PROCESSOS QUIMICOS

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N O Ç Õ E S D E P R O C E S S A M E N T O Q U Í M I C O
Inspetor de Equipamentos
Professor: Christiano Meirelles
A Indústria Química
� Matéria - prima �Produto final.
� Bens de consumo: GLP, gasolina, diesel, óleos 
lubrificantes, etc.
� Bens de produção: papel, ácido sulfúrico, 
plásticos, etc. 
Processo químico: Conjunto de etapas que 
envolvem alterações na composição química 
e/ou alterações físicas no material que está 
sendo preparado, separado ou purificado.
Operação contínua e operação descontínua
� Descontínuos (Bateladas): as MP são 
misturadas e submetidas a condições de 
temperatura e pressão necessárias para que 
ocorra o processo e obtenha-se o produto final. 
Usual para pequenas escalas. Operação em 
regime transiente. 
• Regime permanente x Regime transiente
Operação contínua 
� As MP são transformadas ao longo do 
processo de forma contínua e controlada das 
variáveis temperatura e pressão. Regime 
estacionário obtido após a estabilização da 
planta. Em casos de partidas e paradas o 
regime é transiente.
Regime transiente
Regime permanente
Variáveis de processo
Vazão: quantidade de fluido que escoa numa tubulação 
ao longo do tempo. Medida indiretamente por 
diferencial de pressão entre dois pontos
Q= V/∆t ( volumétrica )
Pressão: força exercida sobre uma determinada área.
1. Pressão manométrica é a lida nos manômetros.
2. Pressão manométrica = zero, o equipamento está 
despressurizado
3. P=F/A
Variáveis de processo
Nível: altura do fluido contido em vaso ou tanque, 
pode ser medido por vasos comunicantes, ou 
propagação de ondas ou indiretamente por pressão 
hidrostática resultante
Temperatura: medida indireta da energia cinética 
média das partículas
Outras: pH, viscosidade, densidade
Operações Unitárias
Operações Unitárias
Operações que envolvem mudanças físicas no 
material, independentemente 
do material que está sendo processado.
•Mecânica dos fluidos
•Transmissão de calor
•Operações com agitação e mistura
•Operações de separação
•Operações com manuseio de sólidos
Processos Unitários
Diferentes tipos de reações químicas que ocorrem 
nos reatores.
O Petróleo
� O petróleo é uma substância oleosa, 
inflamável, menos densa que a água, com 
cheiro característico e de cor variando entre o 
negro e o castanho escuro.
� Análise Elementar de Óleo Cru Típico
ElementoElementoElementoElemento Porcentagem em PesoPorcentagem em PesoPorcentagem em PesoPorcentagem em Peso 
Carbono 84 - 87 
Hidrogênio 11 - 14 
Enxofre 0,06 - 2,0 
Nitrogênio 0,1 - 2,0 
Oxigênio 0,1 - 2,0 
 
História do Petróleo
Não se sabe quando despertaram a atenção do homem, mas o fato é que o petróleo, 
assim como o asfalto e o betume, eram conhecidos desde os primórdios da 
civilização.
Os egípcios o usaram para embalsamar os mortos e na construção de pirâmides, 
enquanto gregos e romanos dele lançaram mão para fins bélicos.
Só no século 18, porém, é que o petróleo começou a ser usado comercialmente, na 
indústria farmacêutica e na iluminação. Como medicamento, serviu de tônico cardíaco 
e remédio para cálculos renais, enquanto seu uso externo combatia dores, cãimbra e 
outras moléstias.
A invenção dos motores á gasolina e a diesel, no século passado, fez com que outros 
derivados, até então desprezados, passassem a ter novas aplicações.
Hoje, além de grande utilização dos seus derivados, com o advento da petroquímica, 
centenas de novos produtos foram surgindo, muitos deles diariamente utilizados, 
como os plásticos, borrachas sintéticas, tintas, corantes, adesivos, solventes, 
detergentes, explosivos, produtos farmacêuticos, cosméticos, etc. Com isso, o 
petróleo além de produzir combustível e energia, passou a ser imprescindível a 
utilidade e comodidades da vida de hoje.
