitê Institucional de Biossegurança (IBC) fornece os mecanismos para revisão e aprovação de experimentos dentro da instituição. Em alguns casos, é necessária a aprovação do próprio NIH Recombinant Advisory Committee (RAC).
O grau de controle depende da gravidade do risco e é descrito em termos de designações de Nível de Biossegurança (BL) 1-4; BL1 sendo o menos restritivo e BL4 o mais. Diretrizes de contenção são dadas para pesquisa, pesquisa e desenvolvimento em larga escala (maior que 10 litros de cultura), produção em larga escala e experimentos com animais e plantas em grande e pequena escala.
O Apêndice G do NIHG (NIH 1996) descreve a contenção física em escala de laboratório. BL1 é apropriado para trabalhar com agentes de risco potencial desconhecido ou mínimo para o pessoal do laboratório ou para o meio ambiente. O laboratório não está separado dos padrões gerais de tráfego do edifício. O trabalho é conduzido em bancadas abertas. Nenhum dispositivo de contenção especial é necessário ou usado. O pessoal do laboratório é treinado em procedimentos de laboratório e supervisionado por um cientista com treinamento geral em microbiologia ou ciência relacionada.
BL2 é adequado para trabalhos envolvendo agentes de risco potencial moderado para pessoas e meio ambiente. O acesso ao laboratório é limitado quando o trabalho está sendo realizado, os trabalhadores têm treinamento específico no manuseio de agentes patogênicos e são orientados por cientistas competentes, e o trabalho que gera aerossóis é realizado em cabines de segurança biológica ou outros equipamentos de contenção. Este trabalho pode exigir vigilância médica ou vacinação conforme apropriado e determinado pelo IBC.
BL3 é aplicável quando o trabalho é realizado com agentes nativos ou exóticos que podem causar doenças graves ou potencialmente letais como resultado da exposição por inalação. Os trabalhadores têm treinamento específico e são supervisionados por cientistas competentes e experientes no manuseio desses agentes perigosos. Todos os procedimentos são feitos sob condições de contenção que requerem engenharia especial e EPI.
O BL4 é reservado para os agentes mais perigosos e exóticos que representam um alto risco individual e comunitário de doenças com risco de vida. Existem apenas alguns laboratórios BL4 no mundo.
O Apêndice K aborda a contenção física para atividades de pesquisa ou produção em volumes superiores a 10 l (grande escala). Como nas diretrizes de pequena escala, há uma hierarquia de requisitos de contenção do menor ao maior potencial de perigo: GLSP a BL3-Large-Scale (BL3-LS).
O NIHG, Apêndice P, abrange o trabalho com plantas em nível de bancada, câmara de crescimento e escala de estufa. Como observa a introdução: “O principal objetivo da contenção de plantas é evitar a transmissão não intencional de um genoma de planta contendo DNA recombinante, incluindo material hereditário nuclear ou organela ou liberação de organismos derivados de DNA recombinante associados a plantas. Em geral, esses organismos não representam ameaça à saúde humana ou aos animais superiores, a menos que sejam deliberadamente modificados para esse fim. No entanto, é possível a disseminação inadvertida de um patógeno grave de uma estufa para uma cultura agrícola local ou a introdução e estabelecimento não intencional de um organismo em um novo ecossistema” (NIH 1996). Nos Estados Unidos, a EPA e o Serviço de Inspeção Sanitária Animal e Vegetal (APHIS) do USDA são conjuntamente responsáveis pela avaliação de risco e pela revisão dos dados gerados antes da aprovação para testes de liberação de campo (EPA 1996; Foudin e Gay 1995). Questões como persistência e disseminação na água, ar e solo, por espécies de insetos e animais, a presença de outras culturas similares na área, estabilidade ambiental (geada ou sensibilidade ao calor) e competição com espécies nativas são avaliadas - muitas vezes primeiro na estufa (Liberman et al. 1996).
