Industrias_dv_Processos_Quimicos

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In d ú s tr ia s 
dv P ro c e sso s Q u ím ic o s
«fcffcr»*
Nac iona l
O GEN | G rupo Editorial Nac ional reúne as editoras Guanabara Koogan , Santos, Roca, 
AC Fa rm acêu tica , Forense, M é to do , LTC, E.P.U. e Forense Universitá ria , que publicam nas 
áreas científica, técnica e profissional.
Essas empresas, respeitadas no mercado editorial, construíram catálogos inigualáveis, 
com obras que têm sido decisivas na formação acadêmica e no aperfeiçoamento de 
várias gerações de profissionais e de estudantes de Administração, Direito, Enferma­
gem, Engenharia, Fisioterapia, Medicina, Odontologia, Educação Física e muitas outras 
ciências, tendo se tornado sinônimo de seriedade e respeito.
Nossa missão é prover o melhor conteúdo científico e distribuí-lo de maneira flexível e 
conveniente, a preços justos, gerando benefícios e servindo a autores, docentes, livrei­
ros, funcionários, colaboradores e acionistas.
Nosso comportamento ético incondicional e nossa responsabilidade social e ambiental 
são reforçados pela natureza educacional de nossa atividade, sem comprometer o cres­
cimento contínuo e a rentabilidade do grupo.
In dú strias 
de P rocessos Q uím icos
R . N orris Shreve
P rofessor em érito de engenharia quím ica, 
Purdue U niversity
Joseph A . B rin k , Jr.
Consultor de engenharia quím ica
P rofessor e decano de engenharia quím ica 
da W ashington S ta te U niversity
T ra d u çã o de
H oracio M acedo
In s ti tu to de Q u ím ica , U F R J
Quarta edição
» * » m
G U A N A B A R A
K O O G A N
Os autores e a editora empenharam-se para citar adequadamente e dar o devido crédito a 
todos os detentores dos direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo- 
se a possíveis acertos caso, inadvertidamente, a identificação de algum deles tenha sido 
omitida.
Titulo do original em ingles 
Chemical Process Industries 
Fourth edition
Copyright © 1977, 1967, 1956 by McGraw-Hill, Inc. 
Copyright 1954 by McGraw-Hill, Inc.
Direitos exclusivos para a língua portuguesa
Copyright © 1997 by
EDITO RA GUANABARA KOOGAN LTDA.
Uma editora integrante do GEN 1 Grupo Editorial Nacional
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CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE 
SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ.
S564i
Shreve, Randolph Norris, 1885-1975
Indústrias de processos químicos / R. Norris Shreve, Joseph A. Brink Jr. ; tradução Horacio 
Macedo. - [Reimpr.l. - Rio de Janeiro : Guanabara Koogan, 2012.
Tradução de: Chemical process industries, 4th 
Inclui bibliografia 
ISBN 978-85-277-1419-8
1. Tecnologia química. I. Brink. Joseph A. (Joseph Andrew), 1925-1979. II. Título.
08-0093. CDD: 660.2 
CDU: 66
mailto:gbk@grupogen.com.br
http://www.editoraguanabara.com.br
P re fá c io da N o va E d içã o
O Shreve — C h em ica l P rocess In d u strie s — o volume de mais ampla distribuição e de maior sucesso 
já publicado no campo da engenharia qu ím ica , da quím ica industria l e das indústria s de p ro cesso s 
q u ím ico s , adquire uma nova dimensão: o acréscimo do nome de Joseph A. Brink, Jr. ao elenco de 
autores. O nove autor traz para o livro a sua grande experiência nas indústrias de processos químicos 
e na educação em engenharia química. O professor Brink — mais conhecido pelo desenvolvimento de 
excepcional equipamento para eliminação de névoas — dominou diversos processos químicos indus­
triais a fim de resolver os respectivos problemas com as suas unidades. Para relatar esses êxitos foi 
freqüentem ente solicitado a escrever artigos para a imprensa técnica dos Estados Unidos e de outros 
países.
O “ Shreve” — ou agora o “ Shreve e Brink” — expandiu em grande medida a sua cobertura, 
especialmente quanto às novas indústrias químicas, graças a adições e a grandes revisões, para mos­
trar a prática corrente nesta combinação incessantemente móvel de química, engenharia química, 
fabricação e vendas. Esta quarta edição, uma obra-prima de escolha, de exposição e de apresentação, 
será útil a uma nova geração de estudantes. Será levada por eles, individualmente, como fizeram seus 
antecessores, para cada novo emprego. Nela terão informações sobre as práticas nas novas indústrias 
e obterão uma base de comparação com os problemas das usinas específicas em que estejam atuando.
Durante 30 anos a denominação indústrias de p ro cesso s quím icos foi popularizada por este livro, 
revisto em cada década para espelhar com fidelidade o estado corrente da arte. Dezenas de milhares 
de departamentos das indústrias de processos químicos colocarão esta nova edição nas suas estantes, 
junto com o dicionário e o catálogo telefônico, para servir de fonte de informação segura e sempre 
necessária. Nenhum dos 100.000 estudantes que usaram as três primeiras edições deste livro apren ­
deu tudo que ele contém, seja nos anos de universidade, seja na sua vida profissional. Ao contrário, 
cada um encontrou no CPI exemplos novos de aplicações de matemática e de física e de desenvolvi­
mentos eficientes de processos e de usinas.
A educação em engenharia compreende cada vez mais as ciências básicas, à medida que nossa 
profissão se torna mais complicada. O jovem engenheiro químico, contudo, não deve considerar a 
solução de um problema combinado de reações, de transferência de calor e de massa, conseguida 
num computador, como um fim em si mesmo. Ele, ou ela, deve estar familiarizado com a corporifica- 
ção bem-sucedida desses princípios científicos nas indústrias, que torna possível o emprego destes 
cálculos juntamente com o julgamento de engenharia. Mesmo o mais elaborado currículo de curso de 
engenharia química deve dar ao estudante um embasamento cultural sobre as indústrias de processos 
— como se fabrica o ácido sulfúrico, como a refinação do petróleo e a indústria de soda cáustica 
foram afetadas pelo crescimento da demanda dos seus co-produtos para a fabricação de polímeros, e 
problemas análogos. Para ser bem formado o engenheiro químico necessita, além do conhecimento 
acadêmico e do bom desempenho acadêmico, ter uma apreciação do papel da profissão nas indústrias 
de processos químicos.
Para mim, um engenheiro químico com prática em diversos países, as edições anteriores foram 
constantes companheiras de viagem. Forneceram a melhor e a menor condensação prática e a apre­
sentação de informação completa sobre a fabricação química. Nesta nova edição, modernizada e 
ampliada, o CPI apresenta um tratamento ainda melhor — completa-se com dados econômicos, bi­
bliografias, fluxogramas, balanços de massa importantes, diagramas das funções de controle e outros 
auxiliares. C om o u m livro-texto , com o um m anual de consulta e com o um tra tado, a quarta edição 
do C hem ical P rocess Industries servirá m uito hem aos engenheiros quím icos que estão re fazendo boa 
p a rte dessas m esm a s indústrias nos m eados deste século . Deles serão os agradecimentos aos autores 
pelo serviço prestado, como professores e como expositores, e por esta massa de informações sobre a 
prática da engenharia química.
DONALD F. OTHMER
P rofessor em érito do C hem ical E ngineering Polytechnic In s titu te o f N ew York
P refácio
A moléstia e a morte subseqüente do Dr. R. Norris Shreve fizeram com que a 
quarta edição do CPI aparecesse sem a sua colaboração integral. Èste livro foi, 
originalmente, fruto da sua iniciativa, e as três primeiras edições foram modela­
das por ele. Esta quarta edição segue o plano das edições anteriores.
Cada capítulo cobre uma determinada indústria de p ro cesso s qu ím icos — 
por exemplo, vidro, papel, borracha ou ácido sulfúrico — de acordo coma se ­
guinte ordem: depois de uma rápida introdução, que visa a resumir a indústria, 
focaliza-se o substrato histórico dos processos específicos. Depois seguem-se 
considerações sobre em pregos e econom ia, incluindo-se tabulações estatísticas, 
a fim de se possibilitar o julgamento sobre a importância da indústria. As ten ­
dências da produção, se são crescentes ou decrescentes, são de maior importân ­
cia do que simples informações sobre as libras que estão sendo produzidas de 
uma certa substância ou sobre os dólares que valem estas libras. As tendências 
são apresentadas em colunas paralelas para anos diferentes e mediante curvas 
históricas. Na seção de fabricação — pois este é um livro de engenharia química
— faz-se a atenção do leitor centralizar-se nas variações de energia, nas opera ­
ções unitárias e nas conversões quím icas. Em alguns processos importantes as 
principais operações unitárias e as conversões químicas são tabeladas. A divisão 
das indústrias nessas unidades é de grande ajuda para a transferência de infor­
mação de uma para outra indústria. Muitos fluxogramas atingem este objetivo de 
maneira visual. Esta divisão mostra ao leitor que a filtração, a evaporação, a 
hidrogenação e a nitração são empregadas em muitas indústrias. As m atérias- 
prim as são também discutidas com as relações econômicas e químicas que guar­
dam em relação aos procedimentos de fabricação.
Este livro tem diversos usos potenciais. E um texto universitário, destinado 
a dar ao jovem engenheiro químico uma certa compreensão sobre os diversos 
setores em que ele poderá vir a trabalhar ou com os quais ele poderá estar asso ­
ciado. E um livro de referência para engenheiros químicos, químicos e outros 
engenheiros e para os cientistas com prática industrial. Na realidade, muitos 
profissionais que não são engenheiros químicos julgam que o livro é útil para 
ajudá-los a compreender os aspectos de engenharia química das operações de 
uma empresa. As indústrias de processos químicos empregam engenheiros me­
cânicos, elétricos e civis, além de cientistas — e também engenheiros químicos
— e estes profissionais podem ter grande lucro com o material apresentado no 
CPI e que é pertinente aos seus misteres e às suas empresas.
Desde o aparecimento da terceira edição do CPI, em 1967, a legislação e os 
acontecimentos afetaram grandemente as diversas indústrias. As restrições 
sobre a conservação e o controle do ambiente provocaram modificações de pro­
cessos e de produtos. A crise de energia da década de 1970 alterou a economia 
dos processos e o projeto das fábricas. Essas modificações levaram a muitas 
revisões da quarta edição do CPI. O Dr. George A. Hawkins, vice-presidente 
emérito para questões acadêmicas da Purdue University, fez as revisões do Cap.
4, no qual as considerações de energia são tão importantes. O Dr. Cari W. 
Hall, decano de engenharia na Washington State University, preparou a primeira 
seção do Cap. 25 sobre processamento de alimentos, que não era coberto nas 
edições anteriores. Esta importante indústria emprega cada vez mais conheci­
mentos de engenharia, e o Dr. Shreve havia planejado abordá-la nesta quarta 
edição. As contribuições destes dois grandes engenheiros são fortemente realça­
das e agradecidas.
Desejo agradecer ao Professor George T. Austin e à sua esposa, Helen 
Austin, pela revisão e releitura de muitos capítulos. Agradeço também à paciên­
cia e ao auxílio de minha esposa, Dorothy Shea Brink, durante os anos que 
foram gastos para escrever este livro. A secretária do Dr. Shreve, Elizabeth 
Prentiss, datilografou a maior parte dos manuscritos e o seu esforço foi enorme­
mente apreciado. Na página seguinte estampam-se os agradecimentos a muitos 
outros.
JOSEPH A. BRINK, JR.
A gradecim entos
Teria sido impossível escrever um livro com a ampla cobertura do Chemical 
Process Industries, nas suas quatro edições, sem a maior cooperação das com­
panhias de indústrias químicas e dos seus assalariados, muitos dos quais são 
amigos de longa data ou antigos alunos dos autores. Os créditos específicos apa­
recem nas notas de rodapé e nos fluxogramas. Mais de 100 organizações e mais 
de 200 pessoas forneceram dados técnicos, fluxogramas, esquemas, fotografias e 
conselhos. Na realidade, é uma obrigação profissional e um prazer pessoal reco­
nhecer a assistência recebida, especialmente nesta quarta edição, das seguintes 
pessoas, entre muitas outras: AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, Mí­
riam B . Yazge; A SH LA N D CH EM ICA L COM PANY, M . L . D eviney; 
BOISE CASCADE, John A . Falkowski; CALGON CORP., D. E. Noll, B. Q. 
Welder, L. J. Weaver; COLONIAL SUGAR COMPANY, H enry G. Gerstner; 
CONSOLIDATED NATURAL GAS SERVICE CO., Theodore E. Ross, R oy 
A . Sisken, Robert C. Weast; COORS PORCELAIN COMPANY, M ichael J. 
Fenerty; CORNING GLASS WORKS, George W. M cLellan, L . R . Schlotz- 
hauer; DENVER RESEARCH INSTITUTE, Charles H . Prien; DIAMOND 
SHAMROCK CORP., Gary A. Klein, Jam es B. Worthington; DOW CHEMI­
CAL U.S.A .,B o b C. M ayo; E. I. DuPO N T,Robert C. Forney, W. D. Lawson, 
D onald W. Lyon; ESSO RESEARCH & ENGINEERING CO., E. J. Bar- 
rasso, C. W. S m ith ; EXXON COMPANY, U.S.A., E. W. Squires; FREE­
PORT MINERALS CO., L. F. Good; GENERAL ELECTRIC CO., F. P. 
Bundy; GENERAL TIRE & RUBBER CO., R. W. Watkins; GREAT LAKES 
CARBON CORP., M. P. Whittaker; GREAT LAKES RESEARCH CORP.,L.
A. Bryan, M. P. W hittaker; HERCULES INC., C. W. Eilo; J. M. HUBER 
CORP., P. W. Brandon; IMS AMERICA, LTD., William A. Lockwood; IN- 
MONT CORP., Harry Burrell; ELI LILLY & CO., M art T . Straub, H. W. 
Rhodeham el; MOBIL OIL CO., Stanley Johann; MONSANTO CO., Clayton 
F. Callis, C. Y. Shen, Jam es R . Fair; MONSANTO ENVIROCHEM SYS­
TEMS, INC., J. R . Donovan; NORTON CO., L. J. Trostel; OLIN CORP., 
Swen W. England; OREGON STATE UNIVERSITY, J. R . Shay; PPG IN ­
DUSTRIES, F. E. Button, Harry H ym an, A . E. Thompson, Joe Y. Keller; 
PROCTOR & GAMBLE CO., R. E. Hall, Bruce Martin; PURDUE UNI­
VERSITY, George A . Hawkins, Theodore J. Williams, R oy L. Whistler, Henry
B. H aas; SALT INSTITUTE, Frank O. Wood; SEM CORP., GLIDDEN- 
DURKEE, M artha L. Embree; STANDARD OIL OF CALIFORNIA, Tho­
m a s C. A u s tin ; ST A N FO R D RESEARCH IN S T IT U T E , F. Y. C han; 
STAUFFER CHEMICAL CO., H. A. Betaque; TEXASGULF, INC., E. H. 
Conroy, J . R . W est; 3M COMPANY, M. W. Miller, R . M. Adam s; UNION 
CARBIDE, CARBON PRODUCTS DIV.,G . B. Spence, H. B . Allport, J. R . 
Schley, L . L . W inter; UNION CARBIDE CORP., L IN D E DIV., R . W. 
Hirsch, B. B. M urphy, Charles R. Baker, George M. Lukchis, Walter J. Ols­
zewski, David Sorensen, John W. Terbot; UNITED STATES DEPARTMENT 
OF AGRICULTURE, H arold Tarkow; W ASHINGTON STATE UNIVER ­
SITY, George and H elen A ustin, Carl W. Hall, John C. Sheppard. A s seguintes 
pessoas fizeram substancial contribuição; C. A . Burchsted, M . M. Eakins, H a ­
rold E. M arsh, Jr., H . A . M cLain, R . C. Specht e U. B. Yeager.
N ota à E d ição B rasile ira
Com o intuito de aum entar a utilidade desta obra para o leitor brasileiro, 
converteram-se ao sistema internacional as unidades de medida que no original 
aparecem no sistema inglês. Tanto quanto possível, adotaram-se as unidades 
correntes na indústria — quilogramas, atmosferas, metros cúbicos por segundo 
ou litros por segundo, quilocalorias, etc. A conversão foi sistemática nos fluxo- 
gramas dimensionados, transformando-se sempre a base de cálculo numa medida 
redonda conveniente. Por exemplo, onde o fluxograma original especificava as 
grandezas necessárias para obter-se 1 ton (2.000 lb) de um produto, calcularam- 
se as grandezas necessárias para serem obtidos 1.000 kg do produto.
Alguns fluxogramas e quadros aparecem, no original, dimensionados em 
função do equipamento — com tanques para 10.000 gal, vasos de pressão a 100 
psia, etc. Nestes casos conservaram-se as bases de cálculo primitivas, para não 
alterarem-se as dimensões do equipamento mencionado. Em alguns casos espe ­
ciais, raros, mantiveram-seas unidades originais acrescentando os fatores de 
conversão, para que continuassem realçados os dados redondos do texto primi­
tivo.
No corpo da obra é às vezes ambíguo o uso das unidades, especialmente de 
massa. Ocasionalmente a tonelada é a métrica, mas quase sempre é a curta (de 
2.000 lb = 907,18 kg). A tradução conserva esta ambigüidade a que o leitor 
deverá estar atento para não equivocar-se na conversão dos dados. Nos casos 
seguros, aparece entre parênteses a equivalência da grandeza em unidades mé­
tricas práticas.
HORACIO MACEDO
ín d ic e
1. PROCESSAM ENTO QUÍM ICO, 1
Operações unitárias (princípios físicos); conversões químicas; fluxogra- 
mas; processamento químico; fontes de informação.
2. P R O C E S S A M E N T O Q U ÍM IC O E O T R A B A L H O DO E N G E ­
N H EIRO Q U ÍM ICO , 6
Dados químicos fundamentais; processos contínuos e processos descontí­
nuos; fluxogramas; seleção do processo químico, projeto e operação; con­
trole e instrumentação dos processos químicos; economia dos processos 
químicos; avaliação do mercado; localização da fábrica; segurança: riscos 
de incêndio ou de materiais tóxicos; construção da fábrica; direção para 
produtividade e criatividade; pesquisa e desenvolvimento; patentes; siste ­
mas químicos.
3. TRA TA M EN TO DE AGUA E PROTEÇÃO DO AM BIENTE, 22
Reutilização; tratamento da água; métodos de tratamento da água; desmi­
neralização; processos de precipitação; dessalinização; proteção do am ­
biente; tratamento de águas industriais e de esgotos; poluição atmosférica.
4. E N E R G IA , C O M B U ST ÍV E IS, C O N D IC IO N A M E N T O DO AR E 
REFR IG ER A Ç Ã O , 42
Energia; projeção das demandas de energia; combustíveis fósseis; geração 
de vapor; outras fontes possíveis de energia; condicionamento do ar; refri­
geração.
5. PRODUTOS CARBOQUIM ICOS, 58
A destilação destrutiva do carvão mineral; coqueificação do carvão; desti­
lação do alcatrão do carvão; do carvão às substâncias carboquímicas.
6. GASES COM BUSTÍVEIS, 72
Gás natural; gás de coqueria; gás de água; gás de gerador; gases liquefeitos 
do petróleo; gás natural sintético.
7. GASES IN D U STR IA IS, 83
Dióxido de carbono; hidrogênio; gás de síntese; purificação do hidrogênio; 
oxigênio e nitrogênio; hélio, acetileno; dióxido de enxofre; monóxido de 
carbono; óxido nitroso.
8. CARVÃO IN D U STR IA L, 106
Negro de fumo; negro de carvão; carvão ativo; grafita natural; grafita e 
carvão artificiais; diamantes industriais.
9. IN D Ú STR IA S DE CERÂM ICA, 122
Matérias-primas básicas; conversões químicas, incluindo a química fun­
damental das cerâmicas; cerâmicas brancas; produtos estruturais de argila; 
refratários; produtos especiais de cerâmica; esmaltes e metais esmaltados; 
fornos.
10. Cl MENTOS PORTLAND, COMPOSTOS DE CÁLCIO E DE MAG­
NÉSIO, 138
Cimentos portland; fabricação do cimento; cal; fabricação da cal; gesso; 
diversos compostos de cálcio; cimento de oxicloreto de magnésio; com­
postos de magnésio.
11. INDUSTRIAS DO VIDRO, 159
Fabricação; métodos de fabricação; fabricação de vidros especiais.
12. CLORETO DE SODIO E OUTROS COMPOSTOS DE SODIO, 176
Cloreto de sódio ou sal de cozinha; sulfato de sódio (sal de Glauber); bis- 
sulfato de sódio; bissulfito de sódio; sulfito de sódio; hidrossulfito de só­
dio; sulfeto de sódio; hidrossulfeto de sódio; tiossulfato de sódio; silicatos 
de sódio; peróxido de sódio; perborato de sódio; amida de sódio; cianeto e 
ferrocianeto de sódio.
13. INDUSTRIAS DO CLORO E DOS ALCALIS: BARRILHA, SODA 
CAUSTICA E CLORO, 185
Fabricação da barrilha; fabricação do bicarbonato de sódio; álcalis diver­
sos; fabricação do cloro e da soda cáustica; pós alvejantes; hipoclorito de 
sódio; clorito de sódio.
14. INDUSTRIAS ELETROLITICAS, 199
Alumínio; magnésio, sódio; cloratos e percloratos; outros produtos; com­
postos orgânicos; baterias primárias e secundárias.
15. INDUSTRIAS ELETROTERMICAS, 212
Abrasivos artificiais; carbeto de cálcio; diversos produtos eletrotérmicos.
16. INDUSTRIAS DO FOSFORO, 217
Rocha fosfática e superfosfatos; superfosfatos; fabricação do ácido fosfó­
rico por via úmida, para fertilizantes e sais; fósforo e derivados puros do 
fósforo; fabricação do fósforo e de derivados puros; ácido fosfórico a par­
tir do fósforo; fosfatos de sódio; fermentos em pó; agentes fosforados anti- 
fogo.
17. INDUSTRIAS DO POTÁSSIO, 233
Cloreto de potássio; outros sais de potássio.
18. INDUSTRIAS DO NITROGÊNIO, 243
Cianamida; amónia sintética; uréia; ácido nítrico; nitrato de sódio e nitrato 
de potássio.
19. ENXOFRE E ACIDO SULFURICO, 261
Mineração e obtenção do enxofre; ácido sulfúrico; fabricação pelo pro­
cesso de contato; equipamento do processo de contato; recuperação do 
ácido sulfúrico usado; poluição com enxofre; concentração.
20. ACIDO CLO RÍD RICO E DIVERSOS COM POSTOS IN O R G Â N I­
COS, 280
Ácido clorídrico ou muriáticò; bromo; iodo; flúor e compostos fluorados; 
alumina; sulfato de alumínio e alumes; cloreto de alumínio; sais de cobre; 
compostos de molibdênio; sais de bário; sais de estrôncio; sais de lítio; 
compostos de boro; compostos de terras-raras; dicromato de sódio; peró­
xido de hidrogênio.
21. INDÚSTRIAS NUCLEARES, 297
Reações nucleares; produção dos materiais de carga ou ciclo do combustí­
vel nuclear; reatores nucleares; urânio como fonte de energia; reprocessa- 
mento de materiais nucleares; proteção contra a radioatividade; colocação 
de rejeitos.
22. EXPLOSIVOS, AGENTES QUÍMICOS TÓXICOS E PROPELENTES, 
311
Explosivos industriais e militares; explosivos militares; explosivos indus­
triais; armas de guerra química; pirotécnica; fósforos; propelentes de fo­
guetes e de mísseis dirigidos.
23. INDÚSTRIAS DE PRODUTOS FOTOGRÁFICOS, 326
Fotografia colorida — teorias, materiais e processos; aplicações especiais 
da fotografia.
244 INDÚSTRIAS DE TINTAS E CORRELATOS, 339
Tintas; pigmentos; pigmentos brancos; pigmentos negros; pigmentos azuis; 
pigmentos vermelhos; pigmentos amarelos; pigmentos verdes; pigmentos 
castanhos; toners e lacas; pigmentos diversos; diluentes dos pigmentos; 
óleos; vernizes; lacas; pinturas industriais; metais revestidos; tintas de im­
primir e polidores industriais.
25. INDÚSTRIAS DE ALIMENTOS E CO-PRODUTOS, 357
Processamento do leite; carnes e aves; co-produtos de alimentos; couro; 
peles animais; curtimento; gelatina; adesivos; fabricação.
26. INDUSTRIAS AGROQUÍMICAS, 374
Pesticidas; nutrientes e reguladores vegetais; aditivos e suplementos ali­
mentares.
27. PERFUMES, AROMATIZANTES E ADITIVOS ALIMENTARES, 396
A indústria de perfumes; constituintes; veículo; fixador; substâncias odorí­
feras; processos de condensação; processos de esterificação; processos de 
Grignard; hidrogenação; processos de nitração; processos de oxidação; 
processos diversos; formulação de perfumes; qualidade do perfume; a in­
dústria dos aromatizantes; concentrados de frutas naturais; formulação de 
um aromatizante; aditivos alimentares.
28. ÓLEOS, GORDURAS E CERAS, 414
Óleos vegetais; obtenção do óleo de soja por extração a solvente; gorduras 
e óleos animais; processamento de gorduras e óleos animais; ceras.
29. SABÕES E DETERGENTES, 431
Detergentes; matérias-primas dos detergentes; fabricação dos detergentes; 
biodegradabilidade dos detergentes; alquilbenzenos de cadeia normal; áci­
dos graxos e álcoois graxos para a fabricação de detergentes e sabões; 
sabões; glicerina; fabricação da glicerina.
30. INDUSTRIAS DO AÇÚCAR E DO AMIDO, 452
Açúcar, fabricação do açúcar; amido e produtos correlatos; diversos ami-. 
dos.
31. INDÚSTRIAS DE FERMENTAÇÃO, 469
Álcool industrial; fabricação do álcool industrial; álcool absoluto ou ani­
dro; cervejas, vinhos e licores; álcool butílico e acetona; vinagre e ácido 
acético; ácido cítrico; ácido lático; enzimas.
32. DERIVADOS QUÍMICOS DA MADEIRA, 487
Destilação da madeira de lei; indústrias das madeiras moles; fabricação de 
terebintina e resinas; hidrólise da madeira; derivados da celulose; retardan- 
tes do fogo.
33. INDÚSTRIAS DE POLPA E PAPEL, 496
Fabricaçãoda polpa para papel; fabricação do papel; papéis especiais; 
massa de papel; chapas estruturais.
34. INDÚSTRIAS DE PLÁSTICOS, 510
Processos de fabricação das resinas; produtos de polimerização por con­
densação; produtos de polimerização por adição; produtos naturais e seus 
derivados; fabricação de laminados e outros tipos; exemplos técnicos de 
intermediários químicos para resinas.
35. INDUSTRIAS DE FIBRAS E DE PELÍCULAS SIN TÉTIC A S, 540
Polifibras e películas; fibras de poliamida ou náilon; intermediários do nái­
lon; poliésteres; acrílicos e modacrílicos; fibras vinílicas e de vinilideno; 
spandex; poliolefinas; fluorocarbonos; fibras de vidro; fibras e películas 
celulósicas; raiom e acetato; processos de fabricação de viscose; processo 
de fabricação do acetato de celulose; acabamento e tingimento dos têxteis.
36. INDUSTRIAS DA BORRACHA, 560
Estatísticas e economia; borracha natural; borrachas sintéticas; produção 
do monômero; polimerização da borracha sintética; co-polímeros de 
butadieno-estireno; borrachas de butadieno-acrilonitrila; neopreno; tiocol; 
borrachas de silicone; borracha butílica; borracha de uretana; hypalon; 
borrachas estereoespecíficas; polímeros de eteno-propeno e tripolímeros 
(EPR e EPT); reagentes no processamento da borracha; composições das 
borrachas; fabricação da borracha; compostos de látex; borracha recupe­
rada; derivados da borracha.
37. REFINAÇÃO DO PETROLEO, 583
Constituintes do petróleo, inclusive gases do petróleo; produtos da refina­
ção; refinação.
38. INDUSTRIA PETROQUÍM ICA, 615
Separações físicas ou operações unitárias; conversões químicas; fabrica ­
ção de produtos petroquímicos; halogenação e hidroalogenação.
