A intensificação de processos utilizando microtecnologia apresenta um conceito inovador na geração de produtos e especialidades químicas, principalmente para produtos farmacêuticos, alimentícios e cosméticos, pois utiliza no processo produtivo uma nova geração de equipamentos e suas respectivas técnicas de fabricação. Nesse novo conceito, os processos utilizam sistemas modulares de reação e de processos de separação, composto de sistemas modulares seqüenciais de equipamentos miniaturizados. O efeito é similar ao de se instalar um grande conjunto de pequenos sistemas de produção operando em paralelo, e a capacidade industrial é adequada pelo número de unidades básicas.
A miniaturização de processos permite obter uma série de vantagens sobre os processos convencionais, tais como:
Continuidade de processamento: os processos miniaturizados viabilizam a mudança de processamento em batelada para processamento contínuo, com produção 24 horas, tendo como resultado melhor aproveitamento de insumos e redução de custos de produção.
Facilidade de escalonamento: o escalonamento do processo (scale-up) é muito mais fácil e rápido que nos processos convencionais pois, além de evitar a etapa de testes em escala piloto, o escalonamento é feito pelo aumento de unidades produtivas básicas.
Melhoria de processos químicos: a miniaturização de reatores químicos oferece o controle do ambiente de reação de forma muito precisa, permitindo produção contínua com melhores características, tais como: aumento do controle do processo e consequente redução de subprodutos de reação; melhor aproveitamento dos insumos; redução de aditivos; aumento da pureza do produto; redução de custos de separação e diminuição de perdas de energia e de efluentes de processo.
Produtos novos ou aprimorados: a intensificação de processos pela miniaturização possibilita a criação de produtos que não podem ser fabricados de forma segura ou controlada de outras maneiras, devido a taxas de reação muito elevadas, reações altamente exotérmicas ou reagentes perigosos. Por conta do tamanho dos reatores, é possível trabalhar em condições mais controladas.
Aumento de Segurança: os processos miniaturizados apresentam características mais seguras, como redução do volume total de materiais potencialmente perigosos e controle mais preciso de reações muito rápidas ou perigosas.
Benefícios Energéticos e Ambientais: muitas das aplicações de intensificação de processos oferecem oportunidades para economia de energia (no caso dos micromisturadores de 50%) e benefícios ambientais, especialmente em termos de desenvolvimento sustentável.
Produtos assépticos: a fabricação dos sistemas miniaturizados permite o uso de materiais esterilizáveis, diminuindo o risco de contaminação.
Facilidade de manutenção associado à redução de custos: devido ao seu caráter modular, a manutenção pode ser realizada pela substituição do módulo com problema, sem a necessidade de parar os demais módulos; ou seja, os custos de manutenção e as perdas por paradas forçadas são diminuídos com esta abordagem.
Redução de custos de capital: devido a sua abordagem modular, estes sistemas apresentam uma redução substancial do capital investido em edificações, estruturas de suporte de equipamentos, montagem e instrumentação, o que pode reduzir os custos de apólices de seguro, já que muitos dos sistemas são intrinsecamente seguros.
Tecnologia que permite integração: a tecnologia de cerâmicas multicamada (LTCC), empregada na produção dos microssistemas, permite a integração de sensores, atuadores e eletrônica para realizar funções de controle do processo, diminuindo o custo da instrumentação global do sistema de produção.
Nessa área, o IPT está focado nos seguintes temas:
A miniaturização de processos permite obter uma série de vantagens sobre os processos convencionais, tais como:
Continuidade de processamento: os processos miniaturizados viabilizam a mudança de processamento em batelada para processamento contínuo, com produção 24 horas, tendo como resultado melhor aproveitamento de insumos e redução de custos de produção.
Facilidade de escalonamento: o escalonamento do processo (scale-up) é muito mais fácil e rápido que nos processos convencionais pois, além de evitar a etapa de testes em escala piloto, o escalonamento é feito pelo aumento de unidades produtivas básicas.
Melhoria de processos químicos: a miniaturização de reatores químicos oferece o controle do ambiente de reação de forma muito precisa, permitindo produção contínua com melhores características, tais como: aumento do controle do processo e consequente redução de subprodutos de reação; melhor aproveitamento dos insumos; redução de aditivos; aumento da pureza do produto; redução de custos de separação e diminuição de perdas de energia e de efluentes de processo.
Produtos novos ou aprimorados: a intensificação de processos pela miniaturização possibilita a criação de produtos que não podem ser fabricados de forma segura ou controlada de outras maneiras, devido a taxas de reação muito elevadas, reações altamente exotérmicas ou reagentes perigosos. Por conta do tamanho dos reatores, é possível trabalhar em condições mais controladas.
Aumento de Segurança: os processos miniaturizados apresentam características mais seguras, como redução do volume total de materiais potencialmente perigosos e controle mais preciso de reações muito rápidas ou perigosas.
Benefícios Energéticos e Ambientais: muitas das aplicações de intensificação de processos oferecem oportunidades para economia de energia (no caso dos micromisturadores de 50%) e benefícios ambientais, especialmente em termos de desenvolvimento sustentável.
Produtos assépticos: a fabricação dos sistemas miniaturizados permite o uso de materiais esterilizáveis, diminuindo o risco de contaminação.
Facilidade de manutenção associado à redução de custos: devido ao seu caráter modular, a manutenção pode ser realizada pela substituição do módulo com problema, sem a necessidade de parar os demais módulos; ou seja, os custos de manutenção e as perdas por paradas forçadas são diminuídos com esta abordagem.
Redução de custos de capital: devido a sua abordagem modular, estes sistemas apresentam uma redução substancial do capital investido em edificações, estruturas de suporte de equipamentos, montagem e instrumentação, o que pode reduzir os custos de apólices de seguro, já que muitos dos sistemas são intrinsecamente seguros.
Tecnologia que permite integração: a tecnologia de cerâmicas multicamada (LTCC), empregada na produção dos microssistemas, permite a integração de sensores, atuadores e eletrônica para realizar funções de controle do processo, diminuindo o custo da instrumentação global do sistema de produção.
Nessa área, o IPT está focado nos seguintes temas:
- Sistemas para geração de emulsões simples e duplas, usando técnicas microfluídicas
- Sistemas miniaturizados para obtenção de micro e nano partículas
- Dispositivos micromisturadores estáticos em fluxo contínuo
- Microrreatores químicos para diversos processos
- Dispositivos para microsseparação em fluxo contínuo
- Dispositivos para precipitação em fluxo contínuo
- Dispositivos microtrocadores de calor
- Microssensores físicos e eletroquímicos