Os níveis de contenção de plantas para instalações e práticas também variam de BL1 a BL4. Experimentos típicos de BL1 envolvem autoclonagem. BL2 pode envolver a transferência de características de um patógeno para uma planta hospedeira. BL3 pode envolver a expressão de toxinas ou agentes perigosos para o meio ambiente. A proteção do trabalhador é alcançada em vários níveis por EPI e controles de engenharia, como estufas e headhouses com fluxo de ar direcional e filtros de ar particulado de alta eficiência (HEPA) para evitar a liberação de pólen. Dependendo do risco, a proteção ambiental e comunitária de agentes potencialmente perigosos pode ser alcançada por controles biológicos. Exemplos são uma característica sensível à temperatura, característica de sensibilidade a drogas ou necessidade nutricional não presente na natureza.
À medida que o conhecimento científico aumentava e a tecnologia avançava, esperava-se que o NIHG necessitasse de revisão e revisão. Nos últimos 20 anos, o RAC tem se reunido para analisar e aprovar propostas de mudanças. Por exemplo, o NIHG não emite mais proibições gerais sobre a liberação deliberada de organismos geneticamente modificados; lançamentos de testes de campo de produtos agrícolas e experimentos de terapia genética humana são permitidos em circunstâncias apropriadas e após avaliação de risco adequada. Uma alteração muito significativa no NIHG foi a criação da categoria de contenção GLSP. Ele relaxou os requisitos de contenção para “cepas recombinantes não patogênicas e não toxigênicas derivadas de organismos hospedeiros que têm uma longa história de uso seguro em larga escala ou que construíram limitações ambientais que permitem o crescimento ideal em ambiente de larga escala, mas com sobrevivência limitada sem consequências adversas para o meio ambiente” (NIH 1991). Esse mecanismo permitiu que a tecnologia avançasse sem deixar de considerar as necessidades de segurança.
Controles: o exemplo da Comunidade Européia
Em abril de 1990, a Comunidade Européia (CE) promulgou duas diretivas sobre o uso contido e a liberação deliberada no meio ambiente de OGMs. Ambas as diretivas exigem que os Estados-Membros assegurem que sejam tomadas todas as medidas adequadas para evitar efeitos adversos na saúde humana ou no ambiente, nomeadamente obrigando o utilizador a avaliar antecipadamente todos os riscos relevantes. Na Alemanha, a Lei de Tecnologia Genética foi aprovada em 1990, parcialmente em resposta às Diretivas da CE, mas também para responder a uma necessidade de autoridade legal para construir uma instalação experimental de produção de insulina recombinante (Reutsch e Broderick 1996). Na Suíça, os regulamentos são baseados no NIHG dos EUA, nas diretivas do Conselho da CE e na lei alemã sobre tecnologia genética. Os suíços exigem registro anual e atualizações de experimentos ao governo. Em geral, os padrões de rDNA na Europa são mais restritivos do que nos EUA, e isso contribuiu para que muitas empresas farmacêuticas européias transferissem a pesquisa de rDNA de seus países de origem. No entanto, os regulamentos suíços permitem uma categoria de nível 4 de segurança em grande escala, que não é permitida pelo NIHG (SCBS 1995).
Produtos de Biotecnologia
Alguns dos produtos biológicos e farmacêuticos produzidos com sucesso por biotecnologias de DNA recombinante incluem: insulina humana; hormônio de crescimento humano; vacinas contra hepatite; alfa-interferão; beta-interferão; gama-interferão; Fator estimulador de colônias de granulócitos; ativador de tecido plasminogênio; Fator estimulador de colônias de granulócitos-macrófagos; IL2; Eritropoietina; Crymax, produto inseticida para controle de lagartas em hortaliças; culturas de nozes e vinhas; Tomate Flavr Savr (TM); Chymogen, uma enzima que produz queijo; ATIII (antitrombina III), derivado do leite de cabra transgênico usado para prevenir coágulos sanguíneos em cirurgias; BST e PST (somatotropina bovina e suína) usados para aumentar a produção de leite e carne.