39. INTERM EDIÁRIOS, CORANTES E SUAS A PLIC A Ç Õ ES, 638
Intermediários; nitração; aminação por redução; aminação por amonólise; 
halogenação; sulfonação; hidrólise; oxidação; alquilação; reações de con ­
densação e adição (Friedel-Crafts); conversões químicas diversas; coran ­
tes; fabricação dos corantes.
40. IN D U STR IA FARM ACÊUTICA, 676
Classificação; fabricação de produtos farmacêuticos classificados pelos 
processos de conversão química; alquilações; carboxilação; condensação e 
ciclização; desidratação; esterificação (alcoólise); halogenação; oxidação; 
sulfonação; conversões químicas complexas; ferm entação e processa ­
mento biológico para antibióticos, drogas biológicas, hormônios e vitami­
nas; antibióticos; produtos biológicos; hormônios esteróides; vitaminas; 
extratos de plantas ou de animais.
IN D IC E A LFA BÉTICO , 708
In d ú s tr ia s 
de Processos Q u ím icos
c
P rocessam en to Q uím ico
Este livro trata das transformações químicas de matérias-primas em produtos úteis e lucrativos. 
Alguns destes produtos serão bens de consumo e participam diretamente da vida econômica de vários 
países. Outros serão produtos intermediários ou produtos químicos destinados à manufatura de bens 
de consumo. As indústrias de produtos químicos destinam cerca de 20% da produção total a materiais 
químicos, com os produtos de umas constituindo-se matérias-primas de novas fabricações em outras; 
por isso. a industria quím ica, como um todo, é o seu m elhor cliente.
Na sua maioria, os usuários deste livro serão engenheiros químicos, ou químicos, empregados 
em diversas etapas das indústrias de processos químicos, ou estudantes de engenharia química. Re­
sumindo a definição do American Institute of Chemical Engineers,1 podemos dizer que a engenharia 
quím ica é o ramo da engenharia relacionado com o desenvolvimento e a aplicação de processos de 
transformação em que estão envolvidas modificações químicas e algumas alterações físicas dos mate­
riais.
O desenvolvimento da engenharia química teve um grande impulso graças às análises classifica- 
tórias. feitas em 1910 e desenvolvidas mais tarde, nas quais as modificações físicas pertinentes ao 
trabalho do engenheiro nas indústrias químicas foram englobadas nas chamadas operações un itárias. 
Esta análise foi iniciada por um grupo de professores de engenharia química do Massachusetts Insti­
tute of Technology liderado por W. H. Walker. A denominação “ operação unitária” foi proposta por 
A. D. Little, que fora um associado industrial de Walker. Durante trinta anos ou mais, o conceito de 
operações unitárias constituiu um grande estímulo, pois classificava as transformações físicas. Com 
isso. foram estudadas individualmente a filtração, a transferência de calor e muitas outras modifica­
ções. aplicando-se as conclusões de uma indústria, ou da fabricação de um produto, a muitos outros 
produtos químicos. Pouco depois de 1930, apareceu uma classificação análoga dos pro cesso s u n itá ­
r ios , conforme denominação de P. H. Groggins. Estes processos referem-se às transformações quí­
micas, assim como as operações unitárias são pertinentes às modificações físicas. A investigação dos 
processos unitários não estimulou tantos trabalhos quanto a investigação das operações unitárias, 
embora Groggins, o originador deste livro, e muitos outros tenham analisado os processos unitários e 
escrito sobre eles, apresentando classificações muito acuradas das modificações químicas, que servi­
ram de referência importante às indústrias dos processos baseados em modificações químicas ou 
reações.
Nas últimas duas décadas, no entanto, ocorreram numerosos avanços nas diversas divisões do 
campo da engenharia química, cujo desenvolvimento é muito rápido. Estes fatores novos e aperfei­
çoados. envolvendo transformações físicas e químicas, aparecem na quinta edição do C hem ical E ngi ­
neers’ H andbook, de Perry,2 e em outros livros. O Quadro 1.1, arrolando as transformações físicas, 
resume a classificação dos princípios físicos da engenharia química que aparece no Perry e distingue 
entre os fundamentos científicos da engenharia química e o equipamento usado na industrialização do 
processo. Da mesma forma, a expressão “ processo unitário“ , usada para descrever as mudanças 
químicas, vem sendo substituída pela expressão conversão quím ica, há muito usada na indústria do 
petróleo. As mudanças químicas, ou conversões químicas, estão listadas no Quadro 1.2, de acordo 
com a classificação (química) científica, segundo Perry e outros autores.
Este livro realça as conversões quím icas (Quadro 1.2), que podem ser definidas como as reações 
químicas aplicadas ao processamento industrial. Incluem (1) a química fundamental de cada reação 
particular; (2) o equipamento em que ocorre a reação; e (3) a operação de todo o processo a um custo 
suficientemente baixo para ser competitivo e eficiente e levar à obtenção de lucro. Estas conversões 
não foram formuladas ou classificadas, nem científica nem quantitativamente, como as operações 
físicas, em virtude da diversidade e complexidade que apresentam; fornecem, no entanto, uma abor­
dagem poderosa de ampla utilidade no projeto de novos processos de fabricação.
As características das conversões químicas que aparecem na fabricação de produtos químicos
'Newman, Development of Chemical Engineering Education, Trans. A IC hE , supl. do 34(3a), 6(1938) e 32, 568(1936).
*Chem ical E ngineers’ H andbook, Perry e Chilton (eds.), 5.* * ed, McGraw-Hill, 1973. Daqui por diante mencionado como “ Perry.”
2 IN D Ú S T R IA S DE P R O C E S S O S Q U ÍM IC O S
Quadro 1.1 Princípios fís ico s da engenharia quím ica
Seção do Perry
5 Mecânica dos fluidos e das partículas
Vazões, medidas, dinâmica dos fluidos e partículas
6 Transporte e armazenamento de fluidos
Bombeamento e armazenamento de líquidos e de gases mediante bombas, compressores, 
sopradores, válvulas, tubulações, tanques e reatores
7 Transporte de sólidos a granel e embalados
Transporte em esteiras, embalagem, armazenamento (transporte pneumático e fluidizado)
8 Cominuiçâo e acresçào
Britagem, moagem, agregação, granulação e transmissão
9 Geração e transporte de calor
Combustíveis, fornos, combustão, geração e transmissão de energia
10 Transmissão de calor
Transmissão de calor por condução,por convecção e por radiação
11 Equipamento de transferência de calor
Evaporadores, trocadores de calor
12 Psicrometria, resfriamento evaporativo, condicionamento de ar e refrigeração
Processos normais e criogênicos
13 Destilação (teoria e princípios básicos)
Equilíbrio vapor-líquido, destilação binária e múltipla, contínua e descontínua; destilação 
extrativa, azeotrópica e molecular
14 Absorção de gás
15 Extraçào em fase líquida
Equilíbrios de fase. sistemas de extração, métodos de projeto
16 Adsorção e troca iônica
Teoria, operação, projeto, métodos de sorção
17 Processos diversos de separação
Lixiviação, cristalização, sublimação, difusão em fase gasosa, diálise. eletrodiálise
18 Sistemas líquido-gás (equipamento)
Contato gás-líquido, dispersão e separação de fases
19 Sistemas líquido-sólido (equipamento)
Filtros e centrífugas, espessadores e clarificadores, misturadores e agitadores de pastas, 
troca iônica
20 Sistemas gás-sólido (equipamento)
Equipamento de contato para a transferência de massa e de calor
21 Sistemas gás-gás, líquido-líquido e sólido-sólido (equipamento)
Amostragem, peneiraçào, flotação por espuma, separação eletrostática * 1
F o n te : Adaptado do Perry, onde se encontram os princípios subjacentes às operações unitárias. [Perry e Fair, History of a 
H andbook, C h em . E ng. (N .Y .), 81(4), 129 (1974), tem um relato interessante das cinco edições do Perry.]
podem ser resumidas conforme está a seguir:
1. Cada conversão química tem aspectos unitários, ou assemelhados, num grupo de num erosas 
reações químicas individuais. Estes aspectos unitários, além de serem pertinentes à família química na 
sua generalidade, podem referir-se a uma variação de energia, ou a semelhanças de pressão, de tem po 
de reação, ou de equilíbrio ou de matérias-primas.
2. M uitas vezes há uma seg reg a çã o na fá b r ic a , baseada em processos químicos de conversão 
aparentados, em virtude da qual um edifício, ou uma seção de um edifício, fica dedicado à fabricação 
de vários produtos químicos mediante uma dada conversão química; por exemplo, a diazotação e 
acoplam ento, a nitração, a hidrogenação, a esterifícação, a fermentação ou a alquilação.
3. Existe frequentem ente uma estreita semelhança entre os diversos tipos de e q u ip a m en to usa ­
dos para fabricar diversos produtos mediante uma única conversão química. Por exemplo, o reator 
em ferro fundido, homogêneo, com serpentinas de arrefecimento, denominado nitrador, é usado na 
reação de nitração da m anufatura de diversos produtos, como o nitrobenzeno, o nitronaftaleno e o 
TN T.
4. Quando se tem produção pequena, ou os produtos são variáveis, o e q u ip a m en to pode ser 
transferido, conveniente e economicamente, da manufatura de um produto para a de outro, ambas 
baseadas numa mesma conversão química. Um dos objetivos do gerente de produção é manter todo o 
equipam ento constantem ente em uso. Para isso, muitas vezes é necessário fabricar, no mesmo reator, 
primeiro um produto e depois outro — num sulfonador, por exemplo. Esta m últip la u tiliza çã o do 
e q u ip a m e n to é aproveitada mais facilmente quando há segregação das conversões químicas.
5. A classificação das conversões químicas possibilita que o engenheiro químico infira o desem ­
penho de um novo produto a partir do desempenho de um grupo de produtos numa classe de conver­
sões aparentadas. É preciso conhecer principalmente os p rin c íp io s e utilizá-los. em lugar de saber 
com portam entos específicos. Este método de tratam ento facilita grandem ente a fabricação de qual-
PR OCESSAM ENTO Q U tM IC O 3
quer substância química mediante o conhecimento acumulado pertinente aos dados generalizados de 
uma conversão particular. Este procedimento evita a necessidade de memorização das observações 
individuais.
6 . Como a classificação das conversões químicas é basicamente uma classificação química, 
realça a reação quím ica. Em virtude de os materiais serem usualmente caros e a energia ser relativa­
mente barata, um pequeno aumento no rendimento químico afetará substancialmente o lucro da 
seqiiência de fabricação.
7. Os proced im entos inorgânicos e orgânicos não precisam ser separados na indústria. Tendo 
em vista que os equipamentos e os problemas de fabricação são frequentemente muito semelhantes 
para os produtos orgânicos e inorgânicos, pode ser vantajoso agrupá-los numa certa indústria. Por 
exemplo, as condições e o equipamento usado para a hidrogenação do nitrogênio a amónia são sur­
preendentemente análogos aos da hidrogenação do monóxido de carbono a metanol, diferindo as duas 
conversões apenas na matéria-prima inicial e no catalisador.
8 . O proje to do equipamento pode ser muitas vezes simplificado mediante generalizações prove ­
nientes dos dispositivos que visam a uma conversão química e não através da consideração separada 
de cada reação. O que a experiência aconselha para um conjunto de reações assemelhadas, em con ­
versões analogas, constitui um guia excelente para uma nova reação dentro do mesmo grupo. Ao 
analisar as conversões químicas, a concepção da usina será melhor, a taxa de conversão será maior e 
os custos serão mais baixos, na medida em que for mais completo o entendimento da físico-química 
subjacente aos equilíbrios e às velocidades de reação. E fundamentalmente importante conhecer a 
velocidade de reação e seu avanço no equilíbrio. Em muitos casos, conforme se comenta a propósito 
da manufatura do ácido sulfúrico pelo processo de contato (Cap. 19), as condições que aumentam a 
velocidade diminuem o avanço no equilíbrio. Por isso, tal como aparece no projeto do conversor de 
trióxido de enxofre, asseguram-se inicialmente as condições que provocam uma elevada velocidade 
de reação, o que possibilita o uso de um equipamento relativamente pequeno; depois, no final do 
processo, alteram-se as condições de modo a favorecer o equilíbrio.
Este livro, sobre indústrias de processos químicos, se caracteriza pela ampla utilização de flu x o - 
gram as para apresentar o melhor método de esquematizar os vários processos químicos efetuados na 
indústria. Nas duas primeiras edições, estes processos estão desmembrados numa sequência de ope ­
rações unitárias e de processos unitários. Nesta edição, continuamos a adotar o procedimento, abre ­
viando com Op uma seqiiência coordenada de operações unitárias e com Cq uma conversão química 
(processo unitário).
Alguns fluxogramas têm como suplemento uma lista resumida de etapas unitárias, como foi 
usado com êxito nas edições anteriores, apresentando um esboço das modificações químicas e físi­
cas. Esta lista é uma explicação indispensável do fluxograma. Os fluxogramas que aparecem neste 
livro são diagramas resumidos que apresentam apenas os pontos fundamentais das modificações das 
matérias-primas em produtos acabados. Quando o engenheiro químico projeta um processo químico 
para um dado produto, parte de um diagrama resumido de blocos e avança, através de fluxogramas 
cada vez mais complicados, até as plantas detalhadas necessárias para a construção efetiva da usina. 
Naturalmente, tal tipo de planta não é pertinente a um livro como este.
Quadro 1.2 Principais conversões quím icas3
Acilaçâo
Alcoólise
Alquilaçào
A mi nação por redução 
Amonólise
Aromatização ou ciclizaçáo 
Calcinação 
Carboxilaçáo 
Caustifi cação
Combustão (oxidação sem controle)
Condensação
Desidratação
Diazotaçáo e acoplamento 
Dupla decomposição 
Eletrólise
Esterificação (sulfatação)
Fermentação 
Formação de silicato 
Halogenação 
Hidroformilação (oxo)
Hidrogenação, desidrogenação e hidrogenólise
Hidrólise e hidratação (saponificação, fusão alcalina)
Isomerização
Neutralização
Nitração
Oxidação (controlada)
Polimerização
Pirólise ou craqueamento
Reações Friedel-Craft
Redução
Sulfonação
Troca iônica
3Ver Perry, seção 4, cinética de reações, projeto de reator e termodinâmica. Groggins (ver as referências bibliográficas escolhi­
das deste capítulo) tem o tratamento mais completo inclusive da maioriadas conversões acima mencionadas. Existem excelentes 
resumos na M cG raw -H ill E ncyc lo p ed ia e uma ampla cobertura de cada conversão química na E ncyc lo p ed ia o f C h em ica l 
T echnology {EXT) em ordem alfabética. Ver também o periódico C hem ica l W eek. Neste livro, realça-se a fabricação de cada 
substância química particular na ocasião em que a conversão química referente à m aior p ro d u çã o m ássica estiver sendo abor ­
dada, classificada e descrita (ver o índice).
4 IN D Ú S TR IA S DE PROCESSOS Q U ÍM IC O S
Em virtude das limitações de espaço, pouco se incluiu quanto às indústrias químicas dos outros 
países, que não os Estados Unidos. Não se tentou mencionar os nomes das companhias fornecedoras 
nos vários ramos da indústria química, embora existam referências ocasionais a uma ou outra. 
Conseguem-se listagens completas destas companhias em muitas organizações de comércio e nas 
páginas de diversas publicações químicas, inclusive o C hem ical Engineering Catalog, que é também 
fonte de informação excelente sobre o equipamento.
A maior parte dos engenheiros químicos tem um contato íntimo com apenas uma indústria. 
Tendo em vista esta observação, o texto acentua não os detalhes, mas os princípios gerais dos s iste ­
m as característicos de um processo químico particular. Estes princípios devem ser parte do conheci­
mento operativo do engenheiro, mesmo que seja um especialista, pois muitas vezes é possível tradu ­
zir para um campo um princípio que foi posto em prática num outro processo. Um conhecimento 
mais amplo sobre a indústria química em sua generalidade é essencial para o número cada vez maior 
de engenheiros químicos que ocupam posições de vendas, de executivos ou de gerência. Para todos 
estes — o especialista, o homem de vendas, o gerente — os fluxogramas propiciarão uma visão geral, 
logicamente concatenada, dos diversos processos, desde as matérias-primas até os produtos acaba­
dos, que foram convenientemente desenvolvidos no sistema competitivo dos Estados Unidos, graças 
aos estímulos econômicos e à razoável proteção das leis de patentes.
Todos os engenheiros químicos devem estar familiarizados com os preços de venda correntes das 
principais substâncias químicas com que operam. Estes preços, nos Estados Unidos, aparecem em 
jornais, como o C hem ical W eek e o Chem ical M arketing Reporter. São precisos também levantamen­
tos estatísticos, com valores em dólares, para a estimativa apropriada de um processo ou do custo de 
um produto. Incluem-se aqui essas estatísticas, que, em virtude das demoras de compilação, são em 
geral anteriores a 1974.
A apresentação das indústrias de processes químicos mediante fluxogramas e modificações de 
energia deve levar ao acompanhamento de uma sequência organizada de etapas e não a uma tentativa 
de memorização puramente descritiva. Desta forma, acentuar-se-á o porquê e não o com o dos proce­
dimentos industriais, ou seja, o pensam ento aquisitivo.
Os textos e os anúncios em jornais, tal como o Chem ical Engineering, o C hem ical a nd E nginee ­
ring N ew s, o C hem ical Engineering Progress e o Chem ical W eek, juntamente com revistas especiali­
zadas, como M odern P lastics. Sugar, H ydrocarbon Processing e muitas outras, devem ser consulta ­
dos pelo engenheiro químico em busca de informação recente e de dados fundamentais sobre equipa­
mento.
Para resumir, o processam ento quím ico pode ser definido com o o p rocessam ento industria l de 
m atérias-prim as quím icas, que leva à obtenção de produtos com valor industrial realçado. Em geral, 
o processamento envolve uma conversão química (ou reação), como na manufatura do ácido sulfúrico 
a partir do enxofre, por oxidação e hidratação, mas inclui também a fabricação de fibras a partir de 
materiais químicos, como a fabricação de náilon a partir da hexametilenodiamina e do ácido adípico, 
envolvendo reações químicas mais complicadas. Em todas estas operações químicas, estão intima­
mente envolvidas operações físicas, como transferência de calor e controle de temperatura (Quadro 
1. 1), que são necessárias para garantir bons rendimentos, indispensáveis nas indústrias competitivas, 
de que é exemplo a da oxidação do' dióxido de enxofre a trióxido. Em poucos casos, embora de 
grande importância para a indústria química, não estão envolvidas reações químicas, mas apenas 
modificações físicas. Ilustram tal tipo de processamento químico as destilações para separar e purifi­
car as frações de petróleo e para obter o álcool puro depois da fermentação. Outro exemplo é o da 
transferência de massa em forma líquida ou de sólidos em suspensão, de um lugar para outro ou para 
um reator químico.
FONTES DE INFORMAÇÃO
Além dos canais de comunicação, o engenheiro químico interessado tem à sua disposição diver­
sas outras fontes de informação, que podem ser atingidas. Entre elas estão as bibliotecas, grandes ou 
pequenas, públicas ou particulares. A maioria das indústrias de maior porte, com orientação cientí­
fica, tem bibliotecas especiais que atendem às suas necessidades próprias.4 Nas organizações meno­
res ou em situações em que não se dispõe de material sobre um assunto especial, os engenheiros 
podem conseguir ajuda de outras formas, seja mediante uma biblioteca local para execução de servi­
ços de empréstimos com outras^bibliotecas, seja pela filiação a organizações que oferecem serviços 
específicos aos seus membros, como o Chemists’ Club ou a Engineering Societies Library. De uma 
forma ou de outra, a operação autom atizada de in form ações está sendo adotada por um número 
crescente de organizações. O armazenamento e a recuperação da informação podem variar desde a 
adaptação de uma única fase de uma operação, como, por exemplo, o registro dos resultados dos
■•Strauss, Strieby e Brown, Scien tific an d Technical Libraries: Their O rganization an d M anagem en t, Wiley-Interscience, 1964.
P R O C E S S A M E N T O Q U ÍM IC O 5
en sa io s d o s co m p o sto s p rep arad os, até um am p lo s is tem a d e recu p eração d e in form ação . O prim eiro 
d ic ion ár io d e q u ím ica , au tom atizad o em com p u tad or e a c e ss ív e l ao p ú b lico , ap areceu em 1974 na 
N a tio n a l Library o f M e d ic in e .5 E um ap ên d ice d o ser v iç o de in fo rm a çõ es to x ic o ló g ic a s e d isp õ e de 
m eca n ism o de p esq u isa por com pu tad or sob re 60 .0 0 0 su b stân cia s q u ím icas. E m 1974, esta v a m a s s o ­
c iad as ao em p reen d im en to 70 o rg a n iza çõ e s , in c lu in d o indústrias, o g o v er n o e u n iv ersid a d es. P o ss i ­
v e lm e n te , ou tros ser v iç o s d e s se tipo ap arecerão no fu turo.
PE R IÓ D IC O S
American Chemical Society (ACS), Caixa Postal 3337, Columbus. Ohio 43210.
Industria l and E ngineering C hem istry (Ind. Eng. C hem .)
Industria l a n d E ngineering C hem istry P rocess D esign and D evelopm ent (Ind. E ng. C hem . P rocess D es. D ev .) 
Industria l a n d Engineering C hem istry F undam enta ls (Ind. Eng. C hem . F undam .)
Industria l a n d E ngineering C hem istry P roduct R esearch a n d D evelopm en t (Ind. Eng. C hem . P rod. R e s . D ev .) 
Jo u rn a l o f C hem ical a n d E ngineering D ata (J. C hem . Eng. D ata)
C hem ica l a n d E ngineering N ew s (C hem . Eng. N ew s)
C hem tech
American Institute of Chemical Engineers (A lChE), 345 East 47th St., New York, N. Y. 10017.
C hem ica l E ngineering P rogress (C hem . Eng. Prog.)
A lC h E Journal (A IC hE J.)
In terna tiona l C hem ical E ngineering (Int. C hem . Eng.)
Gulf Publishing Company, Caixa Postal 2608, Houston, Tex, 77001.
H ydrocarbon P rocessing (H ydrocarbon Process.)
McGraw-Hill Publications, 1221 Avenue of the Americas, New York, N. Y. 10020.
C hem ica l E ngineering [Chem. Eng. (N . V.) ]
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c
2
Processam ento Q uím ico e Trabalho 
do Engenheiro Q uím ico
Em 1970, trabalhavam nos Estados U nidos para mais de 50.000 engenheiros quím icos.' N este 
total, incluíram -se a indústria privada, o governo, as universidades e institu ições não lucrativas. C om o 
quím icos ou engenheiros quím icos trabalhavam cerca de 190.000 p essoas. Um inquérito sobre os 
engenheiros quím icos, realizado pela Opinion Research Corporation para a A IC h E , mostrou que 77% 
estavam trabalhando na industria privada1 2 3 e 23% em instituições governam entais, universidades e tc ., 
ou operavam por conta própria. Este levantam ento incluiu também as áreas funcionais em que os 
engenheiros quím icos trabalham na industria e mostrou que, tipicam ente, atuam em mais de uma 
area:
O engenheiro químico deve ser treinado de modo a poder encarar a possibilidade de operar em todas 
as fases da indústria química.
A realização industrial de um processam ento quím ico, envolvendo co n versõ es qu ím icas e o p era ­
ç õ e s f ís ic a s numa usina química, pressupõe equipamento em escala de fábrica e experiência em enge ­
nharia quím ica. Para impedir que a própria fabrica seja corroída, o engenheiro químico projetista d eve 
ter esco lh ido os materiais de construção apropriados. A regulagem eficiente das conversões quím icas 
ex ige instrum entos de registro e procedim entos de controle. Para evitar im purezas nocivas nas 
matérias-primas, para seguir o desenvolvim ento das reações químicas e para garantir o rendimento e 
a pureza dos produtos, é indispensável a análise periódica para o controle do processo , além da 
instrum entação moderna e dos controles autom áticos, baseados em padrões predeterminados pela 
pesquisa, pelo desenvolvim ento e pelo projeto. E necessária uma embalagem apropriada para levar os 
bens produzidos, de forma limpa e econôm ica, do fabricante até o consumidor. T odos os p rocessos 
devem ser realizados de maneira segura, para garantir os trabalhadores e a fábrica. Muitas etapas e 
muitos equipam entos numa fábrica estão garantidos por períodos lim itados, fixados pelas leis de pa­
tentes americanas, de modo a proteger os processos contra uma com petição excessiva e assegurar um 
retorno adequado às grandes quantias desem bolsadas na pesquisa e na própria planta. Para garantir o 
progresso, propiciar os lucros continuados e substituir os processos e o equipamento ob so letos, é 
indispensável dedicar muita atenção e despender muito dinheiro com a incessante pesquisa e desen ­
volvim ento (P & D ). As fábricas não devem permitir a descarga de materiais tóxicos no ar ou nos 
cursos de água locais, para evitar a contaminação das correntes e a interferência com os direitos dos 
vizinhos.
N o Quadro 2.1 estão listados os diversos princípios básicos dos sistem as nas indústrias de pro­
ce sso s quím icos, que com plem entam e suportam as operações físicas e as conversões químicas am­
plam ente em pregadas, as quais foram apresentadas no Cap. 1 (Quadros 1.1 e 1.2). N este capítulo,
1C h e m is try in th e E co n o m y, pág. 458. ACS, 1973; ver também Roethel e Counts, Realignments of the Chemical Profession 
Continue, C h em E ng. N e w s, 15 dc novem bro de 1971, pág. 90.
JProfile of M embers, C h em . E ng . P ro g ., 70(3), 56(1974).
3Observe que a percentagem total, cm 1973. atinge a 207%. pois os engenheiros investigados trabalhavam em mais de uma área 
funcional. Em média, cada uma operava em cerca de duas áreas; por exemplo, um engenheiro pode trabalhar na pesquisa e 
tam bém na administração.
Pesquisa
Desenvolvimento
Administração
Processo
Projeto
Produção
Consultoria
Vendas e negócios
Manutenção
Compras
Diversos
/% .? ;v 7 J :i
47% 22%
38 26
31 28
26 31
24 12
14 23
12 12
10 5
8 7
13 15
26
PRO CESSAM EN TO Q U ÍM IC O E TR ABA LHO DO E NG ENH E IR O Q U ÍM IC O 7
Quadro 2.1 Processos quím icos e trabalho do engenheiro quím ico
1. Dados químicos fundamentais
a. Rendimentos da reação; grau de avanço da 
reação
b. Conversão na reação; eficiência da reação evi­
denciada pelos balanços de massa
(. Cinética e catálise; velocidade da reação; rapi­
dez do avanço da reação 
d. Termodinâmica; trocas de energia envolvidas 
na reação química e a energia necessária de 
fontes externas, como calor ou potência de 
outra forma
2. Processamento descontínuo ou contínuo
3. Fluxogramas para representar um processo quími­
co e servir de base para o projeto e a operação na 
planta-piloto e na fábrica
a. Operações unitárias ou modificações físicas 
(Quadro 1.1)
b. Conversões químicas (Quadro 1.2)
c. Equipamento (ver o item 4)
d. Balanço de massa e de energia, mão-de-obra e 
utilidades
e. Mão-de-obra e utilidades
4. Escolha do processo químico, projeto e operação 
(envolvendo a aplicação à planta real de todos os 
princípios desta tabulação)
a. Escolha do processo
b. Análise estatística para planejamento e opera­
ção eficientes das plantas-piloto e de produção
c. Planta-piloto, como etapa entre o químico no 
laboratório e o engenheiro químico na 
produção
d. Equipamento
e. Corrosão pelos reagentes ou produtos; dura­
ção do equipamento e dos materiais de 
construção
/ . Instrumentaçãodo processo, automatização 
(ver o item 5)
g. Alto-vácuo
h. Pressões elevadas
i. Criogenia
j. Segregação na usina de procedimentos ou de 
equipamentos correlatos ou semelhantes; por 
exemplo, casa de destilação, casa de nitração
5. Controle e instrumentação dos processos 
químicos
a. Controle das reações por computador ou 
outros instrumentos, para assegurar a unifor­
midade dos produtos
b. Automatização: coleta de dados, dinâmica do 
processo (ver o item 4f)
6. Economia do processo químico
a. Processos competitivos
b. Materiais: balanços de materiais
c. Energia: balanços de energia
d. Mão-de-obra: dispositivos de economia de 
mão-de-obra
e. Despesas gerais: seguro, direção, consultoria, 
impostos etc.