Caracterização
O petróleo bruto possui em sua composição uma cadeia de hidrocarbonetos, 
cujas frações leves formam os gases e as frações pesadas o óleo cru.
A distribuição destes percentuais de hidrocarbonetos é que define os diversos tipos 
de petróleo existentes no mundo.
Caracterização - Impurezas
Compostos Sulfurados: (concentração de 0,65% em peso) 
Compostos indesejáveis → Aumentam a estabilidade óleo-água, provocam 
corrosão, contaminam catalisadores e determinam cor e cheiro aos produtos 
finais. Constituintes do Petróleo 
Compostos Nitrogenados: (Concentração média de 0,17 % em peso). 
Compostos indesejáveis → Aumentam a capacidade do óleo reter água em 
emulsão, tornam instáveis os produtos de refino, contaminam catalisadores. 
Compostos Oxigenados
Compostos indesejáveis → Aumentam a acidez, a corrosividade e o odor do 
petróleo.
Compostos Organometálicos: Compostos indesejáveis →Contaminação 
de catalisadores (Co, Hg, Cr, Na, Ni e Va) Catalisa a formação de ácido sulfúrico 
em meio aquoso.
Atacam os tubos de exaustão de queimadores.
A refinaria de petróleo
� Refino: constitui a separação desde insumo, via
processos físico-químicos, em frações de derivados
que são processados em unidades de separação e
conversão até os produtos finais.
Produtos Finais
� Os produtos finais dividem-se em três categorias:
� Combustíveis: gasolina, diesel, óleo combustível, GLP, entre
outros.
� Produtos acabados não combustíveis: solventes, lubrificantes,
graxas, asfalto e coque.
� Intermediários da indústria química: nafta, etano, propano,
butano, etileno, propileno, entre outros.
Operações da Refinaria
� As operações de uma refinaria incluem cinco categorias:
� Operações topping: separação de hidrocarbonetos.
� Craqueamento térmico ou catalítico de hidrocarbonetos.
� Combinação de hidrocarbonetos: combinação de moléculas para
formar uma maior.
� Rearranjo de hidrocarbonetos: altera a estrutura original da
molécula.
� Tratamento e blending: envolvem processamento de derivados do
petróleo.
Frações
Destilação a pressão atmosférica
� Após ser dessalgado, o óleo é pré-aquecido e segue para uma
coluna de destilação a pressão atmosférica.
� Grande parte da carga se vaporiza e se fraciona em diferentes
cortes. As frações mais leves se condensam e são coletadas no
topo da coluna enquanto as mais pesadas são coletadas no fundo
da coluna.
Coluna
Destilação a vácuo
� Frações pesadas da destilação atmosférica, após aquecimento a
cerca de 400 o C e parcial vaporização, seguem para a unidade a
vácuo, que realiza a destilação dessas frações a pressões
reduzidas(40 a 100 mbar).
� O vácuo é uma forma de reduzir os pontos de ebulição das
frações pesadas e permitir a separação a menores temperaturas.
� O vácuo é mantido através de injetores de vapor e bombas a
vácuo.
Destilação a vácuo
� Os produtos do vácuo seguem para unidades de craqueamento
de forma a se transformarem em derivados de maior valor.
� As unidades de separação de uma refinaria constituem processos
energo-intensivos: a destilação atmosférica e a vácuo consomem
cerca de 40% de toda energia do processo demandada no
complexo da refinaria.
Craqueamento
� Definição:
�Denominam-se Craqueamento vários processos químicos na
indústria que transformam moléculas orgânicas complexas em
moléculas mais simples, por meio de calor e/ou catalisador.
Craqueamento Visco-Redução
� Craqueamento Visco-Redução:
� Redução da viscosidade;
� Aumento na quantidade de gasóleo;
� Não utilização de catalisador;
� Rendimento de 10~15% de conversão
� A carga pode conter maiores quantidades de 
contaminantes, metais e sulfurados
Craqueamento Térmico
� Mais severo que a visco-redução;
� Tempo máximo de permanência;
� Rendimento de 10~15% de conversão
� Pode conter maiores quantidades de contaminantes, metais e 
compostos sulfurados.