Problemas de saúde e padrões de doenças
Existem cinco riscos principais para a saúde decorrentes da exposição a microrganismos ou seus produtos em biotecnologia em escala industrial:
A infecção é improvável, uma vez que não patógenos são usados na maioria dos processos industriais. No entanto, é possível que microorganismos considerados inofensivos, como Pseudomonas e Aspergillus espécies podem causar infecção em indivíduos imunocomprometidos (Bennett 1990). A exposição à endotoxina, um componente da camada lipopolissacarídica da parede celular de todas as bactérias gram negativas, em concentrações superiores a cerca de 300 ng/m3 causa sintomas transitórios semelhantes aos da gripe (Balzer 1994). Trabalhadores de muitas indústrias, incluindo agricultura tradicional e biotecnologia, experimentaram os efeitos da exposição a endotoxinas. Reações alérgicas ao microrganismo ou produto também ocorrem em muitas indústrias. A asma ocupacional foi diagnosticada na indústria de biotecnologia para uma ampla gama de microrganismos e produtos, incluindo aspergillus niger, Penicillium spp. e proteases; algumas empresas observaram incidências em mais de 12% da força de trabalho. As reações tóxicas podem ser tão variadas quanto os organismos e produtos. Foi demonstrado que a exposição a antibióticos causa mudanças na flora microbiana no intestino. Os fungos são conhecidos por serem capazes de produzir toxinas e carcinógenos sob certas condições de crescimento (Bennett 1990).
Para lidar com a preocupação de que os trabalhadores expostos seriam os primeiros a desenvolver possíveis efeitos adversos à saúde com a nova tecnologia, a vigilância médica dos trabalhadores com rDNA faz parte do NIHG desde o início. Cabe às Comissões Institucionais de Biossegurança, em consulta com o médico do trabalho, definir, projeto a projeto, qual a vigilância médica adequada. Dependendo da identidade do agente específico, da natureza do risco biológico, das possíveis vias de exposição e da disponibilidade de vacinas, os componentes do programa de vigilância médica podem incluir exames físicos pré-colocação, exames periódicos de acompanhamento, vacinas específicas, avaliações de alergias e doenças, soros pré-exposição e pesquisas epidemiológicas.
Bennett (1990) acredita que é improvável que microorganismos geneticamente modificados representem mais uma infecção ou risco alérgico do que o organismo original, mas pode haver riscos adicionais do novo produto ou do rDNA. Um relatório recente observa que a expressão de um alérgeno da castanha-do-pará na soja transgênica pode causar efeitos inesperados na saúde de trabalhadores e consumidores (Nordlee et al. 1996). Outros novos perigos podem ser o uso de linhagens de células animais contendo oncogenes desconhecidos ou não detectados ou vírus potencialmente prejudiciais aos seres humanos.
É importante notar que os primeiros temores relativos à criação de espécies mutantes geneticamente perigosas ou supertoxinas não se concretizaram. A OMS descobriu que a biotecnologia não apresenta riscos diferentes de outras indústrias de processamento (Miller 1983) e, de acordo com Liberman, Ducatman e Fink (1990), “o consenso atual é que os riscos potenciais do rDNA foram exagerados inicialmente e que o os perigos associados a esta pesquisa são semelhantes aos associados ao organismo, vetor, DNA, solventes e aparato físico sendo usado”. Eles concluem que os organismos modificados estão fadados a apresentar perigos; no entanto, a contenção pode ser definida para minimizar a exposição.
É muito difícil identificar exposições ocupacionais específicas para a indústria de biotecnologia. “Biotecnologia” não é uma indústria separada com um código distinto de Classificação Industrial Padrão (SIC); em vez disso, é visto como um processo ou conjunto de ferramentas usadas em muitas aplicações industriais. Consequentemente, quando os acidentes e exposições são relatados, os dados dos casos envolvendo trabalhadores da biotecnologia são incluídos entre os dados de todos os outros que ocorrem no setor da indústria receptora (por exemplo, agricultura, indústria farmacêutica ou saúde). Além disso, sabe-se que incidentes e acidentes de laboratório são subnotificados.