/ . C a p ita l (em m o ed a): ju r o e d e p re c ia ç ã o
g . C ap ita l: o b so le sc ê n c ia
h. Reparos e manutenção
i. Custos globais
7. Avaliação do mercado
a. Estatísticas e crescimento
b. Estabilidade
c. Pureza e uniformidade do produto
d. Condições físicas do produto
e. Embalagem: recipientes para o produto 
/ . Vendas e serviços de vendas
8. Localização da fábrica
9. Segurança: riscos, como os de incêndio e mate­
riais tóxicos
10. Construção da fábrica
a. Registro de engenheiros
11. Direção para produtividade e criatividade 
a. Treinamento de operadores
12. P e sq u isa e d e se n v o lv im e n to
13. P a te n te s
14. S is te m a s q u ím ico s
15. Fontes de informações
descrevem -se os fundamentos que caracterizam o processamento químico moderno. Como é natural, 
não é possível apresentá-los completamente, mas fazem-se referências a livros e artigos de jornal. 
Além disto, no corpo do livro, a propósito das diversas indústrias de processos quím icos, serão 
usados muitos exem plos para ilustrar estes fundamentos básicos.
DADOS QUÍMICOS FUNDAMENTAIS
A química é a ciência básica sobre que repousam as indústrias de processos químicos.. A função 
do engenheiro químico é aplicar a química de um processo particular mediante o uso coordenado de 
princípios científicos e de engenharia. Para que esta ação tenha eficiência, é necessário recolher os 
resultados obtidos pelo quím ico, no laboratório de pesquisa, e introduzi-los num processo químico 
econôm ico. O engenheiro químico esta sempre preocupado com os aspectos econôm icos da química 
de um processo e , por isso , leva em conta rendim entos, con versões, ve lo c id a d es, expressos de dife ­
rentes formas, em termos de constantes de equilíbrio, tem pos de residência e velocidade de reação. A 
eficiência operacional das usinas químicas é interpretada em termos do rendimento e da conversão. 
Estes dois conceitos podem ser definidos da seguinte forma:
Rendimento percentual - 100 X -------------------------^ s j ^ p r o dntoprindpa1______ ________
moles do produto principal equivalentes à desaparição 
completa do reagente mais importante
Conversão percentual = 100 X _________ moles do produto principal_________
moles do produto principal equivalentes à carga do 
reagente mais importante
8 IN D Ú S TR IA S DE PR OCESSO S Q U ÍM IC O S
Por exemplo, na síntese da amónia a 150 atm e 500°C, o rendimento é freqüentemente acima de 98%. 
enquanto a conversão estará limitada pelo equilíbrio a cerca de 14%, o que significa que 86% da carga 
não reagem e devem ser recirculados. Na síntese do metanol, os números são semelhantes. O obje­
tivo do engenheiro químico responsável pelos custos é fazer a conversão aproximar-se tanto quanto 
possível do rendimento. Com a reação da amónia, o procedimento não é econômico, em virtude do 
equilíbrio desfavorável. Devido às conversões baixas na obtenção do metanol e da amónia, o equi­
pamento necessário é de quatro a cinco vezes maior do que seria preciso se as conversões fossem 
mais próximas dos rendimentos. Mediante a modificação das condições de operação, os equilíbrios 
podem ser deslocados favoravelmente, o que eleva a taxa de conversão. No caso da síntese do 
amoníaco, o efeito é conseguido mediante a elevação da pressão, o que exige, no entanto, equipa­
mento mais custoso. Além disto, com um tempo de residência suficientemente longo no equipamento, 
é possível possibilitar que a reação atinja o equilíbrio (Cap. 18).
c i n é t i c a 4 A velocidade de uma reação química é, às vezes, muito baixa para ser econômica, 
sendo necessária, então, uma investigação sobre a catálise. A reação química da síntese do amoníaco 
só se tornou industrialmente econômica depois de Haber e Bosch terem mostrado que a velocidade 
de hidrogenação do nitrogênio podia ser muito aumentada pelo contato com um catalisador de ferro, 
tendo como portador pequenas percentagens de K20 e de A120 3.
BALANÇOS DE MASSA, MODIFICAÇÕES DE ENERGIA E BALANÇOS DE ENERGIA São OS COnCeitOS que 
d evem esta r na m ente do engenheiro quím ico que p laneja com ercializar um a reação . Os princíp ios da 
term odinâm ica tam bém fornecem dados físicos e quím icos sobre reagen tes e p rodu tos. A lém d is to , os 
cálculos term odinâm icos5 sobre a energia livre estabelecem as cond ições em que um a reação é p o ss í ­
vel. N este livro, m uitas das reações especificadas estão seguidas pelo ca lo r de reação AH ; e sc rev e -se 
- AH quando o sistem a perde ou desprende calor.
PROCESSOS CONTÍNUOS E PROCESSOS DESCONTÍNUOS
A tendência favorável ao processamento contínuo, em contraposição à operação descontínua6 — 
especialmente nos processos em grande escala — envolve uma instrumentação de processo que não 
apenas registra a temperatura, a pressão e o volume, mas também requer o máximo no controle de 
desvios e a correção automática de afastamentos indesejáveis frente a padrões estabelecidos. Para 
controlar os procedimentos complicados de alguns processos químicos, especialmente dos contínuos, 
estão sendo usados, em escala crescente, computadores automáticos, que economizam trabalho e 
tempo. Os processos descontínuos, a bateladas, ainda são extensamente usados, em especial quando 
a produção é pequena ou quando as razões de segurança exigem que se opere, de cada vez, com 
pequenas quantidades; é o caso de muitos explosivos. Além disto, as operações descontínuas propi­
ciam uma cinética ótima, embora variável, para as reações lentas, em contraposição ao estado per­
manente do processamento contínuo, e são freqüentemente mais fáceis de controlar.
A fabricação de muitas substâncias químicas se faz, no início, mediante operações descontínuas; 
quando o mercado se amplia, passa-se para o processamento contínuo. A redução do custo da fá ­
brica, p o r unidade de p rodução , constitui, muitas vezes, o fator decisivo da mudança. À medida que 
o volume de produção aumenta, o engenheiro químico calculará o ponto em que as despesas de 
mão-de-obra, de pesquisa, de instrumentação e do equipamento contínuo justificam a operação contí­
nua, com o investimento unitário mais baixo, menor custo operacional e qualidade mais uniforme.
FLUXOGRAMAS
Os fluxogramas apresentam a sequência coordenada das conversões químicas unitárias e das 
operações unitárias, expondo, assim, os aspectos básicos do processo químico. Indicam os pontos de 
entrada das matérias-primas e da energia necessária e também os pontos de remoção do produto e dos 
subprodutos. Na avaliação global do processo, desde a concepção inicial até o fluxograma detalhado 
para o projeto e a operação da planta instalada, é preciso desenhar muitos fluxogramas. Nas etapas 
iniciais, serão de um tipo muito grosseiro, de blocos, tornando-se mais detalhados e dimensionados, 
com maior número de informações, à medida que o processo se desenvolve no sistema característico
4Smith, C h em ica l E ng ineering K in e tic s , 2.a ed., McGraw-Hill, 1970; Perry, seção 4; Cooper e Jeffreys. C hem ica l K inetics and 
R e a c to r D esign , Prentice-Hall, 1973; Gogler, The E lem en ts o f C hem ica l K inetics a n d R ea c to r C alcula tions: A S e lf-P a ced A p ­
p ro a c h , Prentice-Hall, 1974.
5Caswell e Smith, Thermodynamics, In d . E ng. C hem . 57(12), 45(1965); Coull e Stewart. E quilibrium T herm odynam ics. Wiley, 
1964; Modell e Reid, T h erm o d yn a m ics a n d I ts A p p lica tio n in C hem ica l E ng ineering , Prentice-Hall, 1974; Reed e Coubbins, 
A p p lie d S ta tis t ic a l M ech a n ics: T h erm odynam ic a n d T ransport P ropertie s o f F lu ids, M cGraw-Hill, 1973.
*Sanders, Process Instrum ents, C hem . E ng . N ew s, 13 de outubro de 1969, pág. 33; Mayfield. Backup for Batches. C hem . E ng . (N . 
Y.), 81(12), 79 (1974); Herring e Shields, Development: The Automated Way, C hem . E ng . P rog ., 61(6), 94 (1965).
P R O C E S S A M E N T O Q U ÍM IC O E T R A B A L H O DO E N G E N H E IR O Q U ÍM IC O 9
de uma indústria quím ica m oderna. N enhum a outra d escrição de um p rocesso quím ico é tão con cisa , 
ou tão reveladora do equ ipam ento, dos detalhes operacionais e das reações gerais quanto um fluxo- 
grama bem fe ito , que d eve incluir não só os m ateriais u sados, mas tam bém as ex igên cias de m ão-de- 
obra e de utilidades gerais.
SELEÇ Ã O DO PR O C ESSO Q U ÍM IC O , PR OJETO E OPEKAÇAO
O projeto inicial adequado e flexível e intrínseco a qualquer p rocesso quím ico. E sta etapa inicial 
pode ser sim ples ou com plicada, dependendo da planta e dos procedim entos ex ig idos. Para abordar 
in sta lações com plicadas, ex istem esp ecia listas, algum as v e /e s denom inados engenheiros de p roces ­
so s , versados nos d iversos a sp ectos m odernos do projeto de um p rocesso quím ico (Q uadro 2 .1 ). A 
exp eriência prática e uma n ecessid ad e para o engenheiro responsável, pois ela lhe dá os m eios de 
prever e resolver o s problem as da planta referentes à m anutenção e à operação dos d iversos tipos de 
equipam ento. E xistem con su ltores esp ecia lizad os, quer isolados quer em em presas de engenharia 
quím ica, para projetar e construir usinas de processam ento quím ico.
p l a n t a s -p i l o t o 7 C om o regra geral, as experiências em esca la de planta-piloto são necessárias 
para preencher o vazio entre os resultados do laboratorio e o p rocesso industrial. Por isso , o projeto e 
a experim entação em planta-piloto devem avançar passo a passo para econom izar tem po e dinheiro. 
O engenheiro quím ico do projeto deve planejar corridas na planta-piloto usando a a n á lise e s ta tís t ic a 
dos procedim entos n ecessários para determinar as respostas às q uestões que envolvem a operação 
industrial efic ien te. Isto pode ser fe ito com a despesa mais baixa possível em tempo e esforços. A s 
plantas-piloto não são baratas. Alem disto, especialm ente em operações novas, a planta d eve ser 
con stru id a .com equipam ento feito com o m esm o material que o da planta industrial, para poder 
avaliar os asp ectos da corrosão e “ com eter erros em pequena escala para fazer lucros em grande 
esca la . ’ ’ 8 * 10
E tam bém muito mais barato corrigir erros pela experim entação na planta-piloto. Em alguns 
p rocessos quím icos novos, a planta-piloto fica funcionando m esmo depois de a usina principal estar 
em operação, para que se realizem investigações sobre a melhoria do p rocesso , conform e as su ges ­
tões dos departam entos de pesquisa ou de operações. E caro efetuar experiências com o p rocesso em 
esca la de fábrica. O engenheiro quím ico m oderno não perde de vista os dados mais recen tes, para 
poder ampliar8 a planta-piloto proporcionalm ente à instalação maior. E desejável, finalm ente, co n se ­
guir am ostras de um produto novo fabricado na planta-piloto para ensaiar seu m ercado potencial.
e q u i p a m e n t o E ste livro não tem capítulos separados sobre equipam ento. C onsidera-se mais im ­
portante realçar o equipam ento em conjunto, com as descrições dos vários processos e com os fluxo- 
gram as representando os p rocessos. Por outro lado, qualquer engenheiro quím ico d eve iniciar cedo 
sua fam iliarização com o equipam ento industrial, com o bom bas, filtros-prensa. torres de d estilação, 
nitradores e sulfonadores. O C h e m ic a l E n g in eerin g C a ta lo g 10 inclui a inform ação apropriada sobre o 
equipam ento que pode ser obtido nos diversos fabricantes.
c o r r o s ã o , m a t e r i a i s d e c o n s t r u ç à o N as usinas químicas, a realização corrente das reações 
químicas e a m anutenção do equipam ento dependem não apenas da resistência dos materiais, mas 
também da escolha apropriada para resistir à corrosão e opor-se aos efeitos de temperaturas e pres ­
sões elevadas. A ocorrência de falhas mecânicas é rara, exceto quando o material usado na constru ­
ção do equipam ento, ou das ed ificações, sofreu uma corrosão prévia ou um enfraquecim ento por 
ataque quím ico. O casionalm ente, a erosão é um fator na deterioração do equipam ento, em particular 
nas curvas dos reatores tubulares contínuos. R eduz-se grandemente o efeito evitando as curvas de 
raios pequenos.
Em alguns casos, não se pode impedir a corrosão, mas apenas minimizá-la. O progresso da 
engenharia quím ica e metalúrgica levou à fabricação de muitos materiais resistentes à corrosão: aço 
recoberto por borracha, carvão aglutinado por resina e tântalo, para resistir ao ácido clorídrico; aço 
inoxidável, para resistir à ação do ácido nítrico aquoso e dos ácidos orgânicos, mesm o sob pressão; 
níquel ou aço e níquel cladeados. para resistir à ação das so luções cáusticas, quentes ou frias. D iver ­
sos polím eros orgânicos, resinas e plásticos tornaram-se materiais importantes para com bater a corro ­
são. Entre os m a te r ia is d e c o n s tru ç ã o usados pelos engenheiros quím icos encontram -se os mais co ­
muns e também os mais raros — tijolo, ferro, cim ento e madeira, por um lado; platina, tântalo e prata, 
por outro. Com frequência, é necessário um ensaio real, que não deve ser efetuado com as substân-
7Davis, Statistically Designed Pilot Plants, C h em . E ng . P rog . 58(2), 60(1962); Clark, Econom ic Pros and Cons of Pilot Plants,
C h em . E ng (N . Y.), 71(8). 169 (1964); Hamilton e i a t.. Pilot Plants and Technical Considerations, C h em . E ng . P ro g .. 58(2), 51 
(1962); H arrison e Lengem ann, Make Y our Pilot Plants, C h em . E n g . (N . Y .), 71(13), 129(1964); Knapp, Effective Techniques, 
fn d . E n g . C h e m ., 54(2), 58 (1962); G ernand, Streamlined Data Gathering System s, C h em . E ng . P rog . 61(6), 62(1965). 
»Baekeland, In d . E ng . C h e m ., 8, 184 (1916).
“Johnstone e Thring, P ilo t P la n ts , M o d e ls a n d S ca le -n p M eth o d s in C h em ica l E ng in eerin g , M cGraw-Hill, 1957.
10“ C E C ". É distribuído anualm ente aos engenheiros químicos em a tiv id a d e pela Van Nostrand Reinhold.
1 0 INDÚSTR IAS DE PROCESSOS QU ÍM ICOS
c ia s q u ím ic a s d c Inborntorio, m us co m as su b sta n c ia s c o m e r c ia is , n ão s o q u a n to à s m a tér ia s u sa d a s na 
fa b r ica , m as lam b em q u an to a o s m atei ta is d e co n str u ç ã o a serem e n s a ia d o s . A c o n te c e q u e , m u itas 
v ez .e s , um teor p eq u e n o de co n ta m iu a n lc num a m a tc iia prim a c o m e r c ia l a fe ta a p r e c ia v e lm e n te a co r ­
r o sã o . U m e x e m p lo d e s te e le ito e o d o ataq u e d o a c id o rulrico d ilu íd o c o m tra ço s d e h a lo g ê n io so b re 
o a lu m ín io . N o s an o s r e c e n te s , m u itos d ad os acu m u laram -se e a c r e sc e r a m a litera tura r e fer en te à 
c o r r o s ã o .11
C O N T R O L K K IN STR U M E NTAL AO DO S m H IÍSSO S Q U IM K 'O S * 12 3
A id ad e d o s p ro ce sso s q u ím icos e do co n tro le in stru m en ta l e a a tu a lid a d e . A n u n c ia m -se u sin a s 
em b a la d a s c o m p le ta s” para làb r icaçao de h id rogên io , o x ig ê n io , a c id o su ltu r ic o e m u ita s o u tra s su b s ­
tâ n c ia s q u ím icas. N o s lis ta d o s U n id o s , e em o u tros p a íse s , o p r o c e s sa m e n to d e d a d o s e o s in stru ­
me n to s de com p u tação e s tã o a ssu m in d o a p red om in ân cia sob re o c o n tr o le d e s is te m a s d e p r o c e s s a ­
m en to quím ico co m p lex o na m duxtiia qu ím ica p esa d a , na da borracha e na d e p e tr ó le o . O e n g en h e iro 
q u ím ico não d ev e e sc o lh e i a p en a s o s in stru m en tos para registrar tem p era tu ras ou p r e s s õ e s , m as d e v e 
ter tam bém ferram entas c o n fiá v e is para con tro lar e m anter as c o n d iç õ e s o p e r a c io n a is d e s e já v e is . N a s 
o p era çõ es con tin uas em grande e sc a la , a fu n ção d o s trabalh adores e d o en g e n h e ir o q u ím ic o su p e r v i ­
sor è , em grande parte, m anter a usina no esta d o apropriado d e o p era ç ã o . N e s te tip o d e m a n u te n ç ã o , 
o s instrum entos têm um a parte im portante. Q uan d o a fab ricação q u ím ica é em e s c a la p e q u e n a , ou 
quando não e adaptavel a o s p ro ced im en tos c o n tín u o s , a se q iiê n c ia d e c o r r id a s ou b a te lad as é o m o d o 
de operação ad otad o , que requer m aior su p erv isã o d o s op erários e d o en g en h e iro q u ím ic o , em v irtu d e 
de as c o n d iç õ es ou p ro ced im en to s d iferirem , em gera l, d o p rincip io ao fim .
U m a c a r a c te r ís t ic a </u e e q u a s e u n iv e r sa l na / d a n ta q u ím ic a m o d e r n a e a in s tr u m e n ta ç ã o in d i ­
c a d o ra , r e g is tra d o ra e c o n tr o la d o ra d a s v a r ia r e is d e p r o c e s s o . Hm m u itas u s in a s q u ím ic a s , a s d e s ­
p esas com o s in stru m en tos atinge a I.W da d e sp e sa total da in sta la çã o . A in stru m en ta çã o ating iu e s ta 
p o siçã o em in en te graças a e x p a n sã o d o s p r o c e sso s c o n tín u o s , ao a u m en to no c u s to d a m ã o -d e -o b r a e 
da su pervisão e à d isp on ib ilid ad e d e tod os o s tip os d e in stru m en tos e c o m p u ta d o re s , in c lu s iv e :
1. In fo rm a ç ã o in s ta n tâ n e a (in stru m en tos in d ica d o res), para a tem p eratu ra , term ô m etro s d e m er ­
cúrio e term opares; para a m ed ição de m assa , a s ba lan ças c o n v e n c io n a is ; para a d e p r e s s ã o , o s 
m anóm etros.
2. R e g is tr o s c o n tín u o s , d e in stru m en tos e s p e c ia is , para registrar a tem p eratu ra , a p r e s s ã o , a 
m assa , a v isco sid a d e , a va /.ao de flu id o s , a p ercen tagem de d io x id o de carb on o e m u itos o u tro s d a d o s 
fís ico s e q u ím icos. O registro da energia e le tr iea n ecessá r ia freq u en tem en te é o in d íc io d o a p a r e c i ­
m en to de um determ inado esta g io de e x e c u ç ã o d e um p r o c e sso q u ím ic o , c o m o . por e x e m p lo , a ‘ 'b a ­
t id a ” da polpa num Jordan (C'ap. 33) ou a cr ista liz a çã o do açú car num a bandeja a v á cu o (C a p . 30 ).
3 . A u to m a ç ã o in te g ru l ou c o n tr o le p o r c o m p u ta d o r 19 d as d iv e rsa s v ariáveis d e um s is te m a d e 
p r o c e sso q u ím ico . O s in stru m en tos e sp e c ia is para a m an u ten ção de um a certa p ressã o , ou te m p era ­
tura, ou p H , ou v a zã o d o m ateria l, sã o d isp o s it iv o s c o m p lic a d o s , p orém n e c e s sá r io s . S e g u n d o 
G eorge R. Marr: " A s re a ç õ e s se n s ív e is , as d is p o s iç õ e s n o v a s de eq u ip a m en to s ou o s e sq u e m a s de 
co n tr o le e x c ep c io n a lm en te c o m p le x o s co n stitu em s is te m a s tão c o m p lica d o s que é p raticam en te im ­
p o ss ív e l ao h om em co n c e b e r ou ca lcu lar o co m p ortam en to d o p r o c e s so durante a partida ou d e p o is 
d e ser perturbado em re lação à co n d içã o de e sta d o p erm anente. A fac ilid ad e co m q ue o co m p u ta d o r 
p od e ser program ado p e lo en g en h eiro , sua v e lo c id a d e e ex a tid ã o na r e so lu ç ã o d e e q u a ç õ e s d iferen ­
c ia is e a v isã o que e le forn ece sob re a natureza d o com p o rta m en to d o p r o c e sso sã o a s três m a iores 
r a z õ e s do s u c e s s o d o com p u tad or an a lóg ico nas ind u strias de p r o c e s s a m e n to .” E sta d iv isã o de c o n ­
tro le é um a e sp e c ia liz a ç ã o particu lar, que está cm rápido c r esc im e n to graças à d isp on ib ilid ad e d os 
c o n tr o le s d e o tim iza çã o e à m elh or a p licação d as m atem áticas.
O c o n tr o le q u ím ic o tem um a fu n ção tripla n o s p ro ce d im e n to s fabris: (1) a n á lise d a s m atérias- 
prim as a flu en tes; (2) an á lise d o s p rod utos da reação durante a m anufatura , is to é . c o n tr o le d o p r o ­
c e s s o ; e (3) an álise d os p rod utos aca b a d o s e f lu e n te s . O fabricante q u ím ico d e v e n ão só c o n h e c e r o 
caráter da m atéria-prim a que e s tá com p ran d o , m as tam bém e s ta b e le c e r e s p e c if ic a ç õ e s e str ita s de 
q u a lid ad e , para assegu rar a p resen ça m ín im a, ou a a u sên cia co m p le ta , d e ce r ta s im p u rezas in d esejá -
"Perry, seção 23; Wilson e Oates, Corrosion and the Maintenance Engineer. Hart, 1968; Fontana e Greene, Corrosion Enginee­
ring, McGraw-Hill. I%7.
I2Perry, seção 22; Considinc, D. M. e S. 1). Ross, Process Instruments and Controls Handbook. 2.a ed., McGraw-Hill (1973); 
Murrill, Automatic Control o f Processes, International, 1967; Shinskey. Process Control Systems. McGraw-Hill. 1967; Considine, 
Process Instruments and Controls, McGraw-Hill, 1974.
I3Davis, Computer Process Control, t hem. Eng. (N. Y.j, 81(19), 52 (1974); Nisenfeld, Cost Comparisons of Analog-Control and 
Computer-control Systems, ('hem. Eng. (N . Y.), 82(17), 104 (1975); Adoptive Control Emerges for Practical Use. Chem. Eng. 
News, 13 de janeiro de 1975, pág. 28; Haker, Direct Digital Control of Batch Processes Pays Off. Chem. Eng. (TV. >.), 76(27). 121 
(1969); Williams, What’s Next for Process Control Computers?, Chem. Eng. Prog.. 68(4), 45, 1972; Lawrence e Buster, 
Computer-process Interface, ( hern. Eng. (N. Y.), 79(14). 102(1972).
PR OCESSAM ENTO Q U ÍM IC O E TR ABA LHO DO ENG ENHE IR O Q U ÍM IC O 11
veis. Por exemplo, a presença de arsênico no ácido empregado para hidrolisar o amido será deletéria 
à dextrose destinada a fins alimentícios, mas tem uma importância menor quando é usado na fabrica­
ção de adesivos de dextrina. Por certo, mais de 90% das matérias-primas das indústrias químicas são, 
possivelmente, compradas na base da análise quím ica.
ECONOMIA DOS PROCESSOS QUÍMICOS
Os engenheiros devem sempre estar conscientes dos custos e dos lucros. Na verdade, realizam 
freqüentes estimativas de novos projetos, de expansões ou de obsolescência, e, neste trabalho, é 
impossível que não tenham a consciência dos custos, que constituem parcela da sua obra. Devem 
estar continuamente em dia com os fatores econômicos que podem afetar seus produtos. Um dos 
objetivos primários dos esforços do engenheiro deve ser, fornecer o melhor produto, ou os serviços 
mais eficientes, ao menor custo para o empregador ou para o público consumidor.14
p r o c e s s o s c o m p e t i t i v o s Em virtude de as modificações serem uma característica marcante dos 
procedimentos químicos, a alteração potencial de quaisquer processos tem importância não só 
quando a usina é inicialmente projetada, mas também deve estar sob mira constante do engenheiro 
químico. Na verdade, uma das funções de uma divisão de P&D é manter-se atualizada sobre o 
progresso e tornar disponível o conhecimento sobre as melhorias ou mesmo sobre as mudanças fun­
damentais que dizem respeito a qualquer produto em que a organização esteja interessada. A seção 
de P&D deve também estar informada sobre os desenvolvimentos em outras companhias e habilitada 
para aconselhar a direção sobrea posição competitiva relativa de um processo em ação ou projetado, 
ou de um certo produto (ver P&D, adiante). O julgamento baseado nos fatos competitivos deve 
exercer-se na maior parte das discussões importantes de que participa o engenheiro químico. Por 
exemplo, existem muitos processos técnicos de fabricação do fenol, dois para o ácido sulfúrico, três 
para o etanol e muitos para o ácido acético. A escolha de um deles, entre os diversos que são os 
melhores numa dada localização e num certo instante, é uma decisão prática, que pode ser auxiliada 
pelas diversas formulações mencionadas nos princípios listados no Quadro 2.1. Estas formulações são 
auxiliares, mas, na análise final, o engenheiro chegará à decisão mais favorável com o julgamento 
baseado na experiência. No Quadro 2.2 estão relacionados processos diferentes e competitivos para 
os diversos produtos químicos.
b a l a n ç o s d e m a s s a Os rendimentos e conversões dos processos químicos formam a base para os 
balanços de m assa , que são, por seu turno, os fundamentos para a determinação do custo. Os mate­
riais e as quantidades usadas normalmente estarão tabulados nos fluxogramas, sempre que forem 
conhecidos.
e n e r g i a O engenheiro está encarregado da direção e do controle da energia. Esta energia pode 
ser dissipada na movimentação de matérias-primas por navio, ou via férrea ou oleodutos; ou pode ser 
usada na forma do calor de um vapor ou da eletricidade; ou pode ser a energia desprendida nas 
reações exotérmicas ou a que é absorvida nas reações químicas endotérmicas. O engenheiro químico 
trabalha com modificações químicas envolvendo reações químicas, mas, por outro lado, nas condi­
ções da competição atual, deve ter atenta consideração a outros tipos de dissipação de energia, rela ­
cionada especialmente com os processos em curso. As conversões químicas provocam modificações 
na energia química e efeitos correlatos. As operações unitárias incluem modificações físicas de ener­
gia ou de posição, como o fluxo de calor, o escoamento dos fluidos ou a separação de fases; muitas 
vezes, estes efeitos são uma parte essencial das conversões químicas. A experiência mostra que o 
engenheiro químico também deve levar em conta todos os outros gastos gerais de energia, como, por 
exemplo, os representados no transporte de matérias-primas. Todos estes dispêndios participam do 
custo. (Ver o Cap. 4, a propósito de diversos detalhes sobre a energia.)