Craqueamento Catalítico
Regeneração do catalisador, com produção de gases combustíveis
Importante fonte de emissão atmosférica das refinarias.
Hidrocraqueamento Catalítico
� Ocorre a pressões elevadas, na presença de 
Hidrogênio;
� Utilização de catalisadores metálicos;
� Produção dos derivados desejadose compostos 
contaminantes;
� Processo versátil;
Processamento de Gás Natural
� É muito menos poluente que qualquer derivado do 
petróleo, porque sua combustão é praticamente 
ideal (todo o carbono é oxidado a CO2) e, ao menos 
no Brasil, apresenta baixíssimo teor de enxofre. 
� A compressão permite liquefazer os gases mais 
pesados que o etano (C2+), que constituirão o 
Líquido de Gás Natural (LGN). Este é fracionado 
para se obter GLP e nafta leve. A corrente C1-C2 
constitui o gás natural processado, que será 
utilizado como combustível nas indústrias, 
automóveis e residências. 
Processamento de Gás Natural
� As UPGNs podem ser dos tipos, em ordem crescente 
de severidade: Refrigeração Simples, Expansão 
Joule-Thomson, Absorção Refrigerada ou Turbo-
Expansão. 
Processamento de Gás Natural
� Na Absorção Refrigerada vemos algo semelhante à 
seção de Recuperação de Gases de um FCC, onde é 
usada nafta como óleo de absorção em contra-
corrente com o gás. As correntes absorvidas são 
posteriormente separadas do óleo de absorção por 
aquecimento e o gás residual efluente da 
absorvedora sai como produto acabado. A 
refrigeração do óleo de absorção é obtida por troca 
de calor com propano em expansão. 
� No processo por Turbo-Expansão o gás é refrigerado, 
seco e sofre expansão no TE, onde as frações mais 
pesadas são condensadas e posteriormente 
separadas em torres de fracionamento. 
Desasfaltação a Propano
� Resíduo de Vácuo: constituído de hidrocarbonetos 
de elevados pesos moleculares, além de contar com 
uma razoável concentração de impurezas. Pode ser 
utilizado como óleo combustível ou na produção de 
lubrificantes ultra viscosos e asfalto. Estes dois 
últimos são obtidos numa unidade de separação por 
extração, chamada de desasfaltação, onde o 
propano é usado como solvente. 
Desasfaltação a Propano
� Processo de extração líquido-líquido: solvente seletivo, 
retirada do componente desejado da carga. 
� O solvente entra em contato com a carga em contra-
corrente. A fase rica em solvente que sai da torre 
(normalmente pelo fundo), contendo o soluto, é chamada 
de extrato (neste caso, a mistura de propano e óleo 
desasfaltado).
� O que restou da carga e com algum solvente (aqui, asfalto 
e propano) é chamada de rafinado. 
Extração Líquido-líquido
� Processo semelhante à desasfaltação a propano é a 
desaromatização a furfural, onde se busca 
remover hidrocarbonetos aromáticos de óleos 
lubrificantes básicos. 
Exercícios
1- Fenol e água quando colocados em contato sob 
certas condições de temperatura e pressão formam 
duas fases líquidas, uma mais leve (R) rica em fenol e 
outra mais pesada (E) rica em água. A 30ºC, a 
composição da fase líquida mais leve contém 70,0% 
de fenol e a mais pesada 9,0% de fenol. Se 20,0 kg de 
fenol e 30,0 kg de água são colocados em íntimo 
contato a 30ºC, calcule as massas das duas fases 
líquidas após alcançado o equilíbrio.
Exercícios
� 2- Uma mistura líquida de benzeno (58,20%), 
tolueno (20,40%) e xileno (21,40%) é carga de um 
processo de destilação. A recuperação de benzeno no 
destilado de 98% e a de xileno no resíduo deve ser de 
95,0%. A fração mássica de benzeno no destilado 
(líquido) deve ser de 90,0%. Calcule a composição 
mássica do destilado e do resíduo.