Poucas doenças especificamente devidas a DNA geneticamente alterado foram relatadas; no entanto, eles não são desconhecidos. Pelo menos uma infecção local documentada e soroconversão foi relatada quando um trabalhador sofreu uma picada de agulha contaminada com um vetor vaccinia recombinante (Openshaw et al. 1991).
Problemas de política
Na década de 1980, os primeiros produtos da biotecnologia surgiram nos Estados Unidos e na Europa. A insulina geneticamente modificada foi aprovada para uso em 1982, assim como uma vacina geneticamente modificada contra a doença dos porcos “diarreia” (Sattelle 1991). Foi demonstrado que a somatotropina bovina recombinante (BST) aumenta a produção de leite de uma vaca e o peso do gado de corte. Preocupações foram levantadas sobre saúde pública e segurança do produto e se os regulamentos existentes eram adequados para lidar com essas preocupações em todas as diferentes áreas onde os produtos da biotecnologia poderiam ser comercializados. O NIHG fornece proteção aos trabalhadores e ao meio ambiente durante as fases de pesquisa e desenvolvimento. A segurança e eficácia do produto não são responsabilidade do NIHG. Nos EUA, por meio do Coordinated Framework, os riscos potenciais dos produtos da biotecnologia são avaliados pela agência mais apropriada (FDA, EPA ou USDA).
O debate sobre a segurança da engenharia genética e dos produtos da biotecnologia continua (Thomas e Myers 1993), especialmente no que diz respeito a aplicações agrícolas e alimentos para consumo humano. Os consumidores de algumas áreas querem produtos rotulados para identificar quais são os híbridos tradicionais e quais são derivados da biotecnologia. Certos fabricantes de produtos lácteos se recusam a usar leite de vacas recebendo BST. É proibido em alguns países (por exemplo, Suíça). A FDA considerou os produtos seguros, mas também há questões econômicas e sociais que podem não ser aceitáveis para o público. A BST pode, de fato, criar uma desvantagem competitiva para fazendas menores, a maioria das quais são familiares. Ao contrário das aplicações médicas, onde pode não haver alternativa ao tratamento geneticamente modificado, quando os alimentos tradicionais estão disponíveis e são abundantes, o público é a favor da hibridização tradicional em relação aos alimentos recombinantes. No entanto, ambientes hostis e a atual escassez mundial de alimentos podem mudar essa atitude.
Novas aplicações da tecnologia para a saúde humana e doenças hereditárias reviveram as preocupações e criaram novas questões éticas e sociais. O Projeto Genoma Humano, que começou no início dos anos 1980, produzirá um mapa físico e genético do material genético humano. Este mapa fornecerá aos pesquisadores informações para comparar a expressão gênica “saudável ou normal” e “doente” para melhor entender, prever e apontar curas para os defeitos genéticos básicos. As tecnologias do Genoma Humano produziram novos testes de diagnóstico para a doença de Huntington, fibrose cística e câncer de mama e cólon. Espera-se que a terapia genética humana somática corrija ou melhore os tratamentos para doenças hereditárias. A “impressão digital” do DNA por mapeamento de polimorfismo de fragmentos de restrição de material genético é usada como prova forense em casos de estupro, sequestro e homicídio. Pode ser usado para provar (ou, tecnicamente, refutar) a paternidade. Também pode ser usado em áreas mais controversas, como para avaliar as chances de desenvolver câncer e doenças cardíacas para cobertura de seguro e tratamentos preventivos ou como evidência em tribunais de crimes de guerra e como “dogtags” genéticos nas forças armadas.
Embora tecnicamente viável, o trabalho em experimentos de linhagem germinativa humana (transmissível de geração em geração) não foi considerado para aprovação nos EUA devido a sérias considerações sociais e éticas. No entanto, audiências públicas estão planejadas nos Estados Unidos para reabrir a discussão sobre a terapia de linhagem germinativa humana e as melhorias desejáveis de características não associadas a doenças.
Finalmente, além das questões de segurança, sociais e éticas, as teorias legais sobre a propriedade de genes e DNA e a responsabilidade pelo uso ou uso indevido ainda estão evoluindo.