MÂO-DE-OBRA As indústrias químicas evoluíram com rapidez para técnicas de economia de traba ­
lho sobretudo pela rápida ampliação do uso do processamento contínuo, pela adoção mais recente e 
extremamente importante do controle otimizado mediante computadores, e pela introdução de dispo ­
sitivos e de processos que visam à economia de mão-de-obra. Ao mesmo tempo, os diretores das 
indústrias de processos químicos conseguiram acumular grandes somas de dinheiro, de lucros retidos, 
para substituir fábricas obsoletas ou para reparo e manutenção (Quadro 2.3).
c u s t o g l o b a l O custo do processamento não pode ser obtido em definitivo senão quando a 
fábrica está em operação; o engenheiro químico experiente, no entanto, pode estimá-lo com proprie ­
dade. Na verdade, pode calculá-lo com bastante exatidão, a partir do balanço de m aterial, o custo da
H Perry, seção 25; Bauman. F u n d a m en ta ls o f C ost E ngineering in the C hem ica l Industry , Reinhold, 1964; Bierman e Smidt. A s 
decisões de o rça m en to de cap ita l, 4 .a ed ., Guanabara Dois, 1978; Jelen, C ost a n d O p tim iza tion Engineering, McGraw-Hill. 1970; 
Peters and Timmerhaus, P la n t D esign a n d E conom ies f o r C hem ica l E ngineers, 2.a ed., McGraw-Hill, 1968; Holland. Watson e 
Wilkinson, How to Budget and Control Manufacturing Costs, C hem . E ng. (N . Y.), 81(10), 105(1974).
12 IN D Ú S T R IA S DE P R O C E S S O S Q U ÍM IC O S
Q uadro 2 .2 Resum o de alguns processos competitivos ou 
alternativos de obtenção de um a dada substância t
Capítulo Substância Processo
38 Acetaldeído (1) CHiCH + H20 -*
(2) GLP + 0 2 -»
(3) C2H5OH J U
7 Acetileno (1) CaC2 Hí°->
(2) CH4
(3) Cf.Hu
38 Acetona (1) Ca(Ac)2 + A (obsoleto)
31 (2) Fermentação -*
- H 20
34 (3) Álcool isopropíhco ------------ *
ar
(4) Cumeno ----- >
31 Ácido acético (1) Fermentação (vinagre)
38 ar(2) C2H2 + H20 -»• CH3C H O ------*.
(3) C2H5OH J í l » CH3CHO JiL *
(4) Ca(Ac)2 + H2S 04 -»
(5) CXH„ + ar-* CH3CHO -ÜL*
Gás natural —> C2H4, C2H5OH + CH3CHO —*
(6) Oxidação parcial do HXC„ e separação dos vários ácidos
35 Ácido adípico (1) Cicloexanol + HN° 3 ou ° 2 >
(2) Cicloexano + i í N9? 0U- ° 2>
35 Ácido cianídrico (1) CH4 + NH3 + ar -»■
(2) NaCN + H2S 04 ->
20 Acido clorídrico (1) Sal e ácido sulfúrico (ou bissulfato de sódio) —*
(2) H2 + Cl, -*
16 Ácido fosfórico (1) Ca3(P 04)2 + H2S 04 ->
(2) P + ar — P2Os A z° > H3P 0 4
19 Acido sulfúrico (1) Câmaras de chumbo -*
(2) Processo de contato —>
35 Ácido tereftálico (1) p-Xileno -HN° 3>
(2) C6H6 + K2C 03 -C?.2..press- C d >
340° C
35 Acriloni trila (1) CHiCH
(2) CH2:CH CH3— 2-^ -NH3 + í/2° 2 y
(3) CH2:CH CH3 AÜÜL^-3/a0> >
(4) CH2—CH2 - H.-.N > -Z-HaP ,
O
28 Álcoois graxos , n rs, Na red. ( 1) Oleos graxos ----------->
(2) Óleos graxos ------- íí?------- >
pressão alta
18 Amónia (1) N2 + 3H2 ->
5 (2) Pirólise do carvão —►
35 Anidrido acético ( 1) Destilação do diacetato de etilidina
(2) C2H2 + CH3 COOH
(3) CH3CHO + ---------- ---------►
acetato de Mn
(4) H2C:CO + CH3COOH ->
Cüf.
34
39
39
5
13
37
5
36
31
38
22
36
38
31
37
38
34
34
P R O C E S S A M E N T O Q U ÍM IC O E T R A B A LH O DO E N G E N H E IR O Q U ÍM IC O 1 3
Q uadro 2 .2 (cont.) R esum o de alguns processos competitivos ou 
alternativos de obtenção de um a dada substância t
S u b s tâ n c ia P ro cesso
Anidrido ftálico
leito fixo
(l) Naftaleno -Y 2.— ~>catalítico^
+ ar \
leito fluidizado
Anilina
(2) o-Xileno + ar -*
(1) Benzeno H - - 3-» CeH5NO, J l l *
(2) Benzeno HN° 3> C6H5N 02 -ü i*
(3) Benzeno > C6H5C1 >
Antraquinona
NH
(1) Anid. ftálico + clorobenzeno ------i-»
(2) Alcatrão do carvão ->
Barrilha (1) Le Blanc
(2) Solvay -*■
(3) A partir da trona -*
Benzeno (1) Ciclização, desmetilação —*
(2) Pirólise do carvão ->
Butadieno (1) Etanol — ^ 2̂ -> (obsoleto)
_ h Q
(2) Acetaldeído -* butanodiol 1,3 ----- 2—>
(3) CH :CH + CH 020 -^ b u ta n o d io l 1,4 - P 2?-,. 
Q H 10"|
Cr20 3 a 18% sobre A120 3 H2
(4) ---------------------------------------»
600-630°C
C4 Hg >
Butanol l (1) Fermentação -*■
h 2
(2) Crotonaldeído ------*
Ciclonita ou RDX (1) Hexametilenotetramina + nitraçâo por H N 03 conc. -*
(2) Hexametilenotetramina cont. NH4N 03; anid. ac. —*
Estireno
Etanol
(1) Etilbenzeno (Dow) —» (métodos para produzir etilbenzeno)
(1) Fermentação -*
(2) c 2h 4 + h 2s o 4 HzC)-> c 2h 5o h + h 2s o 4
Etileno (1) Desidratação do C2H5OH -»
(2) Desidrogenação do C2H6, C3H8 ->
Etilenoglicol
h 2o
(1) Oxido de etileno + --------»
Na2C 03
(2) Etilenoclondnna + ---- ------- »
Fenol (1) Destilação (alcatrão) -»
(2) C8H8 + H2S 04 -Na- H- >
(3) C8H8 + Cl2 ^ aQ- - >
... „ ar H2S 04
(4) Cumeno ------*----------> + acetona
(5) Tolueno benzóico — ^ ^ 2 +...ar > + HCOOH
Formaldeído (1) Metano + -5fe.»
(2) GLP. ° U
Gás de síntese
(3) Metanol .- V- >
(1) Gás natural, oxigênio (combustão parcial) -»
(2) HXC„, oxigênio (combustão parcial) -*
(3) Gás natural, vapor — — *
reforma
14 INDÜSTR IAS DE PROCESSOS QU ÍM ICOS
Quadro 2 J (amt.) Resumo de alguns processos competitivos ou 
alternativos de obtenção de uma dada substânciat
( ' a p i t u lo Su b st â n c ia Processo
29
3 5
36
38
37 
5 
8
38
20
I3
37
5
Glicerina
H e xam etilenod iami na 
Isopreno
Metanol
Naftaleno 
Negro de fumo
Oxido de etileno 
Peróxido de hidrogênio
Soda cáustica 
T olueno
(1) Aguas mães do sabão —*■
(2) Propileno sint. -SÍí l ÍIí SL.
NaOH
(3) Hidrogenólise da dextrose -»
(4) Fermentação (ICl, SD) -*•
„ „ Cl2 HCN H2
(1) Butadieno — í-*--------»------»
H
(2) Acrilonitrila — L»
H
(3) Adiponitrila —
(1) Do isopentano —*
(2) Do propeno —>
(3) Do isobutileno + H2CO —»
(4) Do acetileno + acetona —»
(1) Destilação da madeira
(2) Síntese CO + H2 -*
(3) GLP + 0 2 -*•
(1) Desmetilação
(2) Pirólise do carvão -»
(1) Pirólise (combustão parcial): CH4 -»
(2) Pirólise (combustão parcial): óleo combustível —>
(1) Etileno —2 >
Ag
(2) Clondnna ----------->
(1) Quinonas + 0 2
(2) GLP + 0 2 -»
(3) Isopropanol 4- 0 2 -+
(4) H20(H2S04) ■ elel r.-llSe >
(1) CaustiFicaçáo da barrilha -*
(2) Eletrólise NaCl ->
(1) Ciclização, desmetilação -»
(2) Carvão .-»
tA maior parte dos produtos químicos pode ser fabricada a partir de diferentes matérias-primas e por vários processos diferentes. 
Por isto. a competição é aguda e a flexibilidade grande. Ver o texto da obra. Observe que este é um resumo escolhido.
matéria-prima, e estimar o da mão-de-obra, levando em consideração, naturalmente, os dispositivos 
modernos de economia do trabalho. Por outro lado, a maior parte dos erros na estimativa do custo é 
devida a uma subestim ativa das despesas gerais, das despesas de vendas e dos serviços de venda, e 
do desprezo do significativo capital necessário para financiar as operações correntes, incluindo as 
matérias-primas e os produtos acabados. Depois de a planta ter sido projetada, é possível obter 
propostas cotadas do equipamento, que indicarão o capital total necessário à construção. Da mesma 
forma, é necessário fornecer um capital inicial, ou retirá-lo dos lucros retidos para a substituição, a 
modernização, os reparos e a ampliação.
AVALIAÇÃO DO MERCADO
Durante o desenvolvimento da indústria química, formaram-se vários especialistas, e é necessá ­
rio recorrer a eles para fazer uma avaliação do mercado, quando se quer operar com um novo pro­
duto.
l a n ç a m e n t o d o p r o d u t o Uma vez iniciada a construção e empatado o capital fixo, é muito tarde 
para levantar questões sobre o novo produto, que deveriam ser propostas em época anterior. O 
instante da apresentação clara e completa dos fatos é aquele em que a diretoria toma a decisão de 
entrar na comercialização. Existem esta tís ticas para estimar o crescimento e a estabilidade das indús­
trias de processos químicos provenientes de muitas fontes e que devem ser um guia para analisar 
estes aspectos da avaliação do mercado. No entanto, é preciso cautela no emprego das séries estatís ­
ticas, conforme, aliás, na maior parte das situações de engenharia e negócios.
P R O C E S S A M E N T O Q U ÍM IC O E T R A B A L H O DO E N G E N H E IR O Q U ÍM IC O 1 5
Fig. 2.1 Fluxograma do movimento de caixa. E um gráfico análogo aos fluxogramas dos processos. [Ind. Eng. 
Chem., 53(6), 59A (1961).]
p u r e z a E u n i f o r m i d a d e d o p r o d u t o A tendência mais m oderna visando a substâncias quím icas 
puras ocorre nos campos das técnicas nucleares e na dos produtos farm acêuticos. Por exem plo, a 
pureza do urânio deve ser elevada e a presença de absorvedores de nêutrons, como o boro, deve ser 
reduzida a algumas partes por 10 milhões. Esta especificação levou os engenheiros químicos a proje ­
tar e instalar muitos procedimentos novos, por exemplo, a extração por solventes orgânicos para 
purificar o nitrato de urânio ao grau desejado (Cap. 21). A pesquisa de laboratório, controlada pelas 
operações da planta-piloto, deve orientar-se para obter as condições ótimas que assegurem a unifor ­
midade do produto e o desem penho dos processos e, quando for possível, que reduzam os subprodu ­
tos. pois os custos de venda destes materiais podem não ser justificados. A instrum entação pode 
auxiliar a manutenção destas condições, mas é, em grande parte, uma função do superintendente da 
engenharia química garantir que elas sejam efetivamente realizadas na operação real da fábrica,
O e s ta d o f is ic o d o s p ro d u to s tem uma grande influência sobre a comerciabilidade. O estado 
envolve a estrutura cristalina, a granulação e a cor de sólidos e líquidos. Por exemplo, a barrilha leve
Q uadro 2 .3 D ispêndio de capital na instalação de novas 
indústrias quím icas (em b ilhões de dólares)*
19741 1973 1972 1971 1970
Produtos químicos 
e correlatos 5,31 4.46 3,45 3.44 3,44
Alimentos e bebidas 3,59 3.11 2,55 2.69 2.84
Papel 2,50 1,86 1,38 1,25 1,65
Petróleo 7.18 5,45 5,25 5,85 5.62
Borracha 1,67 1,56 1.08 0,84 0.94
Têxteis 0,80 0,77 0,73 0,61 0.56
F o n te s: Departam ento do Comércio, E .U .A .; C hem . E ng . N e w s , 3 de junho de 1974, 
pág. 32.
♦Capital despendido nos Estados Unidos. 
tEstim ativa.
1 6 IN D Ú S T R IA S DE P R O C E S SO S Q U ÍM IC O S
e a barrilha densa são vendidas e exigidas em mercados diferentes. A gasolina é corada em diversos 
tons não só para efetivar distinções comerciais, mas também para encobrir uma coloração escura, que 
não afeta, de forma alguma, o seu desempenho. Neste caso, é mais barato colorir o produto do que 
rem over a coloração escura.
e m b a l a g e m Os recipientes mais econômicos são os de transporte grosso, reutilizáveis, como os 
carros-tanque, os vagões ferroviários, as gôndolas, as barcaças, e mesmo os navios-tanque. Dentro 
desta categoria, podem ser incluídos os dutos para o transporte de produtos de petróleo, de ácidos, de 
salmoura e de muitos outros líquidos. Transportam-se carvão e outros sólidos em dutos, em suspensão 
líquida, usualmente aquosa. Investiga-se um transporte semelhante para o cloreto de potássio sus­
penso em salmoura. Nos Estados Unidos, é rápido o desenvolvimento de meios de transporte a 
granel, não apenas para cargas de carvão, de petróleo e de gasolina, mas também de melados. Os 
grandes carros-tanque, ou as barcaças, fazem inúmeras viagens entre o vendedor e o comprador, 
constituindo-se em contentores de custo muito baixo. Muitas substâncias químicas são embarcadas 
em volumes menores, que podem ser reutilizáveis, ou do tipo descartável.
v e n d a s E s e r v i ç o s d e v e n d a s O vendedor deve usar os olhos, o ouvido e o nariz para auxiliar a 
previsão econômica. Em muitas companhias químicas, alguns dos artigos mais rentáveis e mais ven­
didos foram fruto das sugestões do pessoal de vendas. Devem ser também capazes de instruir os 
fregueses sobre o uso conveniente dos produtos fabricados pela empresa. Estas operações se refletem 
no número crescente de engenheiros químicos que entram nesta nova e importante área.
LOCALIZAÇÃO DA FABRICA
A localização conveniente e apropriada de uma usina química, ou de uma fábrica subsidiária, é 
determinada, em grande parte, pelas matérias-primas, pelo transporte e pelos mercados. Muitos ou­
tros fatores entram na escolha do local — energia, água, disponibilidade de mão-de-obra eficiente, 
custo do terreno, descarte dos rejeitos. Há forte tendência de as empresas químicas abandonarem as 
cidades congestionadas e instalarem-se em cidades menores ou no campo. Na verdade, existem, às 
vezes, restrições legais que obrigam a estas mudanças.
SEGURANÇA: RISCOS DE INCÊNDIO OU DE MATERIAIS TÓXICOS
Nada é tão destrutivo numa usina quanto o fogo. No projeto de qualquer instalação química, é 
necessário prever as precauções para impedir os incêndios ou para combatê-los. Da mesma forma, os 
empregados devem ser protegidos contra a ação de substâncias químicas tóxicas. As medidas de 
segurança devem não apenas manter o empregado regularmente em serviço, e o equipamento em 
operação, mas também economizar dispêndios, pela redução de prêmios de seguros, que são pagos 
aos empregados, contra acidentes e incêndios. A familiaridade freqüente com substâncias químicas 
gera descuidos e falta de cuidado; por isso, as plantas que operam satisfatoriamente têm dispositivos 
de segurança e programas contínuos para manter atentas contra os perigos as pessoas que estão 
operando num dado processo. A segurança adequada e a proteção contra o fogo exigem uma supervi­
são especializada.
Em dezembro de 1970, o Occupational Safety and Health Act de 1970, amplamente conhecidonos Estados Unidos por OSHA, tornou-se lei. Esta lei (também conhecida como Lei 91-596, ou Lei 
Williams-Steiger) entrou em vigor a 28 de abril de 1971. A OSHA foi promulgada visando a ampliar a 
segurança e as condições sadias de trabalho na indústria e atinge a cerca de 57 milhões de operários, 
em 4 milhões de estabelecimentos. Na vigência da lei, a Secretaria do Trabalho promulgou pa­
drões aceitos sobre o assunto, os quais tinham sido anteriormente adotados pelo American National 
Standards Institute (ANSI) e pela National Fire Protection Association (N FPA ).15
A OSHA é uma lei federal e tem obrigatoriedade estrita. O empregador deve obedecê-la ou 
sofrer multas, que vão até US$10.000, ou detenção de até 6 meses pela sua repetida e voluntária 
violação, ou pode até ser obrigado a encerrar as atividades da fábrica até que sejam cumpridas as 
especificações do diploma legal. Existem, na OSHA, três tipos de normas:
1. Normas iniciais (já publicadas).
2. Normas temporárias de emergência.
3. Normas permanentes.
As normas de emergência são promulgadas para proteger os empregados contra perigos sérios provo­
cados por substâncias tóxicas ou deletérias ou provenientes de riscos ainda desconhecidos. As nor­
mas permanentes podem ser emitidas apenas depois de um processo formal, em que as pessoas inte­
ressadas têm a oportunidade de apresentar suas opiniões e objeções.
A primeira intimação baseada na OSHA foi feita em 14 de maio de 1971, apenas duas semanas 
depois do início da vigência da lei, contra uma indústria química com uma fábrica de cloro e álcali
PROCESSAM EN TO Q U ÍM IC O E TRABALHO DO ENG ENHE IRO Q U ÍM IC O 1 7
eletroiítico em células de mercúrio, na Virginia (Oeste).16 A empresa relacionou a dificuldade a dimi­
nutos vazamentos nas linhas contendo mercúrio e resolveu rapidamente o problema.
Em geral, a indústria química tem um excelente registro quanto à segurança e, mesmo antes da 
OSHA, acentuava sua necessidade, sem a coação legal. Com a nova legislação, são necessários 
novos esforços.17 Em fevereiro de 1974, 600 substâncias carcinogênicas (isto é, que provocam câncer 
em pessoas ou em animais) estavam na lista de substâncias tóxicas do National Institute for Occupa- 
tional Safety and Health, que é o setor de pesquisa da OSHA.18 Pelas estimativas da OSHA, há o 
risco potencial, para pelo menos 2.000 operários, de exposição a 14 substâncias que a OSHA consi­
dera possíveis cancerígenos. Existe uma considerável diferença de opinião sobre a periculosidade de 
muitas destas substâncias, sendo possível que se passem anos antes de que se completem os proces­
sos formais e sejam estabelecidas as normas permanentes.
CONSTRUÇÃO DA FABRICA
Existem organizações de engenharia de construção que construirão a usina, além de participar do 
seu projeto, para companhias grandes ou pequenas. Por outro lado, algumas empresas químicas gran­
des têm seus próprios departamentos de construção e edificam suas próprias fábricas. A vantagem . 
principal deste procedimento é possibilitar um contato mais íntimo dos operários que vão operar o 
equipamento com a construção, o que amplia a familiaridade com a fábrica. Os modelos tridimensio­
nais em escala têm contribuído, algumas vezes, para importantes economias nos custos de construção 
por revelarem falhas que não eram evidentes nas plantas usuais do engenheiro. Na construção de 
fábricas, pela lei da maior parte dos estados (nos Estados Unidos), pelo menos os engenheiros de 
direção devem ser “ registrados” . Este registro garante que os engenheiros responsáveis tenham sido 
treinados e examinados, para assegurar a competência técnica e a responsabilidade pessoal.* Os 
engenheiros jovens devem ser estimulados a registrarem-se logo que seja possível.
DIREÇÀO PARA PRODUTIVIDADE E CRIATIVIDADE
Acompanhando o marcante aumento de produtividade, as indústrias químicas tornaram-se tão 
complexas, em virtude das modificações da tecnologia, que muitas empresas estão desenvolvendo, a 
partir dos seus engenheiros químicos, os seus superin tendentes de fábrica e os diretores das usinas. 
Na verdade, em certas empresas, os engenheiros jovens e promissores têm facilidade de despender 
esforços e tempo estudando direção e gerência em diversas instituições. A responsabilidade principal 
de um diretor de fábrica é operar a usina (o pessoal treinado e a maquinaria eficiente) de modo a 
produzir bens colocáveis no mercado com uma margem de lucro. O diretor, na verdade, é um criador 
de lucros. Um dirigente da indústria farmacêutica, Eli Lilly, diz para seu grupo de direção: “ Não há 
desempenho excelente sem uma moral elevada. Quando a organização perde sua capacidade de evo ­
car desempenhos individuais excelentes, seus dias de glória estão contados. O tônus moral é como a 
liberdade — é preciso trabalho constante para preservá-lo e merecê-lo.”
t r e i n a m e n t o p a r a A o p e r a ç ã o d a f á b r i c a O melhor lugar para efetuá-lo é na planta-piloto, onde 
os supervisores e demais pessoal escolhido podem tomar parte na coleta de dados da operação. Esta 
experiência fornece uma base excelente para os operadores especializados que se necessitam moder­
namente. As questões operacionais a serem respondidas são: “ É possível eliminar? E possível com ­
binar? E possível modificar? É possível simplificar?”
m ã o -d e -o b r a A condução das indústrias químicas exige, como regra, mão-de-obra especializada, 
tendo necessidade limitada de trabalhadores para serviço pesado. A maior parte da assistência é 
realizada por operários que podem reparar, manter e controlar os diversos equipamentos e instrumen­
tos necessários para executar as conversões quím icas e as operações fís ic a s . À medida que passam os 
anos, a indústria química, graças ao uso generalizado de instrumentos e à maior complexidade do 
equipamento, exige, cada vez mais, mão-de-obra altamente especializada.
PESQUISA E DESENVOLVIMENTO19
A pesquisa adequada e competente, com a proteção de patentes, garante, sem dúvida alguma, os 
lucros futuros. Nas indústrias de processos químicos, algumas das características marcantes são as
‘“Brink e Kennedy, M ercury P o llu tion Control, Proceedings of the 1972 Clean Air Conference. Melbourne, Austrália. 15-18 de 
maio de 1972; Citation for Excess Mercury, Chem . Eng. N ew s, 7 de junho de 1971.
17Synder, Implementing a Good Safety Program, Chem . E ng. (N . Y.), 81(11), 112 (1974).
‘“Final Rules Set for Exposure to Carcinogens, C hem . E ng. N ew s, 11 de fevereiro de 1974, pág. 12.
*N. do T.: Nos Estados Unidos, o engenheiro registrado é o profissional que se submeteu a um exame — em nível estadual — que 
serve de garantia da sua experiência e competência prática. No Brasil, apenas os engenheiros registrados nos CREA podem 
exercer a profissão.
‘“Hunter e Hoff, Planning Experiments to Increase Research Efficiency, ln d . E ng. C hem ., 59(3), 43 (1967); Corrigan e Beavers, 
Research and Development, C hem . E ng. (N . Y.). 75(1), 56 (1968); Federal R&D Spending on the Rise Again, C hem . E ng. N ew s,
18 de fevereiro de 1974, pág. 13.
1 8 IN D Ú S TR IA S DE PROCESSOS Q U ÍM IC O S
modificações de processos, as novas matérias-primas, os novos produtos e os novos mercados. A 
pesquisa cria ou utiliza estas modificações. Sem este tipo de investigação, ou pesquisa, voltada para o 
futuro, uma empresa ficara para tras na evolução competitiva do seu ramo. O progresso da indústria 
abre novos mercados ate para os produtos fundamentais mais tradicionais. Os resultados e os benefí­
cios da pesquisa podem ser tabelados da seguinte forma:
1. Processos novos e melhorados.
2. Custos mais baixos e preços mais baixos para os produtos.
3. Novos serviços e novos produtos anteriormente desconhecidos.
4. Transformação de materiais raros em materiais comerciais de utilidade prática.
5. Suprimento adequado de substâncias anteriormente sõ obtidas como subprodutos.
6. Liberdade dos consumidores locais frente a monopólios estrangeiros.
7. Estabilizaçãodos negócios e dos empregos industriais.
8. Maior pureza dos produtos.
9. Produtos com desempenho de maior qualidade, por exemplo, corantes resistentes à luz.
No Quadro 2.4. aparece o numero de pessoas em atividade no setor de P&D; os custos aparecem no 
Quadro 2.5. No ramo dos produtos químicos e correlatos, o custo por empregado atingiu a cerca de 
US$50.000. em 1976.
Quadro 2.4 Emprego em P&D (em milhares de em p reg a d o s)t
1973 1972 1971 1970 1969 1967 1965 1963
Produ tos quím icos
e co rre la tos 41,6 40.9 42,8
Industriais 19.5 19,7 22.4
D rogas 12.5 11.8 11,6
O utros 9,6 9,5 8.8
Petró leo 8,2 8,3 9,2
B orracha 5.8 5.8 5,9
Papel 4.9 4.9 5.0
T êx te is 1.8 1,8 1,8
T oda a indústria 359,9 349.9 366.8
40,2 40,3 38.7 40,0 38,3
21,9 22,6 22,7 25,7 22,9
11,4 10,1 9,3 7,7 6 ,9
6,9 7,6 6,7 6,6 8,5
9,9 10,0 10,4 9,7 8,9
6.8 6,3 5,8 5,8 5.8
4,9 4,8 2.8 2.4 2.5
2,9 2,6 1,9 1.2 1.0
384,1 387,1 367,2 343,6 327,3
F ontes: National Science Foundation; Client. Eng. N ew s, 3 de junho de 1974, pág. 50. 
tEquivalentes em tempo integral.
PATENTES
A Constituição americana estabelece os direitos de patente para encorajar a realização de novas 
descobertas em benefício da nação. As patentes são monopólios limitados, que se estendem por 17 
anos, concedidos em troca de alguma coisa nova e benéfica. Entretanto, uma vez que decorre um 
período de tempo médio de mais ou menos 7 anos desde o instante em que a invenção é patenteada 
até o instante da sua comercialização, o monopólio existe, na prática, por apenas 10 anos. As paten ­
tes são necessárias no sistema competitivo da livre empresa a fim de que seja possível a ocorrência de 
gastos generosos nas inversões, para a melhoria dos processos antigos e para a realização de desco ­
bertas novas e úteis. O sistema possibilita que as empresas recuperem os grandes dispêndios feitos na 
P&D. O sistema de patentes americano também desencoraja os processos secretos, pois só garante o 
monopólio limitado quando a divulgação é adequada.
O Diretor Executivo da National Patent Planning Commission, Dean A. A. Potter, escreveu da 
seguinte forma, a propósito das patentes:20
É indispensável ter uma compreensão clara da diferença entre uma invenção, uma patente e um produto 
comerciável. A invenção é o ato de descobrir alguma coisa que é nova. A patente é uma concessão do direito 
exclusivo do autor sobre sua invenção, durante um período limitado de tempo. Uma invenção não é um 
produto, e a patente da invenção não a transforma num produto. Para se ter um produto comercializável. 
deve-se desenvolver e corporificar uma nova idéia, contida na invenção, de maneira a se tornar apropriada 
para a fabricação, e devem-se possuir as ferramentas apropriadas, de forma a ser possível a fabricação a um 
custo aceitável pelo público. A patente serve para proteger o inventor e os que desenvolvem, fabricam e 
vendem o produto contra a competição descontrolada dos que não partilharam da carga da invenção e da sua 
comercialização.
20Potter, Engineer and the American Patent System, M ech . E ng . 66, 15-20 (1944).
P R O C E S S A M E N T O Q U ÍM IC O E T R A B A L H O D O E N G E N H E IR O Q U ÍM IC O 19
Q uadro 2 ,5 D espesas da in d ú str ia em P & D 
(e m m ilh õ e s d e d ó la re s)
1971 1972 1975
Produtos químicos 
e correlatos 1.635 1.713 + +■ +
Industriais 858 870 1.025
Petroleo 488 458 525
Equipamento elétrico 2.232 2.442 3.000
Industria espacial 1.012 945 1.150
Todas as industrias 10.643 11.347 13.950
Contes- National Science Foundation; Client. Eng. News, 3 de junho 
de IW . pug. 50,
+■ + t Desconhecida.
A s in v e n ç õ es , em virtude de introduzirem no m undo com ercial n ovos produtos, b en efic iam o 
grosso d o publico de form a perm anente. O inventor recebe apenas um a recom pensa lim ita d a ; ap esar 
de ter c r ia d o 21 algo que não ex istia an tes. N as indústrias quím icas, o sistem a am ericano de p aten tes é 
respon sável por boa parte do recente d esen vo lv im en to , p o is encoraja a pesq u isa , sobre que se fun ­
dam enta o crescim en to . A o b ten ção de um a patente é um procedim ento que ex ige orien tação e sp e c ia ­
lizada e exp erien te . A patente d ev e ser pedida para algum a co isa n o va . cuja natureza d ev e ser de tod o 
e x p lic a d a , e as partes e sse n c ia is da invenção d evem ser apropriadam ente cob ertas por dem an d as 
exp lic ita s.
Fig. 2.2 Estação experimental da Du Pont, num subúrbio de Wilmington. Delaware. Em 1975. a Du Pont gastou 
US$336.000.000 em P&D. com cerca de 5.000 cientistas e engenheiros engajados nesta atividade, ( t . I. Du P on t 
de N em ours & Co.)
SIST E M A S Q U ÍM IC O S
e n g e n h a r i a d e s i s t e m a s d e p r o c e s s o s O s sistem as q u ím icos con stitu em a form a m oderna de 
encarar quaisquer d o s variad os p ro cesso s q u ím icos nas indústrias q u ím icas. Em virtude da cr esce n te 
com p lex id ad e d esta s industrias e v isan d o ao em prego m oderno de com p u tad ores, de ou tros instru ­
m en tos e das fo rm u lações m atem áticas ap licadas às indústrias de p r o c e sso s q u ím icos, é apropriado
^Willson, Don’t Overlook Patents. Citem. Eng. (N. Y.). 71(3). 79 (1964) (chave para obtenção de informação de um vasto reposi­
tório de informações técnicas); Gould, R. (ed.). Patents for Chemical Inventions, Adv. t hem. S e r . , n.° 46(1964) (excelente, com 
muitas referências); Hurd, The Flow of Patents, C h e m te c h I. 210(1971); Invention and the Patent System, Technology, Econo­
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res, Chemtech, 2, 599 (1972).
20 INDÚSTR IAS DE PROCESSOS QU ÍM ICOS
Fig. 2.3 Cen tro de pesquisa da divisão da Dow Chemical no oeste, localizada em W alnut C reek, Califórnia. A 
Dow tinha 235 pesquisadores nesta instalação, em 1976. A despesa program ada em nível in ternacional para P& D 
pela Dow, em 1976. montava a US$190.000.000 (D o m- C h e m ic a l C o.)
re su m ir o s fu n d a m en to s g e r a is , rea lça n d o a n a tu rez a d o s s is te m a s q u ím ic o s e o su p o r te q u e r e c e b e m 
d o s c o m p u ta d o r e s e o u tro s in stru m en to s . S e m a m e n o r d ú v id a , o m a io r fa to r is o la d o d a p r o m o ç ã o d o 
c r e s c im e n to d a en g en h a r ia d e s is te m a s d e p r o c e s s o s 22 fo i a in tr o d u ç ã o d o s c o m p u ta d o r e s p a ra e fe tu a r 
o s c á lc u lo s d a s in d ú str ia s d e p r o c e s s o s . C o n fo rm e a a firm a çã o d o D r. T h e o d o r e J . W illia m s , d a 
P u rd u e U n iv e r s ity , n o liv ro S y s t e m s E n g in eerin g ; f o r th e P r o c e s s I n d u s tr ie s , “ to r n a -se c a d a v e z m a io r 
o n ú m e r o d e e n g e n h e ir o s q u e p e r c e b e ser im p o s s ív e l p e n sa r n u m a in d ú str ia d e p r o c e s s o c o m o u m a 
c o le ç ã o d e o p e r a ç õ e s e d e p r o c e s s o s iso la d o s . E c a d a v e z m a is e v id e n te q u e c a d a u n id a d e s e p a r a d a 
d e u m a p la n ta in f lu e n c ia to d a s a s o u tra s , n ão s ó d e fo rm a ó b v ia , m a s ta m b é m m e d ia n te p r o c e d im e n ­
to s s u t i s .”
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instrumentação dos processos químicos, com maiores referências.) Williams, About the Future, Chem. Eng. (N . Y.), 68(9) 87 
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I
I Tratam ento de Á gu a e P ro teção | do A m bien te
Há muito tempo que o condicionamento da água e o tratamento das águas servidas sao funções 
essenciais das administrações municipais. Na atualidade, reconhece-se com clareza a importância da 
preparação conveniente da água para a indústria química. Para o engenheiro químico, os rejeitos de 
águas industriais constituem um problema complicado e difícil. Além das injunções morais e pertinen­
tes à comunidade, as leis que proíbem e limitam a poluição das correntes e do ar exigem que estes 
problemas sejam considerados um ônus necessário da operação. Apesar de a solução do problema ser 
específica para cada indústria (na verdade, específica quase que em cada usina ou fábrica), é possível 
enunciar alguns princípios gerais: aumentar a reutilização das águas servidas; controlar a poluição e, 
se for possível, recuperar na fonte os subprodutos para diminuir a despesa do tratamento: acumular 
os rejeitos de forma a manter a poluição num nível mínimo ou diminuir os custos da neutralização.
Conforme é bem conhecido, a qualidade e a quantidade da água disponível constituem itens 
importantes na escolha da localização de uma indústria química. É preciso levar em conta não só a 
água de superfície, mas também a água subterrânea. Esta última é, em geral, mais conveniente para o 
arrefecimento, em virtude de ter temperatura uniformemente baixa durante todo o ano. No entanto, é 
usualmente mais dura e pode provocar incrustações, que interferem com a transferência de calor. As 
impurezas presentes na água1 variam bastante de um local para outro. As águas duras são as que 
contêm quantidades inconvenientes de sais de cálcio e magnésio. Usualmente, estão presentes como 
bicarbonatos, cloretos ou sulfatos. Estes sais dão precipitados insolúveis com o sabão e o sulfato, o 
carbonato ou o silicato de cálcio formam incrustações qúe baixam a condutividade térmica nas caldei­
ras. O silicato de magnésio e o carbonato de cálcio podem reduzir a transferência de calor nos troca ­
dores de calor de processo.
Apesar de a precipitação diária média ser de 16.300 bilhões de litros de água, nos Estados Unidos 
(75 cm/ano, em média), dos quais 70% são reciclados para a atmosfera, por evaporação ou pela 
transpiração das plantas, já existem carências locais em virtude do crescimento da população e da 
indústria. Os problemas2 de quantidade, qualidade, reutilização e poluição são complicados e exigem, 
usualmente, uma investigação especializada, para que se possa decidir entre fontes alternativas de 
água e sobre o tratamento ótimo para minimizar o custo total de utilização. A decisão depende, em 
geral, da finalidade da água, se é para a geração de energia, ou para calefação, ou arrefecimento, ou 
para ser incorporada a um produto ou ao seu processo de manufatura.
A dureza é usualmente expressa em termos dos sais de cálcio e de magnésio dissolvidos, calcula­
dos em equivalentes de carbonato de cálcio. A dureza da água pode ser dividida em duas classes: a 
tem porária e a p erm a n en te , provenientes de carbonatos e de outros sa is , respectivamente. A dureza 
temporária pode ser muito reduzida pelo aquecimento; a permanente exige o uso de agentes químicos 
para o abrandamento da água. A dureza temporária é provocada pelos bicarbonatos de cálcio e de 
magnésio; a permanente é devida a sulfatos e cloretos de cálcio e de magnésio. Além da dureza, a 
água pode conter diferentes quantidades de sais de sódio, sílica, alumina, ferro ou manganês. O total 
de sólidos dissolvidos pode ir de algumas partes por milhão, na água da chuva, por exemplo, a vários 
milhares de partes por milhão, nas águas de fontes minerais. As unidades que se usam para exprimir 
as análises de água são partes por milhão (ppm) e grãos por galão (gr/gal). Um grão por galão é 
equivalente a 17,1 ppm. Outras impurezas da água que podem estar presentes são matéria insolúvel 
em suspensão (classificadaem geral na turbidez), matéria orgânica, corantes e gases dissolvidos. 
Entre estes gases estão o dióxido de carbono (principalmente na forma de bicarbonato), o oxigênio, o 
nitrogênio e, nas águas sulfurosas, o sulfeto de hidrogênio.
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2M eGauhey, E ng in eerin g M a n a g em en t o f W a ter R e so u r c e s , McGraw-Hill, 1968; A m erica n W ater W orks A sso c ia tio n , W ater 
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T R A TAM EN TO DE AGUA E PRO TEÇÃO DO AM B IE N TE 2 3
REUTILIZAÇÃO
Quarenta por cento da população dos Estados Unidos consomem água que foi usada pelo menos 
uma vez para fins domésticos ou industriais.3 A indústria pode empregar grandes quantidades de água 
das fontes originais e usá-la de maneiras diversas, mas seu consumo é relativamente pequeno;4 a 
maior parte retorna à fonte, para ser reutilizada por outros. A reutilização está expandindo-se, e 
calcula-se que esta tendência será capaz de contrabalançar, sozinha, o crescimento da demanda de 
água industrial que se prevê para 1980. Em muitas áreas, os efluentes de esgotos tratados são de 
melhor qualidade que a água das fontes naturais. Com a melhoria do tratamento dos rejeitos, torna-se 
cada vez mais factível a reutilização industrial. Apesar de 80% de toda a água industrial serem usados 
para o arrefecimento, há uma tendência gradual à expansão do arrefecimento a ar corno substituto do 
resfriamento a água, mais caro. Nos locais em que a água é barata, no entanto, seu resfriamento se 
faz com maior eficiência numa torre, com um tluxo de ar em contracorrente. A reutilização industrial 
diminui a poluição química, térmica e biológica das correntes e coloca sob o controle direto da dire ­
ção da fábrica o manuseio da água.
TRATAMENTO DE ÁGUA
O tratamento de água deve ser adaptado ao emprego particular projetado para água; os proble ­
mas respectivos devem ser levados aos especialistas neste setor. O uso de pressões elevadas (2.500 
psi — 170/atm — até mais. na geração de vapor) exige uma água de caldeira purificada com extremo 
cuidado. Cada indústria tem suas exigências especiais de tratamento de água. Por exemplo, as lavan­
derias precisam de água com dureza nula para impedir que sejam precipitados sabões de cálcio ou de 
magnésio sobre as roupas. Os sais de cálcio, de magnésio ou de ferro provocam precipitados indese­
jáveis com certos corantes nas indústrias de tecidos e na manufatura de papel.
h i s t ó r i a Nos Estados Unidos, os suprimentos de água bastante branda são abundantes, há 
muito tempo, de fontes superficiais no nordeste industrial. Cidades como New York e Boston conse ­
guem água relativamente branda de depósitos rurais sobre rochas ígneas. No Centro-Oeste, no en ­
tanto. e no Oeste, com o crescimento da indústria, tornou-se necessário usar a água mais dura ocor­
rente nestas regiões, sobretudo nas áreas ricas em calcário. Para muitas aplicações, esta água dura 
precisa ser abrandada. Além disto, quando se percebeu as vantagens da água realmente abrandada, 
maiores volumes de água branda passaram a ser com ple ta m en tc abrandados para uso em lavanderias, 
em casas de moradia, em fábricas têxteis e em alguns processos químicos. Em 1841, Thomas Clark, 
na Inglaterra, patenteou o processo da cal para remover a dureza temporária da água. A ele seguiu-se 
Porter, que desenvolveu o uso da barrilha para remover a dureza permanente. Em 1906, o químico 
alemão Robert Gans aplicou os zeólitos para o abrandamento industrial da água. Somente a partir de 
1930 o abrandamento passou a ser apreciavelmente usado nos fornecimentos municipais de água. A 
Fig. 3.1 mostra, de forma geral, as variações na dureza das águas.
MÉTODOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA
A purificação e o abrandamento da água podem ser realizados por métodos diferentes, depen ­
dendo da finalidade a que se visa. A b ra n d a m en to é o termo que se aplica aos processos que removem 
ou reduzem a dureza da água. P urificação refere-se usuaimente à remoçào de matéria orgânica e de 
microorganismos da água, distinguindo-se do abrandamento. A clarificação pode ser muito impor­
tante e pode combinar-se com o abrandamento a frio por precipitação.
t r o c a IÔNICA Em 1852, Way descobriu que a remoção de amónia de soluções aquosas que pas ­
savam por certos solos era, na realidade, uma troca com o cálcio de um tipo especial de silicato 
presente no solo. O estímulo real para as resinas orgânicas trocadoras ocorreu quando Adams e 
Holmes5 publicaram seu artigo sobre as resinas trocadoras orgânicas puramente sintéticas e descreve ­
ram as resinas trocadoras de ânions. Na atualidade, a troca iônica tornou-se um valioso processo de 
conversão química. Sua utilização, numa grande escala industrial, é ampla e inclui a produção comer­
cial de água desmineralizada com baixa condutividade elétrica. A troca iônica é, na realidade, "um a 
reação química em que os íons hidratados móveis de um sólido são trocados, equivalente por equiva ­
lente, pelos íons de mesma carga numa solução. O sólido tem uma estrutura aberta, ao modo de uma 
rede, e os íons móveis neutralizam eletricamente os grupos carregados, ou potencialmente carrega ­
dos, fixos à matriz sólida, o trocador de íons. A troca catiônica ocorre quando os grupos carregados
3Marshall. Today’s W astes: Tomorrow’s Drinking W ater?, C hem . E ng. ( N .Y .), 69(16), 107 (1962); Needed: An Extra 250 Billion 
G PD Water by 1975, C hem . E ng . N e w s , 24 de m arço de 1958, pâg, 50; W ater Reuse. Chern. E ng. N e w s , 21 de março de 1966, 
pâg. 91.
“Clarke, Industrial Reuse, of W ater. Ind . E ng . C h e m ., 54(2), 18(1962).
’’J. Soc . C hem . In d ., L o n d o n , 54. I-6T (1935).
24 IN D Ú S TR IA S DE PR O CESSO S Q U ÍM IC O S
F*g. 3.1 O m apa de d u reza d a água. nos E stad o s U n idos, m o stra q u e a ág u a b ran d a ex is te em p o u c a s á re a s (em 
branco). A m aio r p arte do país d ispõe de água de d u reza v ariável (á re a s em c in zen to e neg ro ).
fixos (grupos funcionais) do trocador são negativos; a troca aniônica ocorre quando os grupos funcio ­
nais imobilizados são positivos.” (i
Os primeiros produtos usados industrialmente para a troca iônica foram os zeólitos de ocorrência 
natural, como a glauconita (silicato anidro de ferro e potássio), cuja capacidade de troca por pé cúbico 
é muito baixa. O desenvolvimento seguinte foi o da introdução de trocadores iônicos orgânicos obti­
dos pela sulfonação de produtos naturais, como o carvão, o linhito e o piche. Conforme está no 
Quadro 3.1, a maioria das resinas trocadoras de grande capacidade é baseada no poliestireno- 
divinilbenzeno. Mais de 80% das resinas trocadoras são usados no tratamento de água. Têm, porém, 
importância, e estão em expansão, os empregos em meios não aquosos. E extensa a literatura que 
cobre todas as versáteis aplicações da troca iônica.* 7 Pode ser usada, por exemplo, para rem over e 
purificar urânio, ítrio ou estreptomicina (Cap. 40) de soluções aquosas diluídas, ou rem over impure ­
zas de soluções aquosas, como dos xaropes de açúcar, para melhorar a cristalização, ou na tecnologia 
de alimentos, ou na catálise ou simplesmente para secar solventes apoiares.
A troca ca tiânica pe lo sódio é o processo mais amplamente usado no abrandamento da água.8 
Durante o processo, os íons cálcio e magnésio são removidos da água dura mediante a troca por íons 
sódio. Quando a resina trocadora está quase toda transformada em compostos de cálcio e de magné­
sio, ela é regenerada, para restaurar-se a resina de sódio, com uma solução salina na faixa de pH 
entre 6 e 8. A regeneração é feita com o cloreto de sódio,com uma eficiência que varia entre os 
limites de 0,275 e 0,5 lb de sal (0,125 a 0,227 kg de sal) por 1.000 grãos (64,799 g) de dureza removida, 
em comparação com a eficiência estequiométrica de 0,17 lb (0,077 kg) de sal. Os trocadores de sódio, 
ou de cátions do ciclo de hidrogênio, usados no tratamento de água são usualmente resinas sintéticas 
de poliestireno-divinilbenzeno (SDVB) sulfonadas (Quadro 3.1). É um tipo de resina excepcional­
mente estável em temperatura alta e em pH elevado, e resistente a meios oxidantes. A capacidade de 
troca vai até 40.000 grãos de C aC 0 3 por pé cúbico (91,53 kg/m3) de resina trocadora, com ciclo de 
hidrogênio, e até 35.000 grãos de C aC 0 3 por pé cúbico (80.09 kg/m3), com o ciclo de sódio. As 
capacidades operacionais práticas não são, em geral, tão elevadas.
•M cGraw-Hill, E n cyc lo p ed ia , vol. 7, pág. 241. 1966; Guccione, Synthesis of Ion-exchange Resins, C h em . E ng . ( N .Y .) , 70(8), 138 
(1963) (fluxograma); Perry, seção 16. Adsorção.
7Kunin e M cGarvey. Research Keynotes Advances in Ion Exchange, In d . E ng . C h e m ., 54(7), 49 (1962); Michalson. Ion Ex­
change, C hem . E ng. (N . Y), 70(6), 163-182 (1963); Kunin. Ion Exchange in Chemical Synthesis. Ind . E ng . C h em ., 56(1), 35 (1964). 
•Newm an, W ater Demineralization Benefits from Continuous Ion Exchange Process. C h em . E ng . ( N .Y .) . 74(28), 72 (1967); God­
frey e Larkin, Ion Exchange Tames Radioactive W aste Solutions, C hem . E ng. fN .Y .) , 77(16), 56 (1970); lam m artino. New Ion- 
Exchange Options, C h em . E ng. (N .Y .j . 80(1). 60 (1973); Nordell, op. c it., Cap. 15. Sodium Cation Exchange (Zeolite) Water 
Softening Process.
TR A TA M E N TO DE A G UA E PRO TEÇÃO DO A M B IE N TE 25
Nas reações seguintes, o símbolo R representa o radical trocador catiônico que opera no abran ­
damento:
M g j
í ( H C 0 3 ) 2
i s o 4
l C12
+ 2 N a R —
M g } R:
Cálciol 
e/ou r 
magnésio]
Bicarbonato,
sulfato
e/ou
cloreto
Forma 
sódica 
da resina 
catiônica
Resina 
catiônica 
na forma 
cáicica 
e/ou
magnésica
(solúvel) (insolúvel) (insolúvel)
f(HC03)2 
+ N a 2 < S 0 4
[ci2
Sódio
Bicarbonato,
sulfato
e/ou
cloreto de
(solúvel)
Quando fica exaurida a capacidade de o leito de resina catiônica produzir água de todo abran ­
dada, a unidade de tratam ento é temporariamente retirada de serviço; é lavada em contracorrente 
para limpar e reacomodar hidraulicamente o leito, é regenerada com uma soluçáo de cloreto de sódio, 
que remove o cálcio e o magnésio na forma dos cloretos solúveis, restaurando simultaneamente a 
resina à forma sódica; o excesso de sal e os cloretos sâo lavados e a umidade está pronta para entrar 
novamente em operação e abrandar um outro volume de água dura. As reações de regeneração 
podem ser indicadas conforme está a seguir, usando-se cloreto de sódio (ou H2S 0 4 no ciclo de hidro ­
gênio):
C aT „
„ > R , + 2 N a C l — 
M g J 2
— ► 2 N a R +
Resina Cloreto Forma Cloreto
catiônica de sódio sódica da de cálcio
na forma resina e/ou
cáicica catiônica de magnésio
e/ou
magnésica
(insolúvel) (solúvel) (insolúvel) (solúvel)
O equipamento do processo, que aparece na Fig. 3.2, é um tanque cilíndrico, grande e fechado, 
onde o zeólito está suportado por um leito de areia classificada. A água a ser abrandada pode fluir de 
cima para baixo no tanque. O equipamento auxiliar inclui tanques de armazenamento de salmoura e 
de sal. A lavagem e a regeneração podem ser efetuadas automática ou manualmente. Este tipo de 
equipamento é instalado em linhas de água e opera na pressáo de água que for necessária. Em virtude 
de o leito também exercer uma ação de filtração, qualquer sedimento da água, ou da solução salina, 
deve ser carreado mediante uma eficiente lavagem com a corrente invertida . Esta operação suspende 
e reclassifica hidraulicamente as partículas do leito de resina. A dureza da água proveniente da troca 
iônica é, usualmente, igual a zero. Em casos de água muito dura bicarbonatada, é às vezes conve­
niente tratar a água, numa etapa inicial, pelo processo da cal e, depois, pela troca catiônica. O pro ­
cesso da cal reduz, na realidade, os sólidos dissolvidos graças à precip itação do carbonato de cálcio
Quadro 3.1 Tratamento de água emprega o grosso das resinas trocadoras
U s o s d a s r e s in a s d e e s t i r e n o - d iv in i lb e n z e n o
C o n s u m o 
( e m m i lh a r e s d e 
l i t r o s p o r a n o )
Tipos catiônicos:
Tratamento de água industrial 4.955
Tratamento de água de consumo doméstico 10.619
Outros empregos:
Epoxidação 227
Extraçào de urânio 136
Tratamentos até pureza nuclear 28
Tratamentos até pureza farmacêutica 255
Tratamento de açúcar 170
Todos os outros 742
Tipos aniônicos: 1.558
Resinas diferentes das de estireno-divinilbenzeno 566
Total 19.256
F onte : C hem . E ng. N ew s. 3 de setem bro de 1962 (estimativas).
26 IN D Ú S T R IA S DE P R O C E S SO S Q U ÍM IC O S
Ca lx â <te o o n t r o ic .
Manómetro -
E n t r a d a d a á g u a d u r a
M o t o r ' * \
Re g i st r o d e m e d id a 
e m e ca n i sm o d a co n t a t o
Sa l d a d a A f lu a 
a b r a n d a d a
H ld r ô m e t r o 
B lo c o d e co n t a t o
V á lv u l a a u t o m á t i ca 
co m v á r i a s v i a s
' Co le t o r d a A f lu a d e l a v a o e m 
Si st e m a d i s t r i b u i d o r d e sa lm o u r a 
r ' ZOÓlIt O 
Sa l • - - ]
M an o st a t o co m 
v á l v u la f l u t u a n t e
P la c a d # 
o r i f íc i o - \
Ch a v e d a v á l v u i a 
^ A r e ia
Co n t r o le d a v a z i o 
d a á g u a d e r i n ç a o e m
Tt r o le d a v a z i o 
d a i f l u a d e l a v a g e m
T a n q u e m e d id o r d e sa lm o u r a 
A r e ia l a v a d a e c l a s s i f i c a d a 
D i s t r i b u id o r d a á g u a d e l a v a g e m 
Pe r n a s su p o r t e s a j u s t á v e i s
E’ig . 3 .2 A b ran d ad or d e água au to m á tico a trocad or iô n ic o só d ic o . (P e r m u ti t C o .)
da água. enqu anto a resina catiôn ica troca o s tons cá lc io e m agn ésio p e lo s íon s só d io . A grande 
vantagem d e ste s abrandadores está na co n v en iên c ia de em p rego e no fo rn ec im en to d e água co m 
du reza nula sem n ecessid ad e de a ten çã o ou a ju sta m en to s — até que a regen eração seja n ecessá r ia — 
m esm o que a água afluente tenha dureza variável de um dia para o outro .
O p ro cesso de troca catiônica ácida a ssem elh a -se de perto ao p roced im en to c o m íon só d io , 
e x c e to em que as resinas trocadoras têm um íon h idrogên io perm utável e p od em ser u sad as para 
rem over tod os o s cá tion s. O sím bolo R . nas reações seg u in te s , representa o radical c o m p le x o da 
resina trocadora de h idrogênio, operando na troca com b ica rb o n a to s :
(dà Ca
Mg " (HC03)2 + 2HR - — > Mg • R , + 2 H20 + 2CO jj
Na, Na,_
Cálcio. Resina Forma calcica. Agua Dioxido de carbono
magnésio \ Bicarbonato trocadora magnésica e/ou
e/ou do cation sodica da resina
sodio hidrogênio
(solúvel) (insolúvel) (insolúvel) (solúvel)
A s r ea ç õ e s com su lfa to s e c lo re to s , u sand o o s ím b o lo R para rep resen tar o radical o rgân ico da 
resin a trocad ora , p od em ser rep resen tadas assim :
Ca
Mg - ÍSO4 + 2 HR
Na2 [<■'2
Cálcio, Sulfato Resina
magnésio e/ou trocadora
e/ou cloreto do cátion
sódio hidrogênio
(solúvel) (insolúvel)
Ca
Mg • R2 + .I2 K 
1(:12Na,—J
Forma cálcica. Acido
magnésica e/ou sulfurico
sódica da resina e/ou
clorídrico
(insolúvel) (solúvel)
A re g e n e ra ç ã o c o m o ácid o su lfú r ico é o m éto d o de r eg e n e r a çã o m ais a m p la m en te u sa d o e o 
m a is e c o n ô m ic o . A rea ç ã o , em form a c o n d e n sa d a , p o d e ser rep resen ta d a p e la e q u a ç ã o :
Ca
Mg
N a J
■R2 + II2S 0 4 — * 2H R +
C d
Mg \ SO 
N a J
Forma cálcica, 
magnésica e/ou 
sódica da resina
Ácido sulfúrico1Resina 
trocadora 
do cátion 
hidrogênio
Sulfato 
de cálcio, 
magnésio 
e/ou sódio
(insolúvel) (solúvel) (insolúvel) (solúvel)
TR A TAM EN TO DE ÀGUA E PROTEÇÃO DO A M B IE N TE 2 7
Na maior parte dos casos, não é desejável ter a água ácida, e por isto o efluente do tratamento de 
troca pelo íon hidrogênio ou é neutralizado ou, quando se quer a água desmineralizada, passa por uma 
resina trocadora aniônica. conforme aparece na Fig. 3.3.
Os trocadores aniônicos sào constituídos por dois tipos de resinas, ou fortemente básicas ou 
fracamente básicas. Os dois removem ácidos fortemente ionizados, como o sulfúrico, o clorídrico ou 
o nítrico; somente as resinas trocadoras aniônicas fortemente básicas removerão também os ácidos 
fracamente ionizados, como o silícico ou o carbônico. Na troca aniônica de um ácido fortemente 
ionizado, onde R^N representa o radical aniônico trocador, a reação é (alguns dos R podem ser 
hidrogênio):
H 2S O } + 2 R 4N 0 H -------- » (R 4N )2S 0 4 + 2 H 20
A regeneração:
(R 4N )2S 0 4 + 2 N a O H -------- ► 2 R 4N 0 H + N a 2S 0 4
As resinas aniônicas fortemente básicas são regeneradas por soda cáustica e as resinas aniônicas 
fracamente básicas com soda cáustica, ou barrilha, ou, algumas vezes, pelo hidróxido de amónio.
DESMINERALIZAÇÃO
A desmineralização é um processo muito usado, não só para condicionar a água para caldeiras a 
alta pressão, mas também para condicionar a água de vários processos ou a água de lavagem. Os 
sistemas de troca iônica escolhidos variam de acordo com (1) os volumes e composições da água 
original, (2) as exigências sobre a qualidade do efluente para diferentes empregos e (3) o capital 
necessário e os custos operacionais. Em resumo, se não for necessária a remoção de sílica, o sistema 
pode ser constituído por uma resina trocadora ácida e uma unidade trocadora aniônica fracamente 
básica, seguida, em geral, por uma unidade desgaseificadora para remover, por aeração, a maior parte 
do dióxido de carbono formado pelos bicarbonatos na primeira etapa. Quando se quer a remoção de 
sílica, o sistema pode ser constituído por uma unidade de troca catiônica ácida e uma outra de troca 
aniônica fortemente básica, tendo em geral um dcsgaseificador entre elas — conforme mostra a Fig. 