As implicações de longo prazo da liberação ambiental de vários agentes precisam ser seguidas. Novas questões de contenção biológica e gama de hospedeiros surgirão para o trabalho que é cuidadosamente e adequadamente controlado no ambiente de laboratório, mas para o qual todas as possibilidades ambientais não são conhecidas. Os países em desenvolvimento, onde podem não existir conhecimento científico adequado e/ou agências reguladoras, podem se ver relutantes ou incapazes de assumir a avaliação de risco para seu ambiente específico. Isso poderia levar a restrições desnecessárias ou a uma política imprudente de “portas abertas”, ambas as quais poderiam ser prejudiciais ao benefício de longo prazo do país (Ho 1996).
Além disso, é importante ter cuidado ao introduzir agentes agrícolas modificados em novos ambientes onde não há gelo ou outras pressões naturais de contenção. Populações indígenas ou trocadores naturais de informações genéticas irão acasalar com agentes recombinantes na natureza, resultando na transferência de características modificadas? Essas características seriam prejudiciais em outros agentes? Qual seria o efeito para os administradores de tratamento? As reações imunes limitarão a propagação? Os agentes vivos projetados são capazes de cruzar as barreiras das espécies? Eles persistem no ambiente de desertos, montanhas, planícies e cidades?
Sumário
A biotecnologia moderna nos Estados Unidos desenvolveu-se sob diretrizes consensuais e regulamentos locais desde o início dos anos 1970. Um exame cuidadoso não mostrou traços inesperados e incontroláveis expressos por um organismo recombinante. É uma tecnologia útil, sem a qual muitas melhorias médicas baseadas em proteínas terapêuticas naturais não seriam possíveis. Em muitos países desenvolvidos, a biotecnologia é uma grande força econômica e toda uma indústria cresceu em torno da revolução da biotecnologia.
As questões médicas para os trabalhadores de biotecnologia estão relacionadas aos riscos específicos do hospedeiro, vetor e DNA e às operações físicas realizadas. Até agora, a doença do trabalhador pode ser evitada por engenharia, práticas de trabalho, vacinas e controles de contenção biológica específicos para o risco, avaliados caso a caso. E a estrutura administrativa está pronta para fazer avaliações prospectivas de risco para cada novo protocolo experimental. Se este histórico de segurança continua na liberação ambiental de materiais viáveis é uma questão de avaliação contínua dos potenciais riscos ambientais - persistência, disseminação, trocadores naturais, características da célula hospedeira, especificidade do intervalo de hospedeiros para agentes de transferência usados, natureza do gene inserido e assim por diante. Isso é importante considerar para todos os possíveis ambientes e espécies afetadas, a fim de minimizar as surpresas que a natureza costuma apresentar.
Adaptado da 3ª edição, “Enciclopédia de Saúde e Segurança Ocupacional”.
A indústria pirotécnica pode ser definida como a fabricação de artigos pirotécnicos (fogos de artifício) para entretenimento, para uso técnico e militar em sinalização e iluminação, para uso como pesticidas e para diversos outros fins. Estes artigos contêm substâncias pirotécnicas constituídas por pós ou composições pastosas que são moldadas, compactadas ou comprimidas conforme necessário. Quando eles são acesos, a energia que eles contêm é liberada para dar efeitos específicos, como iluminação, detonação, assobios, gritos, formação de fumaça, combustão lenta, propulsão, ignição, priming, disparo e desintegração. A substância pirotécnica mais importante ainda é a pólvora negra (pólvora, composta por carvão, enxofre e nitrato de potássio), que pode ser usada solta para detonação, compactada para propulsão ou tiro, ou tamponada com carvão de madeira como primer.
Processos
As matérias-primas utilizadas na fabricação de pirotecnia devem ser muito puras, livres de todas as impurezas mecânicas e (principalmente) livres de ingredientes ácidos. Isso também se aplica a materiais subsidiários como papel, papelão e cola. A Tabela 1 lista matérias-primas comuns usadas na fabricação de pirotecnia.