3.3 — para remover o dióxido de carbono antes da unidade de troca aniônica. Nos empregos em que 
se quer a maior qualidade dos efluentes, este conjunto pode ser completado por unidades (ou por uma 
unidade) de "polim ento” constituídas ou ( 1) por uma unidade trocadora catiônica ácida seguida por 
uma unidade aniônica fortemente básica ou (2) por uma única unidade contendo um leito misto de 
resina catiônica ácida e de resina aniônica fortemente básica.
O único processo diferente que se usa para remover todos os íons da água é a d estila çã o . Não só 
a água destilada, mas também a água deionizada. deve ser conduzida em tubos especiais para impedir 
que a água abrandada dissolva pequenos traços de metal e fique contaminada. Com este objetivo, 
usou-se. durante muitos anos, o estanho puro, que tem a desvantagem de ser muito mole. Os substi ­
tutos modernos satisfatórios são os tubos de alumínio e de cloreto de polivinilo moldados, bastante 
eficientes para conduzir água “ pura” . Algumas vezes, emprega-se o polietileno, o polipropileno e os 
policarbonatos.
PROCESSOS DE PRECIPITAÇÃO
p r o c e s s o d a c a l s o d a d a Durante muito tempo, foi importante o uso da cal extinta e da barrilha 
para remover a dureza da água. As aplicações modernas dividem-se no processo da cal a frio e no
Fig. 3.3 Equipamento de desmineralização em duas 
etapas. (Permutit Co.)
2 8 IN D Ú S T R IA S DE P R O C E S SO S Q U ÍM IC O S
processo da cal sodada a quente. Os íons cálcio da água dura são removidos como C aC 0 3 e os íons 
magnésio como Mg(OH)2. As equações típicas destas reações são 
N a dureza perm anen te:
Ca(H(X>3)2 + Ca(OH).,----- ► StjCO;, + 21 LO
M g ( H C 0 3 )2 + C a (O H )., M gC O ;, + C aO O ;) + 2 1 1 ^ 0
Em virtude de o MgCO;, ser muito solúvel,
M ? C O ;, + C a (O H )._ ,--------- M - ( O I I ) . .+ C aC O .,
No caso de sa is so lúveis de ealeio e de m agnésio , d ife ren te s d o s ca rb o n a to s .
MgCl2 + Oa(OH).;----- > \tg(OH)2 + CaCI2
L-aCl., + Na.,C03 ----- * CaCO3 + 2NaCl
CaS04 + Na2C03----- ► CaC03 + Na,S04
MPS04 + Na2CO;i + Ca(OH)2----- » Mg(OH)2 + CaC03 + Na2S04
Destas reações, é aparente que. no caso da dureza perm anente, cada unidade de bicarbonato de 
cálcio precisa de 1 mol de cal, enquanto cada unidade de bicarbonato de magnésio necessita de 2 
moles de cal. No caso da dureza temporária, da mesma forma, os sais de magnésio precisam de mais 
reagente (1 mol de barrilha e I de cal), enquanto os sais de cálcio requerem apenas 1 mol de barrilha.
As quantidades seguintes exprimem as grandezas necessárias para remover 100 ppm de dureza 
de 1 milhão de galões (3,78 milhões de litros) de água:
Dureza de bicarbonato de cálcio (expressa como C aC 0 3), 521 lb (236,3 kg) de cal.
Dureza de bicarbonato de magnésio (expressa como C a C 0 3), 1.040 lb (471,7 kg) de cal.
Dureza temporária de sais de cálcio (expressa como C a C 0 3), 900 lb (408.2 kg) de barrilha.
Dureza temporária de sais de magnésio (expressa como C aC 0 3), 900 lb (408,2 kg) de barrilha. 
520 lb (235.9 kg) de cal.
O p ro cesso da ca l a fr io é adotado, principalmente, para o abrandamento parcial e utiliza em
Flg. 3.4 Abrandador de água a cal sodada a quente. (Permutit Co.)
TRATAMENTO DE AGUA E PROTEÇÃO DO AMB IENTE 29
CANAL COLETOR DO EFLUENTE
a g i t a d o r
TfiADOR AGITADOR DEDE
M ISTURAttC
Fig. 3.5 E squem a de um precip itador, m ostrando a 
fo rm ação do p rec ip itad o e a filtra ção a sc e n d e n te 
através da cam ada de lam a. (P e rm u tit C o .)
DE LAMA ORENO DO *»• *’* 
PRECIPITADOR
geral, nas suas reações, cal de qualidade inferior. Pode reduzir a dureza proveniente do cálcio a 35 
ppm, quando se opera com oportunidade conveniente de precipitação. Este processo é particular­
mente aplicável ao abrandamento parcial das águas municipais (Figs. 3.5 e 3.6), ao tratamento de 
água de resfriamento, em que o bicarbonato de cálcio pode formar incrustações, e ao processamento 
de algumas águas de fábricas de papel, em que o bicarbonato de cálcio causa problemas. O carbonato 
de magnésio pode ser removido em qualquer quantidade econômica; quando se quiser, no entanto, 
um resíduo baixo, será preciso um excesso de íons hidroxila para diminuir a solubilidade do hidróxido 
de magnésio. Em geral, para auxiliar o processo, adiciona-se um coagulante, sulfato de alumínio ou 
sulfato férrico, para tornar mínimo o arraste de partículas suspensas e, em menor grau, para reduzir 
os depósitos retardados do efluente supersaturado.
Um método conveniente para reduzir asupersaturação no processo da cal a frio é colocar a água 
em contato com a lama previamente precipitada (Fig. 3.5). Quando este material está exposto à água 
e aos reagentes, as superfícies análogas, ou “ sementes” , aceleram a precipitação. O resultado é a 
obtenção de uma reação mais rápida e mais completa, com partículas maiores e mais facilmente 
sedimentáveis no precipitado novo que se forma. O equipamento desenvolvido com esta finalidade, 
pelo Infilco, Inc., é denominado Accelerator. O precipitador Permutit Spaulding9 consiste em dois 
compartimentos: um deles, para misturação e agitação da água com os reagentes de abrandamento e 
com a lama formada previamente; o outro, para a sedimentação e a filtragem da água abrandada, à 
medida que ela ascende através de um colchão de lama. Estes equipamentos reduzem o tempo de 
sedimentação de 4h para menos de lh e contribuem, em geral, para a economia dos reagentes empre­
gados.
O processo da cal sodada a quente é quase que inteiramente empregado para o tratamento das 
águas de alimentação de caldeiras. Em virtude de operar nas vizinhanças da temperatura de ebulição 
da água, as reações são mais rápidas, a coagulaçãoe a precipitação são facilitadas e boa parte do gás 
dissolvido, o dióxido de carbono e o ar, por exemplo, é expelida. O tratamento pela cal e soda a 
quente, para o abrandamento, pode ser constituído pela seguinte sequência de processos coordena­
dos, conforme a ilustração da Fig. 3.4:
Análise da água natural (Cq).
Aquecimento da água natural mediante vapor de exaustão (Op e Cq).
Mistura e proporcionamento da cal e da barrilha, de acordo com a análise da água (Op).
Bombeamento da mistura de cal e barrilha para a água (Op).
Reação da mistura cal-barrilha, facilitada por misturação, com ou sem aquecimento prévio (Cq e
Op).
Coagulação, ou quebra da "supersaturação” , por diversos métodos; por exemplo, mediante agi­
tação lenta ou contato com “ sementes” (Cq e Op).
Sedimentação ou remoção do precipitado, com ou sem filtração final (Op).
Bombeamento da água abrandada (Op).
Lavagem periódica da lama do fundo cônico do tanque (e do filtro de clarificação) (Op).
Quando as reações químicas envolvidas podem ser conduzidas até o respectivo término, a dureza 
da água será reduzida às solubilidades teóricas do carbonato de cálcio e do hidróxido de magnésio. 
Isto corresponde a uma dureza de aproximadamente 20 a 25 ppm, na água pura, e um pouco menos,
•Nordeli, op. cit., págs. 495-501.
3 0 INDÚSTR IAS DE PROCESSOS Q U lM ICO S
Agua natural (376 ppm) 
C al h id ra ta d a 
Su lta to d e a lu m ín io 
C arvão a tivo
2 8 4 0 iTf* 
9 7 3 kg - 
5 0 kg ± 
2 .3 kg ±
C lo r o 2 .3 k g ♦
E l e t r i c i d a d e 7 5 kW h.*:
M ã o - d e - o b r a d i r e t a 2 4 h o m « n s -h o ra 
( C o r t e s i a d a I n f i l c o . I n c . )
Para p ro d u / ir 
a p ro x im a d a m e n te 
2 740 m * d e água , 
a 77 p p m . p o r d ia
Fig. 3.6 Fluxograma de um tratamento municipal de água. (I n j l l c o , h u \ )
no pH de 10 a 11 do processo da cal e barrilha. O desenvolvimento mais moderno é o emprego de 
resinas trocadoras para o abrandamento mais completo do efluente do processo da cal a quente. Isto 
é especialmente necessário para a alimentação das caldeiras de alta pressão.
c o n d i c i o n a m e n t o a o f o s f a t o Empregam-se diversos fosfatos, em geral em conjunto com um 
dos procedimentos descritos anteriormente, O processo é usado para o tratamento interno de água de 
caldeira, ou no tratamento de água de arrefecimento ou de processo. Nas caldeiras a vapor, usam-se 
ortofosfatos, como o fosfato de trissódio, e fosfatos complexos, como o hexametafosfato de sódio, 
para precipitar quaisquer traços de íons cálcio que chegam na caldeira através do sistema de pré- 
tratamento. ou através de vazamentos no condensador. O hexametafosfato de sódio é vantajoso 
quando a água da caldeira tem tendência natural a se tornar alcalina, pois reduz a alcalinidade em 
excesso, convertendo-se a um ortofosfato ácido na caldeira. O tratamento final de águas de arrefeci­
mento, ou de processo, com algumas partes por milhão de hexametafosfato de sódio, depende de 
outras propriedades deste fosfato complexo. Ele inibe a precipitação quando é adicionado à água que 
depositaria normalmente incrustações de carbonato de cálcio, ao se tornar mais alcalina ou ao ser 
aquecida. O hexametafosfato de sódio também é largamente usado para minimizar a corrosão e a 
dissolução de ferro pela água circulante nos sistemas de resfriamento, nos sistemas de distribuição de 
água nas fábricas e nos sistemas municipais.10
r e m o ç ã o d e s í l i c a A sílica não é removida pelas resinas trocadoras catiónicas ácidas ou pelos 
zeólitos de sódio; usualmente, sofre uma remoção apenas parcial nos processos a cal, a frio ou a 
quente. Pode constituir impureza muito perniciosa, pois forma incrustação resistente. E possível con­
seguir a remoção da sílica das águas de alimentação mediante o emprego de calcário dolomitico ou de 
magnésia ativada, no abrandador. Quando se fizer coagulação e decantação previas, o coagulato 
férrico removerá parte da sílica. Estes métodos são convenientes sobretudo quando a concentração 
de sílica na água de compensação é elevada. A remoção da sílica não será completa, mas a sua 
concentração será reduzida a um ponto em que, com uma purga adequada, elimina-se o risco de 
incrustações na caldeira.
c o r r o s ã o A desaeração da água é uma operação muitas vezes necessária para a água usada cm 
finalidades industriais, apesar de não ser precisa nas águas municipais. () oxigênio dissolvido acelera 
a corrosão mediante diversas reações11, dependendo das condições. Nas reações seguintes, estampa­
mos uma representação de fase importante da corrosão do ferro pela água, acelerada pelo oxigênio, 
em condições alcalinas ou neutras. O ferro em contato com a água exerce uma certa pressão de 
solução e sofre uma reação anódica,
F e (s )-------» Fe2+(«</) + 2e
Depois de ser atingido um certo potencial, a reação cessa. O oxigênio, no entanto, é capaz de reag 
com a água, dando íons hidroxila no cátodo:
O 2(g) + 2H20 (/) + 4e 40H ~{aq)
10íllig , G la ssy Phosphate in W ater Treatm ent, J. A m . W ater W orks A sso e .. 49 , 805*816(1957); ver Cap. 16. Indústrias do Fc 
11A propósito da corrosão dos m etais em contato com líquidos, ver N ordell, vp. c i t pág. 100 e seg s .
T R A TA M E N TO DE A GUA E PRO TEÇÀO DO AM B IE N TE 31
Os íons Fe2+ e O H ' reagem e os elétrons são neutralizados pelo fluxo de corrente entre o anodo e o 
cátodo adjacentes:
Fe2*(a?) + 20H -(a< /)------ ► Fe(OH)2(s)
As reações iniciais continuam, então, a ocorrer. Esta corrosão eletroquímica pode ser resumida as­
sim:
2Fe(s) + 0 2(g) + 2H20 (/)------► 2Fe(OH)2(.s)
Naturalmente, o ar e a água podem transformar o hidróxido ferroso em hidróxido férrico. Qualquer 
agente que impeça a sequência anterior fará cessar a corrosão. Este efeito pode ser conseguido pela 
remoção do oxigênio dissolvido, pela polarização dos eletrodos, pela ação de inibidores orgânicos ou 
por sais protetores. Entre estes últimos contam-se os cromatos, silicatos e fosfatos, além dos álcalis, 
que atuam, possivelmente, como inibidores anódicos, formando uma película sobre as áreas anódicas 
ou ativas, interrompendo a sequência eletroquímica. A água saturada com ar, a 50°F (10°C), contém 
cerca de 8 ml de oxigênio por litro. O oxigênio é removido pela nebulização da água ou mediante o 
cascateamento numa pilha de bandejas contidas num tanque. Durante a descida, a água é lavada por 
vapor de água ascendente. Um calefator de água, do tipo aberto, nebulizador, diminuirá o teor de 
oxigênio dissolvido abaixo de 0,3 ml/1. Os dispositivos de lavagem removerão até esta pequena quan ­
tidade; ou, então, é possível removê-la quimicamente, com um removedor de oxigênio, o sulfito de 
sódio ou a hidrazina, por exemplo:
0 2 + 2Na2S03----- * 2Na2S04
O, + N2H4 H20 ----- * 3H20 + N2
Esta desoxigenação completa é desejável para tornar mínima a corrosão nas caldeiras modernas a alta 
temperatura e elevada pressão.
p u r i f i c a ç ã o d a á g u a Usualmente é a remoção de material orgânico e de microorganismos noci­
vos de suprimentos municipais. Em geral, é suficiente para remover a matéria orgânica, provocar a 
coagulação, filtrar através de um leito de carvão ou de areia e oxidar mediante a aeração. Este 
tratamento remove alguns dos microorganismos. Em virtude de, usualmente, se considerar necessário 
conseguir uma diminuição mais acentuada, para se ter água potável, recomenda-se um tratamento 
com o cloro. Assim, consomem-se, para proteger a saúde pública, grandes quantidades desta subs­
tância. Emprega-se também a cloramina e o dióxido de cloro. A primeira se obtém introduzindo 
amónia na água clorada:
2NH3 + Cl2— >NH2C1 + NH4C1
Com isto se consegue, em alguns casos, água com melhor gosto.
t r a t a m e n t o d e á g u a s m u n i c i p a i s O tratamento das águas de abastecimento das cidades é ne­
cessário, em geral, para se ter água asséptica e potável.12 Antes do tratamento generalizado das águas 
de abastecimento,as epidemias, especialmente a febre tifoide, eram provocadas pela água contami­
nada. Os requisitos necessários para um suprimento de água seguro são a ausência de microorganis­
mos patogênicos e de sólidos em suspensão. É também desejável, embora não imprescindível, que a 
água seja branda e não tenha gosto ou cheiro desagradáveis.
A Fig. 3.6 mostra um fluxograma de uma instalação de tratamento de água de abastecimento 
urbano, em que se faz a purificação e o abrandamento. A água natural é aerada para remover o ferro, 
o cheiro e o gosto, e parcialmente abrandada com cal, e depois o precipitado é coagulado e filtrado. 
Para destruir os microorganismos patogênicos, adiciona-se cloro, enquanto o carvão ativo é usado 
para remover cheiros e melhorar o gosto. Mais de 1.300 prefeituras (nos Estados Unidos) adotaram o 
abrandamento da água como parte do tratamento da água de abastecimento, mas o público ainda não 
está consciente das vantagens econômicas do processo. As economias de sabão, por si só. são mais 
que suficientes para pagar o custo, embora estas economias tenham sido grandemente reduzidas pela 
substituição, nas lavagens, do sabão pelos detergentes sintéticos. As diversas outras vantagens da 
água branda estão, entretanto, inteiramente disponíveis para o usuário.
c o n d i c i o n a m e n t o d e á g u a i n d u s t r i a l A qualidade necessária da água para fins industriais de­
pende da utilização especial em que vai ser empregada. Na maior parte dos casos, não é possível usar
l!Chanlett, op. c it ., Cap. 3.
32 INDÚSTRIAS DE PROCESSOS QUÍM ICOS
Fig. 3.7 Usina de conversão de água do mar. Vista da instalação em Freeport. Texas, para I milhão de galões por 
dia (3.7 milhões de litros por dia), mostrando 7 entre as 12 unidades fundamentais na produção de água potável a 
partir das águas do Golfo do México. Construída pela Chicago Bridge & Iron Co., de acordo com o projeto de W. 
L. Badger & Associates, para o Departamento do Interior, Secretaria de Água Salgada, a usina é a primeira 
instalação de demonstração pertencente ao governo federal (Estados Unidos). O processo adotado na usina é a 
destilação em destiladores longos, de tubos verticais, a múltiplo efeito. O primeiro estágio opera a 250°F (121°C), 
e a temperatura do estágio final é 110°F (43.3°C). O custo da água produzida na usina de Freeport é menor que 
USS1 por 1.000 galões (USS0.26 por 1,000 litros). (Chicago Bridge & Iron Co.)
a agua dura sem um tratam ento prévio. M uitas indústrias em pregam diversas espécies de água. cada 
qual servindo a uma demanda particular e sendo tratada especialm ente para satisfazer a esta exigên ­
cia. Uma das aplicações mais im portantes da água é a alim entação de caldeiras.13 A qualidade da água 
exigida nas diversas operações, das indústrias de processos químicos varia am plam ente. Para m uitos 
fins. a água natural, sem tratam ento, pode ser usada satisfatoriam ente. M uitos outros processos, 
entretanto, precisam de água muito branda. A indústria têxtil tem que ter água abrandada para asse ­
gurar o tingimento uniforme. Outras indústrias precisam de água desionizada ou destilada, ou acham 
conveniente usá-la. O processo de desm ineralização reduziu o custo da água pura e foi instalado em 
muitas indústrias de processos. A obtenção e a m anu tenção da qualidade apropriada da água num a 
operação industrial podem custar mais que o fornecim ento da quantidade necessária.
DESSALINIZAÇÃO
A dessalinização é usada para designar qualquer processo em pregado (1) na desm ineralização 
parcial ou (2) na desm ineralização com pleta de águas muito salinas, como a água do m ar (35.000 ppm 
de sais dissolvidos) ou as águas salobras. O objetivo do processo 1 é diminuir o teo r de sal a um grau 
que torne a água conveniente para ser bebida (preferivelm ente com 500 ppm de sais ou menos) ou 
para outras finalidades gerais. Q uanto ao processo 2, visa a fornecer água apropriada para utilização 
em caldeiras de alta pressão e em algumas ou tras aplicações industriais. Os processos de desm inerali ­
zação por troca iônica, descritos anteriorm ente neste capítulo, não são aplicáveis à dessalinização das 
águas muito salgadas; é indispensável usar outros processos.
A secretaria de estado referente às águas salgadas (E .U .A .) iniciou um program a para investigar 
os diversos processos de dessalinização,14 e expandiu sua operação a té a construção de usinas de 
dem onstração para avaliar o desem penho de cinco processos: ( 1) processo de destilação em tubo 
vertical longo a múltiplo efeito ,15 (2) processo de evaporação instantânea em etapas m últiplas.16 (3)
13N ordell, o p . c i t . , Caps. 8 e 17.
14Boehm , The Econom ic Realities of W ater Desalting, F o rtu n e , janeiro de 1962, pag. 97; More S tress Put on Basics in Saline 
W ater Technology, C h e m . E ng . N e w s , 10 de junho de 1963, pag. 46 (com bons esquem as); Desalination Industry Airs Complaints. 
C h e m . E n g . N e w s , 10 de novem bro de 1969. pag. 44.
lsG uccione, Old M ethods for Fresh-water N eeds, C h e m . E n g .. 69(24), 102 (1962) (fluxogramas do processo); Sinek e Young. Heat 
Transfer in Falling Film Long Tube Vertical E vaporators, C h em . E ng . P ro g ., 58, 74 (1962); D ykstra. Falling Film Process. Chem . 
E n g . P ro g ., 61, 80(1965).
1BG uccione, W ater Desalting in Multi-stage Flash Distillation, C h em . E ng . ( N .Y .) . 69(25), 122 (1962) (fluxogramas do processo); 
Im proved Process to C onvert Saline W ater, C h em . E ng . N e w s . 22 de junho de 1964, pag. 50 (fluxograma); Saline Conversion 
Plant a t San Diego Being Moved to G uantanam o, Cuba to Supply 750.000 Gals per Day. ib id .. 24 de fevereiro de 1964. pag. 59.
TR A TAM EN TO DE ÂGUA E PROTEÇÃO DO A M B IE N TE 3 3
processo de congelamento,17 (4) processo de eletrodiálise18 e (5) processo de compressão do vapor a 
circulação forçada. Nos processos 1, 2 e 5, as águas salgadas são purificadas por evaporação; o vapor 
é condensado de modo a permitir a recuperação e reutilização da maior parte do seu conteúdo tér ­
mico (Fig. 3.7), e a salmoura concentrada é descarregada como rejeito. Estes processos são usados há 
décadas em navios e noutras circunstâncias. O processo 3 é efetuado pela cristalização de águas 
muito salgadas, constituindo-se uma suspensão grossa de cristais de gelo e de salmoura, de onde se 
separam os cristais de gelo, que são lavados e fundidos. O processo 4 não envolve modificações de 
fase, mas membranas de troca iônica num campo elétrico; baseia-se no efeito que se consegue quando 
uma corrente elétrica contínua passa pela água salgada e numa sucessão de membranas trocadoras de 
cátions e de ânions alternadamente colocadas — os cátions passam pelas membranas trocadoras de 
cátions e os ânions pelas trocadoras de ânions, o que provoca uma diminuição de salinidade num 
compartimento e um aumento no seguinte, e assim sucessivamente ao longo de todo o equipamento. 
A água com aumento de salinidade pode ser rejeitada, e a água com a salinidade diminuída pode ser 
recirculada ou passar por uma outra unidade. Este processo não leva a uma água completamente 
desmineralizada, mas reduz a salinidade da água salobra, tornando-a potável e conveniente para usos 
gerais.
Há um trabalho de desenvolvimento, que já dura alguns anos, da osmose invertida com fins de 
dessalinização.19 Espera-se que este procedimento encontre aplicações na purificação de águas salo­
bras, pois os dados de análise das águas de abastecimento municipal, nos Estados Unidos, mostram 
que existem 1.150 cidades com suprimento de água com mais de 1.000 ppm de sólidos totais dissolvi­
dos. Em operação, em Plains, Texas,20 está uma usina com a capacidade de 100.000 gal/dia (378.000 
1/dia).
PROTEÇÃO DO AMBIENTE
Cada ano que passa, a proteção do ambiente requer maior atenção dos engenheiros químicos. Na 
última década, os fatores ambientais afetaram quase que todos os setores das indústrias de processos 
químicos e também a indústria e osnegócios em geral. Estimou-se, tomando como base janeiro de 
1974, que a indústria dos Estados Unidos deveria despender US$24,67 bilhões, durante os anos sub- 
seqüentes, para colocar todas as empresas à altura dos padrões de controle da poluição aceitos na­
quela época.21 No Quadro 3.2, aparecem detalhes desta estimativa. Em 1973, a indústria despendeu 
um total de US$1,61 bilhão na P&D do controle da poluição, e, para 1977, o dispêndio planejado 
montava a US$2,23 bilhões. Grandes somas de dinheiro são também necessárias para operar os 
processos e equipamento de controle da poluição que já existem.
Os grandes desembolsos visando ao controle da poluição, nos Estados Unidos, refletem, princi­
palmente, a intervenção do governo federal, com novas leis restritivas. Estas leis são executadas pela 
Agência de Proteção ao Ambiente (Environmental Protection Agency — EPA). As leis federais de 
poluição de águas foram promulgadas em 1948, 1956, 1961, 1965, 1966 e 1970; visavam principalmente 
a ajudar os estados no estabelecimento de limitações para as águas interestaduais.22 Em 1972, foi 
aprovado o programa nacional que dava início à cobertura de todas as hidrovias navegáveis, conhe­
cido como W ater Pollution C ontrol A c t o f 1972. Esta lei estabeleceu as premissas para os efluentes 
das plantas de tratamento, não só da indústria privada, mas também das estações municipais, em 
nível nacional. Além disto, a lei estabelece o ambicioso objetivo de proibir a descarga de qualquer 
tipo de poluente nas águas dos Estados Unidos, no ano de 1985. A realização ou não deste objetivo 
tornou-se objeto de consideráveis debates.23 O ponto focal da lei de 1972 é o sistem a nacional de 
elim inação de descargas p o lu en tes , que regula as fontes isoladas de poluição das águas. A lei estabe­
lece que é necessária a licença deste sistema (conhecido nos Estados Unidos pela sigla NP DES) para 
a descarga de quaisquer tipos de poluentes. A licença não coonesta a poluição, mas controla o tipo e 
a quantidade de efluente de cada fonte. Estabelecem-se datas limites, com o beneficiário da licença, 
de modo a reduzirem-se as quantidades de descarga e a que seja atingido o objetivo da descarga nula; 
o beneficiário está legalmente obrigado a cumprir estas condições, sob pena de severa sanção.
17Labine, Making Fresh Water from Salt Water, Chem . Eng. (N .Y .) , 67(12), 152 (1960) (fluxograma do processo); Freeze­
desalting Route Set for Federal Program, Chem . Eng. (N .Y .) , 69(25), 78 (1962).
'"Chopey, Water Desalting Plant to Prove out Electrodialysis, Chem . Eng. (N .Y .) , 69(11), 104 (1962) (fluxograma do processo).
19Mattson e Tomsic, Improved Water Quality, Chem . Eng. P rog ., 65(11), 62 (1969); Leitner, Reverse Osmosis for Water Reco­
very and Reuse, Chem . Eng. P ro g ., 69(6), 83 (1973).
20ChanIett, op. c it., pág. 98.
21U.S. Industry Needs $24,67 Billion to Bring Its Existing Facilities into Compliance, J . A ir Pollut. Control A sso c ., 24 (7), 682 
(1974).
22Ziemba, A Look at the National Permit Program, Ind . W astes (Chicago), 22(3), 44 (1974).
“ Controversy Envelops Environment Standards, C hem . Eng. N e w s, 4 de março de 1974, pág. 15: EPA Sees No Economic Blocks 
to Clean Water, Chem . Eng. N e w s, 4 de fevereiro de 1974, pág. 16; Showdown Shapes Up over Pollution Laws, C hem . Eng. 
N ew s, 28 de janeiro de 1974, pág. 17; EPA Searches Its Soul, C hem . Eng. (N .Y .) , 81(12), 48 (1974).