Tabela 1. Matérias-primas utilizadas na fabricação de pirotecnia
Produtos |
Matéria prima |
Explosivos |
Nitrocelulose (lã de colódio), fulminato de prata, pó preto |
Materiais combustíveis |
Resina acaróide, dextrina, ácido gálico, goma arábica, madeira, carvão, |
materiais oxidantes |
Clorato de potássio, clorato de bário, potássio, perclorato, bário |
Materiais de tingimento de chamas |
Carbonato de bário (verde), criolita (amarelo), cobre, amônio |
Materiais inertes |
Tristearato de glicerila, parafina, terra de diatomáceas, cal, giz. |
Depois de secas, moídas e peneiradas, as matérias-primas são pesadas e misturadas em um prédio especial. Antigamente, eles eram sempre misturados à mão, mas nas fábricas modernas, misturadores mecânicos são frequentemente usados. Após a mistura, as substâncias devem ser mantidas em depósitos especiais para evitar acúmulos nas salas de trabalho. Apenas as quantidades necessárias para as operações de processamento reais devem ser levadas desses edifícios para as salas de trabalho.
As caixas para artigos pirotécnicos podem ser de papel, papelão, material sintético ou metal. O método de embalagem varia. Por exemplo, para detonação, a composição é derramada solta em uma caixa e selada, enquanto que para propulsão, iluminação, grito ou assobio ela é despejada solta na caixa e depois compactada ou comprimida e selada.
A compactação ou compressão antigamente era feita por golpes de um martelo em uma ferramenta de “assentamento” de madeira, mas esse método raramente é empregado em instalações modernas; prensas hidráulicas ou prensas de pastilhas rotativas são usadas em seu lugar. As prensas hidráulicas permitem que a composição seja comprimida simultaneamente em vários casos.
Substâncias de iluminação são frequentemente moldadas quando molhadas para formar estrelas, que são então secas e colocadas em caixas para foguetes, bombas e assim por diante. Substâncias feitas por um processo úmido devem ser bem secas ou podem inflamar espontaneamente.
Uma vez que muitas substâncias pirotécnicas são difíceis de inflamar quando comprimidas, os artigos pirotécnicos em questão são fornecidos com um ingrediente intermediário ou primário para garantir a ignição; o caso é então selado. O artigo é inflamado do lado de fora por um fósforo rápido, um fusível, um raspador ou, às vezes, por uma cápsula de percussão.
Riscos
Os perigos mais importantes na pirotecnia são claramente o fogo e a explosão. Devido ao pequeno número de máquinas envolvidas, os riscos mecânicos são menos importantes; eles são semelhantes aos de outras indústrias.
A sensibilidade da maioria das substâncias pirotécnicas é tal que, na forma solta, elas podem ser facilmente incendiadas por golpes, fricção, faíscas e calor. Apresentam riscos de incêndio e explosão e são considerados explosivos. Muitas substâncias pirotécnicas têm o efeito explosivo de explosivos comuns, e os trabalhadores podem ter suas roupas ou corpo queimados por chamas.
Durante o processamento de substâncias tóxicas usadas em pirotecnia (por exemplo, compostos de chumbo e bário e arsenito de acetato de cobre), pode haver risco à saúde devido à inalação do pó durante a pesagem e mistura.
Medidas de Segurança e Saúde
Somente pessoas confiáveis devem ser empregadas na fabricação de substâncias pirotécnicas. Jovens menores de 18 anos não devem ser empregados. Instrução adequada e supervisão dos trabalhadores são necessárias.
Antes de qualquer processo de fabricação é importante verificar a sensibilidade das substâncias pirotécnicas ao atrito, impacto e calor, e também a sua ação explosiva. A natureza do processo de fabricação e as quantidades permitidas nas salas de trabalho e nos edifícios de armazenamento e secagem dependerão dessas propriedades.
As seguintes precauções fundamentais devem ser tomadas na fabricação de substâncias e artigos pirotécnicos:
As seguintes distâncias são recomendadas:
As distâncias entre os locais de trabalho podem ser reduzidas em circunstâncias favoráveis e se forem construídas paredes de proteção entre eles.