3 4 IN D Ú S T R IA S DE PR O CESSO S Q U ÍM IC O S
Quadro 3 .2 Investimentos para o controle da poluição atm osférica e das águas
N e c e s ­
s id a d e s 
e m 1974*
/97Jt /977§
F r a ç ã o d a s 
d e s p e s a s de 
c a p i ta l , %
I n d ú s t r ia T o ta l
A t m o s ­
f e r a A g u a s T o ta l
A t m o s ­
f e r a A g u a s 1973 1977
Ferro e aço 2,18 206 136 70 488 289 199 11,7 20,1
Metais náo-ferrosos 1,48 301 256 45 213 178 35 18,0 7,9
Maquinaria elétrica 0,70 105 48 57 111 54 57 3,7 3,1
Maquinaria 0,88 145 80 65 251 161 90 4,2 5,1
Automóveis, caminhões e 
peças 0,95 233 128 105 244 166 78 11,2 10,0
Aeronáutica 0,09 23 14 9 19 11 8 10,2 2,7
Outros equipamentos de 
transporte 0,09 9 7 2 20 12 8 4,3 6,1
Metais fabricados 0,09 136 53 83 171 84 87 7,2 7,3
Instrumentos 0,22 31 20 11 96 48 48 2,9 5,4
Pedra, argila e vidro 0,67 134 89 45 163 102 61 9,0 8,8
Outros artigos duráveis 1,51 131 89 42 176 108 68 6,5 8,5
Total de bens duráveis 9,52 1.454 920 534 1.952 1.213 739 7,6 7,8
Reagentes químicos 1,45 455 183 272 609 286 323 10,2 9,8
Papel 2,06 424 275 149 373 236 137 22,8 15,8
Borracha 0.13 97 70 27 72 34 38 6,2 4,2
Petróleo 1,90 692 441 251 852 525 327 12,7 11,2
Alimentos e bebidas 1,16 194 102 92 269 122 147 6,3 6,9
Têxteis 0,27 27 10 17 76 41 35 3,5 8,7
Outros bens nào-duráveis 0,09 48 40 8 64 52 12 3,1 4,8
Total de bens nào-duráveis 7,06 1.937 1.121 816 2.315 1.296 1.019 10,3 9.6
Total da indústria manufa- 
tureira 16,58 3.391 2.041 1.350 4.267 2.509 1.758 8,9 8,7
Mineração 0,47 207 159 48 165 77 88 7,6 4,3
Ferrovias 0,51 44 22 22 93 59 34 2,2 3,0
Linhas aéreas 0,73 224 224 0 121 121 0 9,3 16,4
Outros transportes 0.11 34 29 5 66 57 9 2,0 3,5
Comunicações 0.14 256 128 128 506 253 253 2,0 3,0
Usinas elétricas 5,27 1.212 845 867 3.841 2.241 1.600 7,6 13,2
Usinas de gás 0,14 41 22 19 92 56 36 1,5 2,3
Comércio ☆ 0,72 278 235 43 168 96 72 1,3 0,7
Todos os negócios 24,67 5.687 3.705 1.982 9.319 5.469 3.850 5,7 7,0
F o n te : Seventh Annual Survey of Pollution Contro] Expenditures, McGraw-Hill, 1974; ver J . A ir Poli. C on tro l A s s o e ., 24(7), 
682 (1974), com dados adicionais.
*Custo total, em bilhões de dólares, para colocar as instalações industriais de acordo com as normas de controle de poluição 
vigentes em 1 de janeiro de 1974.
tTodos os números de 1973 são despesas reais, em milhões de dólares.
§Todos os números de 1977 são despesas planejadas, em milhões de dólares.
☆ Estimativa comercial baseada nas grandes cadeias de lojas, encomendas postais, magazines, companhias de seguros, bancos 
e outros negócios comerciais.
A legislação federal sobre a poluição do ar seguiu, nos Estados Unidos, um modelo semelhante 
ao da legislação sobre as águas. Somente em 1955 foi promulgada a primeira lei federal, o 1955 A ir 
P ollu tion A c t . Este ato previa a pesquisa sobre os efeitos da poluição atm osférica, a ser efetivada pelo 
serviço de saúde pública, uma certa assistência técnica aos estados e o treinam ento de pessoal na área 
do controle da poluição atmosférica. Em 1963, o C lean A ir A c t estabeleceu a assistência financeira 
federal, mas deixou o problema do controle sob a autoridade dos estados. Em 1965, o A m e n d e d Clean 
A ir A c t instituiu os primeiros padrões federais para a descarga de automóveis. Em 1967, o A ir Q uality 
A c t cobriu a primeira exigência para os padrões no ar ambiente, deixando a fixação das normas 
pertinentes aos estados. Finalmente, em 1970, o ato de 1967 foi transform ado num a legislação estrita, 
que se tornou conhecida como o C lean A ir A c t . Esta lei prevê:
1. Esforços e fundos adicionais de pesquisa.
2. Programas de concessões adicionais aos estados e às regiões.
3. Padrões nacionais de qualidade do ar ambiente a serem estabelecidos pelo governo federal.
4. Definição com pleta de regiões de controle da qualidade do ar.
5. Corporifícação de planos para satisfazer às normas estabelecidas no item 3.
6 . Padrões de desem penho para novas fontes estacionárias, a serem estabelecidas pelo governo 
federal.
TR ATAMENTO DE ÁGUA E PROTEÇÃO DO AM B IEN TE 3 5
7. Publicação de normas nacionais relativas aos poluentes perigosos do ar.
O ato de 1970 exigia que a indústria acompanhasse a emissão de poluentes atmosféricos e manti­
vesse registros das emissões, tornando-os acessíveis aos representantes do governo federal. Referia- 
se também às descargas de automóveis, ao desenvolvimento de veículos com pequena descarga e às 
normas das descargas de aeronaves. Em 23 de dezembro de 1971, a EPA publicou os primeiros 
padrõesde desempenho de novas fontes.24 Estes padrões cobrem cinco tipos de fontes: geradores de 
vapor a combustível fóssil (potência de 250 milhões de B.t.u./h — 73 mil kW — ou mais), incinerado­
res, plantas de ácido nítrico, usinas de ácido sulfúrico e usinas de cimento. Para outras fontes, são 
publicadas periodicamente normas adicionais. Os padrões estabelecidos são severos e baseados na 
melhor tecnologia de controle da poluição disponível à época da publicação.
TRATAMENTO DE ÁGUAS INDUSTRIAIS E DOS ESGOTOS
á g u a s u r b a n a s s e r v i d a s O rejeito d e e s g o t o s eficiente é um fator importante para a saúde de 
qualquer comunidade. No passado, o método fácil de despejo era o da diluição; o rejeito era lançado 
numa massa de água disponível, como um rio ou lago, onde o oxigênio presente destruiria, com o 
correr do tempo, a matéria orgânica. Este procedimento, entretanto, não é mais aceito, mesmo nos 
locais em que é satisfatório.25 Simplesmente não existe água suficiente onde diluir as grandes quanti­
dades de despejo geradas pela crescente população e pela indústria. Os controles da poluição restrin ­
girão, em breve, o lançamento de esgotos no mar ou a condução da matéria sólida concentrada — 
proveniente das estações de tratamento de esgotos — em barcaças, para ser lançada em alto-mar. O 
objetivo das futuras plantas de tratamento de esgotos é atingir a d e s c a r g a n u l a de poluentes.
A impureza presente numa água servida, ou, em outras palavras, a extensão do tratamento ne­
cessário, é medida usualmente em uma das duas bases seguintes: ( 1) o teor de sólidos suspensos, que 
não precisa ser explicado, e (2) a demanda bioquímica de oxigênio (DBO), que mede o teor de 
impureza pela quantidade de oxigênio necessária para oxidá-la. Os métodos atuais de tratamento de 
esgotos são usualmente divididos em p r i m á r i o s ou tratamento físico, s e c u n d á r i o s ou tratamento bio­
químico, e tratamento terciário. O tratamento primário, numa instalação primária simples, destina-se 
a remover do esgoto de 30 a 60% dos sólidos suspensos e da DBO. O efluente é usualmente clorado 
para destruírem-se as bactérias e vírus. Na planta primária, o afluente é peneirado de modo a 
reterem-se os sólidos maiores que 1 a 2 polegadas (2,5 a 5 cm). O tratamento primário, portanto, 
remove os sólidos “ sedimentáveis” . As partículas finas podem ser aglomeradas para aumentar de 
tamanho e possibilitar a decantação, num processo de f l o c u l a ç ã o que leva à c o a g u l a ç ã o , seguida pela 
s e d i m e n t a ç ã o . O processo total é uma operação de clarificação (Ver a Fig. 3.8). Os coagulantes são 
adicionados para auxiliar estas operações. Os aditivos químicos incluem sais inorgânicos, usualmente 
de ferro ou de alumínio (sulfato férrico ou sulfato de alumínio com cal), que, em condições alcalinas, 
formam flocos coloidais hidratados dos respectivos hidróxidos. São também usados certos polieletró- 
Iitos (polímeros orgânicos).
O tratamento primário, feito isoladamente, é considerado insuficiente pelos padrões modernos, 
pois deixa boa parte dos finos em suspensão e todo o material em solução. Com o tratamento secun­
dário, a matéria orgânica dissolvida é oxidada de forma a reduzir de 85 a 90% a DBO. Com o que se 
imita a conversão natural realizada pelos microorganismos que se alimentam com o material orgânico. 
Desprendem-se gases e resta uma massa muito menor de sólidos. A oxidação bioquímica pode ser
D a d o s té c n ic o s m é d io s A r n e c e s s á r io , d e 2 ,6 a 1 4 ,5 m 3 p o r m 3 d e e s g o to , tem p o d e r e te n ç ã o n o ta n q u e d e a e ra ç ã o , 
d e 4 a 6 h , te m p o d e r e te n ç ã o n o ta n q u e d e s e d im e n ta ç ã o , d e 1 ,5 a 2 h , re to rn o d e lo d o p a r a o a e ra d o r , d e 1 0 a 
5 0 % d o to ta l
Fig. 3.8 Tratamento de esgoto a lodo ativado.
u Fed. R e g is t., 23 de dezembro de 1971, pag. 24876.
i5Othmer, The Water Pollution Control Act: Reaching toward Zero Discharge, M ech. E n g ., 96(9), 32 (1973).
m INDUSTRIAS DE PROCESSOS QUlMICOS
Fig. 3.9 Sistema UNOX em Morganton. New Carolina. O sistema recebe oxigênio de uma usina produtora a 
adsorçàe. com o sistema PSA e capacidade de 26 ton/dia. O sistema PSA é um aperfeiçoamento moderno na 
tecnologia de separação do ar e adapta-se especialmente para as usinas de tratamento de águas de rejeito de menor 
porte, i Union Carbide Corp.)
acelerada, no tratam ento secundário, por um filtro percolador ou um sistem a de lodo ativado, con ­
forme está na Fig. 3.8. O lodo a tiv a d o constitui um dos meios mais eficientes para rem over as subs ­
tâncias suspensas e as dissolvidas nas águas de esgoto. O lodo ativado contém m icroorganism os 
aeróbicos. que digerem o material do esgoto. Parte do lodo ativo, de uma corrida prévia, é in trodu ­
zida no esgoto ainda virgem, e sopra-se ar através dele, cuidando-se em não haver excesso , m as só a 
quantidade necessária. A colocação dos sólidos removidos por quaisquer destes processos depende 
das condições locais. Em alguns casos, sáo enterrados, noutros, queim ados ou vendidos com o fertili ­
zantes. depois de filtração e secagem. O liquido rem anescente, depois da rem oção dos sólidos, é 
usualm en te clorado para destruição dos microorganismos nocivos e depois descarregado num a cor ­
ren te de água das proximidades.
Em épocas recentes, algumas companhias produtoras de oxigênio desenvolveram processos que 
usam o oxigénio em lugar do ar para acelerar o tratam ento aeróbico dos esgotos.26 São a tivas nesta 
área a Union Carbide, com o sistema Unox, a Air Products and Chem icals, com o sistem a O ases, a 
FM C . com o sistema M aron. e a Airco. Em 1974, nos Estados U nidos, mais de 100 sistem as de 
tratam ento de águas servidas pelo oxigênio estavam em projeto, ou em construção, ou em operação. 
O oxigênio de alta pureza tem uma vantagem econômica básica sobre o ar em virtude de considera ­
ções energéticas. O volume de oxigênio dissolvido, por unidade de potência elétrica consum ida, é 
pelo menos quatro vezes maior que o volume de oxigênio no ar, enquanto a energia necessária para 
separar o oxigênio do ar é relativamente pequena. Os sistemas de oxigenação têm outras vantagens 
de custo, com o, por exemplo, a capacidade de tratam ento. Com os sistem as a oxigênio, a dimensão 
da plan ta pode ser reduzida à metade ou a um terço da dim ensão da que opera a ar. A taxa de 
form ação de lodo. por ou tro lado. é mais baixa e os novos sistem as adaptam -se rapidam ente a sobre ­
cargas bruscas, o que é um problema freqüente nas plantas de tratam ento secundário. O utro lado que 
é benéfico é a utilização de tanques de oxigenação cobertos, conforme está na Fig. 3.9, o que elimina 
virtualm ente os odores. No Quadro 3.3, apresenta-se uma com paração en tre os sistem as a ar e a 
oxigenação, no tratam ento secundário.
O maior sistema de tratam ento de águas servidas do mundo, a oxigênio puro, está programado 
para iniciar a operação no final de 1978. encon trando-se instalado na usina do Detroit M etro Water 
D epartm ent's River Rouge.27 A fonte de oxigênio será o sistem a Air Products O ases, com uma 
capacidade de 600 milhões de galões por dia (2.3 milhões de m3/dia), o que duplicará a capacidade da 
instalação existente. O custo será de cerca de USS40 milhões, dos quais 20 a 25% representam o 
custo do sistema de oxigênio. O projeto inclui uma planta de criogenia. com a capacidade de 450
28FallweIl, Oxygen Finding a Big Outlet in Treatm ent o f W astew ater. C h em . E n g . N e w s , 15 de julho de 1974. pag. 7; Weber, 
Oxygenation System for A ccelerated Sewage Treatm ent, M e c h . E n g ., 96(3), 2B (1974).
27C h em . W e e k , 16 de ou tubro de 1974, pag. 39.
TR A TA M EN TO DE AGUA E PROTEÇÃO DO AM B IE N TE 3 7
Quadro 3 .3 Comparação do tratamento de esgotos com o x id a i o e com ar
S i s te m a d e 
o x id a ç a o t h a n
S i s t e m a s c o n v e n c io n ai s 
d e n c r a ç a n
Nível de oxigênio dissolvido na solução, mg/l 
Tempo de retenção na aeração (vazão bruta, apenas), h 
Sólidos suspensos na solução afluente, mg/l 
Sólidos voláteis suspensos na solução afluente, mg/l 
Carga orgânica volumar, kg DBO/(dia) (1.000 I)
Razão nutrientes/biomassa, kg DBO/kg SVSS 
Razão de reciclagem do lodo, kg reciclo/kg alimentação 
Concentração do lodo de reciclagem, mg/l 
índice volumar de lodo (Mohlman)
Produção de lodo, kg SVS/kg DBO removida
4 « 
I 3
4.50« H.000 
3.5(H) 6.000
2.4 -4,0 
0,4 1,0
0,2- 0,5
30—70 
0.4 0,55
15.0(H) 35.000
000 -2.WH) 
0.4« « ,% 
0.2 0 ,0 
0,3 1,0
1(H) 150
0,5- -0.75
5.000 15.0(H)
1 2
3 «
1.000 3.000
Fonte: Linde Division, Union Carbide Corp.
SVSS, sólidos voláteis suspensos na solução afluente. 
SVS, sólidos voláteis suspensos.
ton/dia, capaz de produzir oxigênio a 98%, com um dispêndio dc energia estimado em 12 a 13 kW/ 
ton.dia. O governo federal, segundo se afirma, é responsável por 75%' do custo da usina. A planta 
terá um sistema duplo de baterias, consumindo 400 ton/dia de oxigênio em tanques de 200 por 400 ft 
(61 por 122 m), com a profundidade de 30 ft (9m) para aeração, e inclui um sistema de aeração 
superficial como economizador de energia nos tanques, que são excepcionalmente profundos. Os 
tanques convencionais têm apenas de 10 a 15 ft (3 a 4,5 m) de profundidade. Kxistem algumas vanta ­
gens econômicas nos tanques profundos.28
O tratamento terciário de esgotos envolve um processamento posterior ao tratamento secundá­
rio, usualmente visando a remover poluentes que não têm DBO. Depois do tratamento secundário, a 
água ainda contém fósforo, nitrogênio e carbono, na forma de compostos em solução, que podem 
servir de nutrientes para o crescimento superabundante de algas e outras plantas aquáticas. O enri­
quecimento de água com nutrientes é conhecido como e u tro ju a ç ã o (do grego cu , significando “ bem ” 
e tro p h e in , significando “ nutrir” ). Em virtude de o fósforo, um ingrediente importante e necessário 
ao crescimento, estar presente em detergentes (ver os Polifosfatos, Cap. 16), atribui-se ao elevado 
teor em fósforo nas correntes que recebem descargas de águas domésticas servidas o excessivo cres ­
cimento de algas que aí se observa.29 Uma vez que apenas através da limitação do fósforo, nos 
compostos dos detergentes, não é possível conseguir-se a completa remoção do elemento das águas 
servidas domésticas, é considerável o trabalho feito no desenvolvimento de processos de remoção 
dos fosfatos das águas dos rejeitos urbanos. O tipo mais comum de tratamento químico é a precipita ­
ção com cal e/ou hidróxidos metálicos, como o de alumínio. Sua eficiência vai a 90 e 95% e seu custo 
é menor que 5 centavos de dólar por 1.000 galões (por 3.800 litros).30 Em certas circunstâncias, os 
microorganismos podem absorver quantidades de fosfatos muito acima das suas necessidades habi­
tuais, ao modo de um consumo extravagante. Este consumo é, porém, reversível, pois o fosfato é 
liberado com o decaimento das células.31 Uma usina de tratamento, operando no Distrito de Colum- 
bia.32 tem um processo que remove rapidamente o lodo do clarificador final e alimenta com ele um 
extrator de fósforo, que opera como um digestor anaeróbico. Cerca de dois terços do fosfato, no 
lodo, são libertados no digestor e podem ser removidos mediante procedimentos químicos. Pode-se 
chegar à remoção de 90% do fósforo. O custo total da remoção do fosfato pode ser estimado entre 
3,80 a 3,02 centavos de dólar por 1.000 galões (por 3.800 litros), em usinas com a capacidade entre 1 e 
1.000 milhões de galões por dia, respectivamente (3,8 e 3.800 milhares de metros cúbicos por dia).
Em 1974, mais de 200 estações de tratamento de águas urbanas estavam usando aditivos quími­
cos para remover os fosfatos dos esgotos, o que constitui um avanço marcado em relação às 10 
estações operando èm 1972.33 Um inquérito conduzido pela EPA , em 1974, abrangendo 2.300 esta ­
ções de tratamento de rejeitos, mostrou que 202 usavam aditivos químicos para a remoção de fosfato, 
60 usavam-nos para a remoção de sólidos suspensos, e 4 empregavam os aditivos para o controle de 
metais pesados. O inquérito mostrou que 134 plantas adicionavam sais de ferro, 72 usavam o alume,
“ Oldshue, The Case for Deep Aeration Tanks, C hem . E ng. P ro g ., 66(11), 73 (1970).
"Griffith e t a l .. Environmental Phosphorus Handbook, W iley-Interscience, New York, 1973.
30E nviron. Sc i. T ech n o l., 2, 182 (1968).
3IMenar e Jenkins, E nviron . Sc i. T echno l., 4, 1115 (1970).
“ L evine/ a l.. J . W ater P o llu t. C ontro l F e d ., 44, 1940(1972).
“ Phosphates Don’t Have to Come Out of the Wash, C hem . W eek, 21 de agosto de 1974, pâg. 37.
3 8 IN D Ú S TR IA S DE PROCESSO S Q U iM IC O S
81 adotavam o tratamento com cal, 115 adicionavam polímeros. Muitas estações empregavam mais de 
um aditivo.
ÁGUAS s e r v i d a s i n d u s t r i a i s O rejeito das águas servidas constitui preocupação nacional. Ape­
nas no campo da química o volume de literatura c bastante grande.'14 O problema do tratamento 
adequado de águas servidas industriais é muito mais complexo e muito mais difícil do que o do 
tratamento dos esgotos. Têm sido promulgados regulamentos federais, estaduais e municipais, cada 
vez mais rigorosos, proibindo ou limitando a poluição de correntes, de lagos e de rios. São necessá­
rios estudos técnicos e econômicos para determinar a forma menos dispendiosa de cumprir os reque­
rimentos legais e reduzir as despesas, ou conseguir lucros, mediante a recuperação de materiais co­
merciáveis. Estão envolvidos também outros fatores, como a redução do valor dos bens imóveis, o 
perigo para as populações e a destruição da vida dos animais selvagens. Em muitos casos, o trata­
mento tem que ser forçosamente particular, em virtude da grande diversidade de rejeitos químicos 
provenientes das fábricas do país. Algumas práticas gerais adotam-se em muitos campos. Uma delas 
é a do armazenamento dos rejeitos em lagunas ou valos. O objetivo deste processo pode ser variado. 
Nas fábricas que têm rejeitos ácidos e básicos, o procedimento reduz o custo da neutralização. Nas 
usinas cujas águas servidas têm grande teor de material orgânico (por exemplo, em certas fábricas de 
papel), o procedimento provoca uma diminuição da matéria suspensa e uma redução da DBO. O uso 
de agentes floculadores (alume, FeSO.,) remove os sólidos suspensos e a aeração reduz a DBO, 
conforme prática comum em muitas indústrias.
Um problema geral em todas as indústrias é o da colocação final dos rejeitos obtidos em conse­
quência do tratamento de abrandamento da água. Os Iodos do processo da cal podem ser empoçados 
e decantados, ou podem ser secados e calcinados, visando à reutilização. Este lodo também encontra 
uma certa aplicação na absorção de óleo de outros rejeitos. A salmoura, usada nas usinas com troca 
iônica e regeneração, é armazenada e lançada nas correntes mediante controle de diluição, preferi­
velmente nas águas altas. Quando a indústria usa matérias-primas de natureza orgânica complicada, 
um processo de lodo ativado pode ser empregado para tratar os rejeitos. Este processo pode ser 
adaptado ao tratamento de rejeitos de fábricas de enlatados, de instalações de empacotamento de 
carne, de usinas de processamento de leite, de usinas de recuperação de óleos e gorduras animais 
etc.34 35
Os rejeitos dos curtumes podem ser tratados mediante floculação e sedimentação ou filtração. Os 
rejeitos de fábricas de cervejas são sujeitos a filtros percoladores, para reduzir a DBO e remover a 
maior parte dos sólidos suspensos. As fábricas de papel têm um problema sério, especialmente no 
tratamento dos rejeitos sulfitados (Cap. 33). O processamento dos rejeitos das grandes usinas quími­
cas é excepcionalmente complexo em virtude da diversidade de substâncias produzidas. A Dow 
Chemical Co., em Midland, Michigan, por exemplo, fabrica 400 substâncias em 500 plantas e labora­
tórios de processamento,de onde se originam 200 milhões de galões por dia (757 milhares de m3/dia) 
de águas servidas. Adotam-se procedimentos gerais, como a neutralização mútua dos rejeitos ácidos e 
básicos, mas muitos rejeitos recebem um tratamento na fo n te , visando à recuperação de materiais 
valiosos e de subprodutos. A Kodak33 assegura uma poluição limitada no Rio Genesee pelo uso de 
bacias de clarificação e floculação, pela filtração do lodo e pela colocação da torta; o ácido fosfórico, 
usado como eletrólito na anodização da folha de alumínio, é regenerado numa unidade de troca iô­
nica. O tratamento dos rejeitos industriais está acentuando, de forma crescente, a recuperação de 
materiais úteis. Os rejeitos de fermentação, depois da evaporação e secagem, são vendidos como 
ração para animais. O uso de trocadores iônicos abre a perspectiva de recuperação do cromo e de 
outros metais, nos rejeitos dos procedimentos de galvanoplastia. Num grau limitado, o sulfato ferroso 
(q.v.) está sendo obtido de operações de decapagem.
POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA37
A poluição atmosférica, ou contaminação do ar atmosférico, é um problema agudo no país (Esta ­
dos Unidos). Entre as diversas causas da poluição atmosférica estão as operações industriais, os
34Waste W ater 100% Recycled, C hem . P rocess. (C h icago ), 35(1), 13 (1972); Water Pollution Law Draws Flood of Complaints. 
C hem . W eek , 16 de outubro de 1974, pág. 37; Two New Water Monitors Available, C h e m . E ng. N e w s , 21 de outubro de 1974, 
pág. 33; Firings, Carbon Adsorption Knocks Down BOD to 62 lb/day Limit, C hem . P rocess. (C h icago ), 37(1), 7 (1974); Ostrowski 
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(1974).
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C hem . E ng. P ro g ., 66(11), 42 (1970); Barker e Schwarz, Engineering Processes for Waste Control, C hem . E ng . P ro g ., 65(11), 58 
(1969).
“ Waste-treating Methods Show Their Mettle, C hem . W eek , 25 de setem bro de 1974, pág. 41.
■17Diversos livros foram escritos sobre a poluição atmosférica. Ver as referências bibliográficas selecionadas no final do capítulo.
TRATAMENTO DE AGUA E PROTEÇÃO DO AMB IENTE 39
v e íc u lo s d e tra n sp o rte e a in c in e r a ç ã o d e lix o e d e d e tr ito s r e a li /a d o s em â m h ito p articu lar . M u ito s 
c o n ta m in a n te s p o d em ser e lim in a d o s n o p o n to d e p r o d u ç ã o , a n te s da fo r m a ç ã o da n é v o a p o lu e n te 
(x/noj>): é o c a s o d a d e sc a r g a d o s a u to m ó v e is , para o s q u a is se d e s e n v o lv e r a m <iin‘in u u lo r e s c a ta lít i ­
c o s .xs F .stes s is te m a s c o m a d e sc a r g a q u e im a d a c a ta lit ie a m e n te foram in s ta la d o s , em 1975, em c a r r o s 
d e ser ie n o s K sta d o s U n id o s , para a te n d e r á s r ig o r o sa s regras da H P A r e fe r e n te s a o s h id r o c a r b o n e to s 
e ao m o n ó x id o d e c a r b o n o . A lim ita ç ã o se v e r a d a s e m is s õ e s d o ó x id o d e n itro g ên io fo i p ro g ra m a d a 
para o s ca r ro s m o d e lo 1977. A a d o ç ã o d e s is te m a s c a ta lít ic o s na d e sc a r g a e x ig e o e m p r e g o d e g a s o ­
lina livre d e c h u m b o , para q u e o ca ta lisa d o r n ão seja e n v e n e n a d o p e lo m e ta l. N o v e r ã o d e 1974, a 
p ro d u ç ã o e a d is tr ib u iç ã o d e g a so lin a isen ta d e c h u m b o eram s u f ic ie n te s para a b a s te c e r o s c a r r o s 
fa b r ica d o s c o m o s is te m a c a ta lít ic o . N o Q u ad ro 3 .4 , a p a rec em o s fo r n e c e d o r e s d o c o n v e r s o r c a ta lí ­
t ico e o s t ip o s d e s is te m a s a d o ta d o s . C o n fo rm e fica e v id e n te no q u a d ro , há c o n s id e r á v e l e s f o r ç o d a s 
c o m p a n h ia s q u ím ic a s em r e s o lv e r o p ro b lem a da p o lu iç ã o a tm o sfé r ic a .