Devem ser previstos edifícios separados para os seguintes fins: armazenamento e preparação de matérias-primas, mistura, armazenamento de composições, processamento (embalagem, compactação ou compressão), secagem, acabamento (colar, envernizar, embalar, parafinar, etc.), secar e armazenar o artigos acabados e armazenamento de pólvora negra.
As seguintes matérias-primas devem ser armazenadas em salas isoladas: cloratos e percloratos, perclorato de amônio; nitratos, peróxidos e outras substâncias oxidantes; metais leves; substâncias combustíveis; líquidos inflamáveis; fósforo vermelho; nitrocelulose. A nitrocelulose deve ser mantida úmida. Os pós metálicos devem ser protegidos contra humidade, óleos gordos e gorduras. Os oxidantes devem ser armazenados separadamente de outros materiais.
Projeto de construção
Para a mistura, os edifícios do tipo ventilação de explosão (três paredes resistentes, telhado resistente e uma parede de ventilação de plástico) são os mais adequados. É aconselhável uma parede protetora em frente à parede do respiradouro. Salas de mistura para substâncias contendo cloratos não devem ser usadas para substâncias contendo metais ou sulfeto de antimônio.
Para a secagem, edifícios com área de ventilação de explosão e edifícios cobertos com terra e providos de parede de ventilação de explosão mostraram-se satisfatórios. Eles devem ser cercados por um aterro. Em estufas de secagem é aconselhável uma temperatura ambiente controlada de 50 ºC.
Nos edifícios de processamento devem existir salas separadas para: enchimento; comprimir ou compactar; cortar, “sufocar” e fechar os casos; envernizamento de substâncias pirotécnicas moldadas e comprimidas; priming substâncias pirotécnicas; armazenamento de substâncias pirotécnicas e produtos intermediários; embalagem; e armazenar substâncias embaladas. Uma fileira de edifícios com áreas de ventilação de explosão foi considerada a melhor. A resistência das paredes intermediárias deve ser adequada à natureza e quantidade das substâncias manuseadas.
A seguir estão as regras básicas para edifícios nos quais materiais potencialmente explosivos são usados ou presentes:
Equipamentos necessários
As prensas mecânicas devem ter telas ou paredes de proteção para que, em caso de incêndio, os trabalhadores não corram perigo e o fogo não se espalhe para os locais de trabalho vizinhos. Se grandes quantidades de materiais forem manuseadas, as prensas devem estar em salas isoladas e operadas de fora. Nenhuma pessoa deve permanecer na sala de imprensa.
Os aparelhos de extinção de incêndio devem ser fornecidos em quantidade suficiente, marcados de forma visível e verificados em intervalos regulares. Devem ser adequados à natureza dos materiais presentes. Os extintores de incêndio Classe D devem ser usados para queimar pó metálico, não água, espuma, pó químico seco ou dióxido de carbono. Chuveiros, cobertores de lã e cobertores retardadores de fogo são recomendados para extinguir roupas em chamas.
As pessoas que entram em contato com substâncias pirotécnicas ou podem ser ameaçadas por chamas devem usar roupas de proteção adequadas resistentes ao fogo e ao calor. A roupa deve ser limpa diariamente em local designado para o efeito para remover quaisquer contaminantes.
Medidas devem ser tomadas na empresa para prestar primeiros socorros em caso de acidentes.
Materiais
Resíduos perigosos com propriedades diferentes devem ser coletados separadamente. Os recipientes de lixo devem ser esvaziados diariamente. Até à sua destruição, os resíduos recolhidos devem ser guardados num local protegido a pelo menos 15 m de qualquer edifício. Os produtos defeituosos e os produtos intermediários devem, em regra, ser tratados como resíduos. Eles só devem ser reprocessados se isso não criar nenhum risco.
Quando materiais prejudiciais à saúde são processados, o contato direto com eles deve ser evitado. Gases, vapores e poeiras nocivos devem ser eliminados de forma eficaz e segura. Se os sistemas de exaustão forem inadequados, deve-se usar equipamento de proteção respiratória. Roupas de proteção adequadas devem ser fornecidas.
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