O s p o lu e n te s d o ar e m it id o s p e lo s p r o c e s s o s q u ím ic o s , ou por o u tr a s in s ta la ç õ e s in d u s tr ia is , 
p o d em ser g a s e s , n é v o a s fin a s (p a r tíc u la s líq u id as m e n o r e s q u e 10 /xm em d iâ m e tr o ) , n é v o a s g r o s s a s 
(p a rtícu la s liq u id a s c o m m a is d e 10 jitm). p o e ir a s , fu m a ç a s ou c o m b in a ç õ e s d e s ta s e m is s õ e s . O s p re- 
e ip ita d o r e s e le tr o s tá t ic o s sã o a m p la m en te u sa d o s na c o le ta d e p o e ir a , ju n ta m e n te c o m filtr o s d e s a c o , 
c ic lo n e s e la v a d o r e s .:1H Para a c o le ta d e p a rtícu la s líq u id a s , foram d e s e n v o lv id o s , e a p lic a m -se a m p la ­
m en te n as in d ú str ia s q u ím ic a s , o s e lim in a d o r e s d e n é v o a .10
E n tre o s d iv e r s o s p o lu e n te s g a s o s o s d o s p r o c e s s o s in d u str ia is , o d ió x id o d e e n x o fr e fo i o q u e , 
p o s s iv e lm e n te , re c e b e u m a ior a te n ç ã o . O d ió x id o d e e n x o fr e é d e sc a r r e g a d o em g r a n d e s q u a n tid a d e s , 
na a tm o sfe r a , p e la s u s in a s d e e n e r g ia , q u e q u e im a m c a r v ã o e ó le o c o n te n d o e n x o fr e . O u tra s fo n te s 
sã o o s p r o c e s s o s d e u s tu la ç ã o para a p ro d u ç ã o d e c h u m b o , d e c o b r e e d e z in c o , e a s u s in a s d e á c id o 
su lfu r ic o (v e r o C ap . 19). D e s ta s d iv e r sa s fo n te s , c o m b a se na q u a n tid a d e d e d ió x id o d e e n x o fr e 
d e sc a r r e g a d o , o p rob lem a m ais e x te n s a m e n te e s tu d a d o fo i o d a p r o d u ç ã o in d u str ia l d e e n e r g ia e l é ­
tr ica . U m a te n ta tiv a d e r e s o lv è - lo p rocu ra e lim in a r o e n x o fr e d o c o m b u s t ív e l a n te s d e u s á - lo na 
fo r n a lh a .* 39 40 41 E sta so lu ç ã o fo i a d o ta d a há a n o s p e la in d ú str ia d e p e tr ó le o , q u e p r o d u z ó le o c o m b a ix o 
te o r d e e n x o fr e ; a té h o je . e n tr e ta n to , não fo i d e s e n v o lv id a para a d e s s u lfu r iz a ç ã o d o c a r v ã o e m larga 
e s c a la . D iv e r s o s p r o c e s s o s para a e lim in a ç ã o d o d ió x id o d e e n x o fr e na c h a m in é foram d e s e n v o lv id o s 
para a p lic a ç ã o em g ra n d es c a ld e ir a s .42 43 E m 1973, e s ta s u n id a d e s o p e r a v a m em 4 2 in s ta la ç õ e s in d u s ­
tr ia is . a d o ta n d o 13 v e r s õ e s d e 7 p r o c e s s o s b á s ic o s . A s u n id a d e s tin h am d im e n s õ e s tã o p e q u e n a s 
q u a n to 5 M W e tão gra n d es q u a n to 250 M W . A m a io r parte d e la s , e n tr e ta n to , e s ta v a n o J a p ã o ; n o s 
E sta d o s U n id o s , o p r o g r e sso n o c o n tr o le d o d ió x id o d e e n x o fr e tem s id o m a is le n to . O s p r o c e s s o s 
q u ím ic o s em d e s e n v o lv im e n to n o s E s ta d o s U n id o s in c lu e m a la v a g e m c o m u m a s u s p e n s ã o d e ó x id o 
d e m a g n é s io , la v a g em c o m s u s p e n s ã o d e ca lc á r io e c o n v e r s ã o c a ta lít ic a d o d ió x id o d e e n x o fr e a 
tr ió x id o d e e n x o fr e .4:1 O c u s to da m aioria d e s te s s is te m a s é a lto . P or e x e m p lo , n u m a u s in a d e 1 .000 
M W . o ca p ita l in v e s t id o , em d ó la r e s d e 1974, e s ta r ia na fa ix a d e U S $ 3 0 a U S $ 6 5 m ilh õ e s , d e p e n ­
d e n d o d o p r o c e s s o .
A in d ú str ia q u ím ica en ca r a m u ito s o u tr o s p ro b le m a s d e c o n tr o le d a p o lu içã o a tm o s fé r ic a , c o m o o 
c o n tr o le d e c h e ir o s .44 O s p r o b le m a s d e s te tip o s ã o , m u ita s v e z e s , r e s o lv id o s c o m o u s o d e le i to s d e 
c a r v ã o a t iv o ou p ela in c in e r a ç ã o ou p e la c o m b u s tã o c a ta lít ic a .
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55 (1974); Koehler, Alkaline Scrubbing Removes Sulfur Dioxide, Chem. Eng. Prog., 70(6), 63 (1974); La Mantia et a l.. Dual Alkali 
Process for Sulfur Dioxide Removal, Chem. Eng. Prog., 70(6), 66 (1974).
44Herr, Odor Destruction: A Case History. Chem. Eng. Prog., 70(5), 65 (1974); Lovett e Cunniff, Air Pollution Control by 
Activated Carbon, Chem. Eng. Prog., 70(5). 43 (1974); Beltran, Engineering/Economic Aspects of Odor Control, Chem. Eng. 
Prog.. 70(5), 57 (1974).
40 IN D Ú S TR IA S DE PROCESSOS Q U iM IC O S
Quadro 3 .4 Conversores catalíticos dos três grandes fabrican tes de autom óveis dos Estados Unidos
F o rn e c e d o r d o c a ta lisa d o r Q u a n tid a d e
A n o do 
m o d e lo
M e ta is
n o b res F o rn e c e d o r d o su b stra to
G eneral M otors Corp.
H oudry D iv .. Air Products e 
C hem icals Inc.
3,6-4,5 m ilhões 
de kg/ano
1975-1977 Platina e 
paládio (5:2)
R hone-Progil
A m erican Cyanamid C o ., Japan 
C atalytic International, Inc.
3,6-4,5 m ilhões 
de kg/ano
1975-1977 Platina e 
paládio (5:2)
A m erican Cyanamid Co.
Engelhard Industries D iv ., En ­
gelhard M inerals & C hem icals
3,6-4,5 m ilhões 
de kg/ano
1975-1977 Platina e 
paládio (5:2)
R hone-P rogil
Corp.
D av ison C hem ical D iv ., W . R. 
G race & C o.
5 ,4-6 ,8 m ilhões 
de kg/ano
1975-1977 Platina e 
paládio (5:2)
Produçáo interna*
Ford M otor C o.
Engelhard Industries D iv ., En- 60% das n eces- 1975-1977 Platina e Corning G lass W orks
gelhard M inerals & C hem icals sidades § paládio (2:1) e A m erican L ava Corp.
C o r p .t
C atalyst S ystem s D iv ., M atthey 40% 1975 P la tin a * Corning G lass W orks
B ish op . Inc. 20% 1976-1977 e A m erican L ava Corp.
C hrysler C orp.
A u tom otive Products D iv ., U ni­
versa l Oil Products C orp .«
100% das n eces- 
sidadesÇ
1975-1979 Platina e 
paládio (5:2)
Corning G lass W orks
Fonte: Chem . Eng. (N .Y .), 80(27), 24 (1973).
*A Davison usará, em parte, tecnologia da American Cyanamid Co.
tA Engelhard também fornecerá catalisadores monolíticos à Nissan Motor Co., do Japão, à Toyota Motor Co., do Japão, e à 
A. B. Volvo, da Suécia.
SA capacidade total das fábricas é de cerca de 4 milhões de unidades por ano.
☆ A Matthey Bishop afirma que usa um segundo componente catalítico, mas não o identifica.
• A UOP também fornecerá catalisadores pelotizados para a Nissan Motor Co., a Toyota Mitsubishi Motors Corp. e a 
Daihatsu Motor Co., todas do Japão.
£A capacidade da fábrica é de 8 milhões de unidades por ano.
R E F E R Ê N C I A S B IB L I O G R Á F I C A S S E L E C IO N A D A S
A lf r e d . J . V . T . : E n v i r o n m e n t a l S id e E l f e r t s o f R i s in g I n d u s t r i a l O u t p u t , L e x in g to n B o o k s , 1 9 7 0 .
A m e r i c a n I n s t i t u t e o f C h e m ic a l E n g i n e e r s : L a t e s t I n t e r n a t i o n a l D a t a , A I C h E , 1 9 7 4 .
B a u m , B .. a n d (.'. H . P a r k e r : S o l id W a s t e D is p o s a l R e c y c le a n d P y r o lv s is , v o l. 2 . A n n A r b o r S c i e n c e , 1 9 7 4 .
B e n n e t t . G . F . : W a t e r — 1 9 7 3 , A IC h E , 1 9 7 4 .
B r o w n , C ., et al.: D e c i s i o n - M a k i n g in W a t e r R e s o u r c e A l lo c a t i o n , L e x in g to n B o o k s , 1 9 7 3 .
C a m p , T . R .: W a t e r a n d I t s I m p u r i t i e s , R e i n h o l d , 1 9 6 3 .
C a m p b e l l , M . D . . a n d J . H . L e h r : W a t e r W e l l T e c h n o lo g y , M c G r a w - H i l l , 1 9 7 3 .
C h a n l e t t , E . T . : E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , M c G r a w - H i l l . 1 9 7 3 .
C ia c c io , L . L . ( e d .) : W 'a te r a n d W a t e r P o l lu t io n H a n d b o o k , v o l. 4 , D e k k e r , 1 9 7 2 .
C o o p e r , H . B . H . , a n d A . T . R o s s a n o , J r . : S o u r c e T e s t i n g f o r A i r P o l lu t io n C o n t r o l , M c G r a w - H i l l , 1 9 7 1 .
D ic k in s o n . I ) , ( e d . ) : P r a c t i c a l W a s t e T r e a t m e n t a n d D is p o s a l , W i le y , 1 9 7 4 .
E e k e n f e l d e r , W . W . , a n d D . J . O ’C o n n o r : B io lo g ic a l W a s t e T r e a t m e n t , P e r g a m o n , 1 9 6 2 .
G u r n h a n , C . F . ( e d . ) : I n d u s t r i a l W a s t e w a t e r C o n t r o l , A r a d e m i c , 1 9 6 5 , 2 v o ls .
H a l l , W . A . , a n d J . A . D r a c u p : W a t e r R e s o u r c e s S y s t e m s C o n t r o l , M c G r a w - H i l l , 1 9 7 0 .
H e l f f e r i c h , F . : I o n E x c h a n g e , M c G r a w - H i l l . 1 9 6 2 .
H e r s h , C . K . : M o le c u la r S ie v e s , R e i n h o l d , 1 9 6 1 .
H i r s h l e i f e r , J . , et al.: W a t e r S u p p ly : E c o n o m ic s , T e c h n o lo g y , a n d P o l ic y , U n iv e r s i t y o f C h ic a g o P r e s s , 1 9 6 0 .
H o p k i n s , E . S . , et al.: W 'a te r P u r i f i c a t i o n C o n t r o l , 4 t h e d „ W i l l i a m s & W 'i lk in s , 1 9 6 6 .
J a c o b s , M . B .: C h e m ic a l A n a ly s i s o f A i r P o l l u t a n t s . W i l e y - I n t e r s c i e n c e , 1 9 6 0 .
J a c k s o n , F . R . : R e c y c l i n g a n d R e c l a i m i n g o f M u n ic i p a l S o l id W a s t e s , N o y e s . 1 9 7 5 .
J a m e s , L . D . , a n d R . R . L e e : E c o n o m ic s o f W a t e r R e s o u r c e s P l a n n i n g , M c G r a w - H i l l , 1 9 7 0 .
J o n e s , H . R . : W a s t e w a t e r C le a n u p E q u i p m e n t , N o y e s , 1 9 7 4 .
L i n s l e y , R . K . , a nd J . B . F r a n z i n i : W a t e r R e s o u r c e s E n g i n e e r i n g , 2 d e d . , M c G r a w - H i l l , 1 9 7 2 .
M a ie r , F . J . : M a n u a l o f W 'a t e r F l u o r i d a t i o n P r a c t i c e , M c G r a w - H i l l , 1 9 6 3 .
M anual on In d u s tr ia l W 'ater an d In d u str ia l W 'aste W ate r, 3d ed ., A STM , 1 963 .
M ar tin , L . F .: In d u s tr ia l W a te r P u rifica tio n , N oyes, 1 9 74 .
M cCoy, J . W .: T h e C hem ical T re a tm e n t o f C ooling W 'ater, C hem ical P u b lish in g , 1 9 74 .
M cG auhey , P . H .: E n g in e e rin g M an ag em en t o f W a te r Q u a lity , M cG raw -H ill, 1 9 68 .
M cK ee, J. E ., an d H . W . W olf (eds.): W a te r Q u ality C rite ria , D e p a r tm e n t o f G e n e ra l S erv ices, S ac ram en to , C alif., 1 9 6 3 . 
M e tca lf & E ddy , In c .: W astew ate r E n g in e e rin g , M cG raw -H ill, 1 9 7 2 .
N em erow , N .L .: T h eo ries a n d P ra c tic e s o f In d u s tr ia l W as te T re a tm e n t, A d d ison-W esley , 1 9 6 3 .
N em erow , N . L .: S c ien tific S tre am P o llu tion A n aly s is , M cG raw -H ill, 1 9 7 4 .
P e rk in s , H . C : A ir P o llu tio n , M cG raw -H ill, 1 9 74 .
P o s t, R . G ., a n d R . L. S eale (eds.): W a te r P ro d u c tio n , N u c lea r E n e rg y , U n iv ersity o f A rizona P re ss , 1 9 66 .
R ich , L. G .: E nv iro n m e n ta l S y s tem s E n g in e e rin g , M cG raw -H ill. 1 9 7 3 .
R ossano , A . T ., J r . : A ir P o llu tio n C o n tro l, M cG raw -H ill, 1 9 6 9 .
T R A T A M E N TO DE A G UA E PRO TEÇÃO DO A M B IE N T E 41
R ub e l, F . N .: In c in e ra t io n o f S o lid W a s te s , N o y es , 1 9 7 4 .
S a line W a te r C o n v e rs io n , A d v . Chem . Ser ., no . 3 8 , (1 9 6 2 ) .
S en eca , J . J . , a n d M . K . T au ss ig : E n v iro n m e n ta l E c o n o m ic s , P re n tic e -H a ll , 1 9 7 4 .
S p eece , R . E ., a n d J . F . M a lin a , J r . (ed s .): A p p lic a t io n s o f C o m m erc ia l O xygen to W a te r a n d W a s te w a te r S y s tem s , U n iv e rs ity o f 
T ex as P re s s , 1 9 7 3 .
S p ieg le r, K . S . (ed .): P r in c ip le s o f D e s a lin a t io n , U n iv e rs ity o f C a lifo rn ia P re ss , B e rk e ley , 1 9 6 6 .
S te rn , A . C .: A ir P o llu tio n , A c a d e m ic , 1 9 6 2 .
T h u rm a n , A . , a n d R . K . M ille r: S e c re ts o f N o ise C o n tro l, W iley , 1 9 7 4 .
T w o r t, A . C .: W a te r S u p p ly , E ls e v ie r , 1 9 6 4 .
W a lto n , W . C.: G ro u n d w a te r R e so u rc e E v a lu a tio n , M c G raw -H ill, 1 9 7 0 .
W olff, G . R . (e d .): E n v iro n m e n ta l I n fo rm a tio n S o u rc e s H a n d b o o k , S im o n & S c h u s te r , 1 9 7 4 .
W u lfin g h o ff, M .: W a s te s —S o lid s , L iq u id s a n d G a se s , C h e m ic a l P u b lish in g , 1 9 7 4 .
4
j
J
E n erg ia , C om bu stíveis, C on dicion am en to 
do A r e R efrigeração
Como regra geral, o engenheiro químico não é bastante especializado para projetar adequada­
mente uma usina termelétrica, ou uma planta de refrigeração ou de condicionamento do ar. Porém, 
em virtude de as indústrias químicas consumirem mais de um terço da energia utilizada por todas as 
indústrias manufatureiras, os engenheiros químicos devem pelo menos estar familiarizados com os 
aspectos técnicos gerais da produção de energia, de frio e de calor. Devem também estar preparados 
para trabalhar junto com o engenheiro de energia, de refrigeração e de condicionamento do ar, de 
forma a coordenar apropriadamente a produção destas ferramentas essenciais e o respectivo emprego 
nos processos químicos, visando a atingir os custos mais baixos no processo de produção. Freqüen- 
temente, o custo da energia, em especial quando seu emprego é eletroquímico, é o fator decisivo na 
escolha da localização da indústria. As indústrias químicas, sob a direção dos engenheiros químicos, 
na maior parte das vezes são consumidores excepcionais de vapor de água para evaporação, aqueci­
mento e secagem. Por isto. estas indústrias precisam de grandes quantidades de vapor, usualmente na 
forma de vapor a baixa pressão ou de vapor de descarga das turbinas. Em alguns casos, no entanto, 
algumas reações exotérmicas podem ser empregadas para gerar vapor utilizável; é o que acontece no 
processo de contato de fabricação do ácido sulfúrico. Quando se quer apenas a eletricidade numa 
instalação geradora de vapor, as turbinas operam condensando o vapor afluente. Por outro lado, 
quando se quer não só a energia elétrica, mas também vapor de água — conforme ocorre nas indús­
trias químicas — é mais econômico levar diretamente o vapor a alta pressão às turbinas e destas 
retirar o vapor de descarga para suprir o calor necessário à secagem, à evaporação e às reações 
químicas endotérmicas que se efetivam na fábrica.
Em todo o mundo, tornaram-se dois dos mais prioritários objetivos da ciência, da engenharia e 
dos governos, o aumento do consumo de energia per capita e a busca de novas fontes de energia para 
o futuro.
Estima-se que, em 1850, o carvão, o petróleo e o gás natural forneciam 5% da energia consumida 
mundialmente; os músculos humanos e animais respondiam por 94%. A tualmente, o carvão, o petró ­
leo, o gás natural e as fontes nucleares totalizam aproximadamente 94%, as fontes hidráulicas respon ­
dem por 1% e os músculos humanos e animais contribuem com os restantes 5%. Da quantidade total 
de carvão, de petróleo e de gás natural que foi até agora queimada em benefício da humanidade, 
menos de 10% foram consumidos em todos os anos anteriores a 1900, e 90% o foram neste século. Os 
seres humanos tornaram-se famintos de energia.
Um dos mais proeminentes analistas de recursos dos Estados Unidos, o Almirante Hyman G. 
Rickover, afirmou recentemente:
Nosso país, com apenas 5% da população mundial, usa um terço do total do consumo de energia mundial; 
esta proporção deveria ser ainda maior, se não utilizássemos a energia com mais eficiência que outros países.’ 
Cada americano tem à sua disposição, por ano, a energia equivalente à que se obtém de 8 toneladas de carvão. 
Esta quantidade corresponde a seis vezes o consumo mundial per capita .... O elevado padrão de vida acompanha 
o grande consumo de energia. Assim, a imensa energia dos combustíveis alimenta máquinas que transformam cada 
um de nós em senhor de um exército de escravos mecânicos. A potência dos músculos humanos é estimada em 
1/20 HP, em operação contínua. As máquinas põem à disposição de cada operário industrial americano o equiva­
lente a 244 homens, enquanto o equivalente a pelo menos 2.000 homens opera cada automóvel na estrada, e cada 
família dispõe de 33 fiéis auxiliares domésticos. Cada engenheiro de locomotiva controla o equivalente da energia 
de 100.000 homens; cada piloto de jato (o equivalente) a 1.000.000 de homens. Na verdade, o mais humilde dos 
americanos goza dos serviços de mais escravos do que eram antigamente possuídos pelos mais ricos nobres, e vive 
melhor que a maior parte dos reis antigos. Em retrospecto, e apesar das guerras, das revoluções e dos desastres, 
os 100 anos passados podem bem ser denominados a “ Idade de Ouro” .
Em todos os sistemas em que há conversões de energia, a tem peratura é, usualmente, uma variá­
vel im portante. No Quadro 4.1 estão indicadas as temperaturas aproximadas associadas aos vários 
processos contínuos de conversão de energia em calor.
ENERGIA
E N E R G IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O N D IC IO N A M E N TO DO AR E R E FR IG ERAÇÃO 43
Não são apenas os combustíveis fósseis — carvão, petróleo e gás natural — que se usam exten ­
samente; a energia nuclear também está sendo explorada. Dispositivos a energia solar, pilhas de 
combustão, aparelhos de fusão nuclear estão sendo ativamente desenvolvidos e muitas fontes novas 
"não convencionais” estão sendo estudadas, para fornecer no futuro a energia necessária.
PROJEÇÃODAS DEMANDAS DE ENERGIA
O Quadro 4.2 indica as demandas de energia dos Estados Unidos, histórica e projetada, na base 
de três taxas hipotéticas de crescimento. Este, e outros quadros que aparecerão a seguir, além de 
outras informações, estão baseadas num estudo quadrienal efetuado pelo National Petroleum Coun- 
cil, intitulado "U .S . Energy Outlook” . Este estudo se fundamentou em fontes de mais de 1.000 
representantes de academ ias, do governo, de indústrias de energia e de instituições financeiras.
Quadro 4.1 Fontes de temperatura elevada
Fonte
Temperatura 
contínua, K Observação sobre a temperatura
Queimador Bunsen 1.400
Maçarico 1.900
Reação nuclear controlada 3.000 Limitada pelos materiais de construção
Chama de maçarico a oxiacetileno 3.380 A mais quente entre as chamas químicas de 
baixo custo
Combustão do alumínio em pó em atmosfera 3.800-4.400 Máximo teórico; pressão de 1 e 10 atm, res:
de oxigênio puro pectivamente
Forno solar 4.000 Máximo estimado
Combustão do subnitreto de carbono 5.000-6.000 Máximo estimado
Forno elétrico de indução Até 5.000 Limitada pelo material de construção do 
cadinho
Arco de plasmat 2.000-50.000 Depende do tipo de arco e da corrente
F o n te : I n d . E n g . C h e m . , 55(1), 18 (1963). 
tCitado de Plasma, F o u r th S t a t e o f M a t t e r .
A estimativa inicial feita pelo National Petroleum Council indica que o consumo de energia dos 
Estados Unidos crescerá, provavelmente, à taxa média de 4,2% anuais, durante o período de 1971 a 
1985. Prevê-se que os Estados Unidos farão frente a suprimentos de energia cada vez mais escassos e 
a custos mais elevados, durante o mesmo período. As variações potenciais na dem anda fu tura de 
energia foram estabelecidas com base em hipóteses diferentes das usadas para fixar o valor estim ado 
inicial. Os determ inantes mais importantes da dem anda de energia a longo prazo foram: atividade 
econômica, produto nacional bruto, custo da energia e controles da população e do ambiente.
Ao analisar as necessidades de energia dos Estados Unidos, deve-se também levar em conta as 
necessidades de energia dos outros países não socialistas. A projeção de dem anda está no Q uadro 
4.3.
Q uadro 4 .2 Projeções da dem anda total de energia dos Estados Unidos 
para três taxas hipotéticas de crescim ento
Taxa de
Demanda 
total de
Equivalente total em
crescim ento média 
anual, em aumento 
percentual
energia, 
em /O18 
Jlano t
Petróleo, 
109 barris/ 
ano
Gás, 1012 
litros1 
ano
Carvão. 109 
toneladas/ 
ano
Condição
1970-
1981
1981-
1985
1971-
1985 1980 1985 1980 1985 1980 1985 1980 1985
Taxa de crescimento 
elevada 4,5 4.3 4,4 109,1 137,1 17,8 22,4 2.931 3.681 3,91 4,91
Taxa de crescimento 
intermediária 4,2 4,0 4,2 108,2 131,7 17,6 21,5 2.905 3.537 3,87 4,72
Taxa de crescimento 
baixa 3,5 3,3 3,4 100,9 118,6 16,5 19,4 2.710 3.186 3.61 4.24
F o n te s : Nichols, Balancing Requirements for World Oil and Energy, C h e m . E n g . P r o g . , 70(10), 36(1974); U .S. Energy Outlook. 
A Report of the National Petroleum Council’s Committee on U .S. Energy Outlook, dezembro de 1972.
tA quantidade de energia IO18 é equivalente à que está associada a 172 milhões de barris de petróleo, a 1012 litros de gás natural 
ou a 41,6 milhões de toneladas de carvão.
44 IN D Ú S TR IA S DE PR OCESSOS Q U ÍM IC O S
Quadro 4.3 Demanda total de energia e do consumo de petróleo nos países não socialistas
(exclusive os E stados U nidos)
Dem a nd a m éd ia Dem a n d a de
t o t a l de energ ia p e t r ó leo co m o Co n su m o m éd io
(em eq u iva len t es Dem a n d a m éd ia p er cen t a g em da p e r ca p it a , em
de p et ró leo ). de p et r ó leo , dem anda t o t a l b a r r is p e r cap it a
A n o 109 b a r r is/ a no 109 b a r r isla n o de energ ia p o r ano
En e r g ia
t o t a l Pet r ó leo
1970 15,7 9,1 58 6,9 4,0
1975 21,2 13,7 65 8,3 5,4
1980 29,0 18,8 65 10,3 6,7
1985 39,6 25,2 64 12,5 7,9
F ontes: U.S. Energy Outlook, op. cit.; Nichols, op. cit.
O Quadro 4.4 mostra as estimativas de demanda de energia correntemente previstas para os 
Estados Unidos e outros países não socialistas, para os anos de 1980 e 1985, em unidades de IO15 
B .t.u. (aproximadamente 1018 J). Na atualidade, será necessário reconsiderar esta previsão, tendo em 
vista o estado atual das técnicas e as restrições existentes agora nos Estados Unidos sobre o uso de 
carvão com alto teor de enxofre, e levando-se em conta o grande aumento do óleo importado e o 
aumento nas usinas geradoras nucleares.
COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS
Os combustíveis fósseis podem ser divididos em três classes: sólidos, líquidos e gasosos. A estas 
fontes de energia devem ser acrescentadas as hidráulicas e as nucleares. O custo real e o custo relativo 
dos diferentes suprimentos de energia variam conforme a região do país. As fontes eólicas e as sola­
res são ainda diminutas para figurarem numa estatística. Em escala mundial, o carvão é o combustível 
importante e de uso crescente na geração de energia, mas há a tendência de se usar um combustível 
mais limpo — o óleo combustível ou o gás natural, por exemplo — e de se desenvolverem melhores 
métodos de combustão do carvão, provocando-se, assim, menor contaminação da atmosfera. Esta 
tendência é especialmente marcante nas grandes cidades. Os combustíveis líquidos são derivados 
principalmente do petróleo e seguem ao carvão em importância como fonte de calor para a geração de 
energia. Os produtos de petróleo fornecem também quase toda a energia para os numerosos motores 
de combustão interna existentes no país. O gás combustível, na atualidade, é, na maioria das vezes, o 
gás natural (Cap. 6).
c o m b u s t í v e i s s ó l i d o s O carvão mineral é o mais importante entre os combustíveis sólidos, com 
um consumo anual de aproximadamente 0,307 bilhões de toneladas. Os Quadros 4.5 e 4.6 mostram 
que os Estados Unidos têm 135,7 bilhões de toneladas de reservas comerciais conhecidas de carvão 
e usará somente 0,307 bilhões de toneladas por ano, a menos que o carvão com alto teor de enxofre 
possa ser queimado nas usinas geradoras de eletricidade, ou se o carvão puder ser tratado antes ou 
depois da combustão, para reduzir a poluição atmosférica pelo enxofre. Para substituir o déficit de 
cerca de 4,7 bilhões de barris de óleo em 1985, será necessária a conversão de mais de um bilhão de 
toneladas de carvão por ano, admitindo que se disponha de um processo de liquefação ou de gaseifi­
cação comercialmente rentável. O método mais usual divide o carvão mineral nas seguintes classes: 
antracito, carvão betuminoso, carvão sub-betuminoso e linhito, com subdivisões em grupos. O antra- 
cito é um combustível doméstico valioso em virtude da sua combustão muito limpa; hoje, está gran­
demente exaurido. Os principais empregos do carvão betuminoso são na combustão para energia e 
para carbon ização (Cap. 5), visando ao coque, ao alcatrão, aos subprodutos do carvão e ao gás de 
coqueria. No Quadro 5.1 estão listados, num amplo esquema, os diversos campos em que o carvão é
Quadro 4 .4 Projeções da demanda total de energia nos países não socialistas
D em a n d a t o t a l de en er g ia , 1016J
Per cen t a g em d a d em a n da 
a m er ica n a so b r e o t o t a l 
d o s o u t r o s p a íse s n ão 
so c ia l i st a sA n o Est a d o s U n id o s O u t r o s p a íses To t a l
1980
1985
108,1
131,7
177.7
242.7
285,9
374,4
38
35
F o n t e s : Baseado numa taxa de crescimento intermediária dos Estados Unidos, conforme o Quadro 4.2.
ENERG IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O N D IC IO NAM EN TO DO AR E REFR IGERAÇÃO 4 6
uma matéria-prima importante e também as áreas em que estão sendo empreendidos desenvolvimen­
tos exploratórios.
Nos anos recentes, o carvão pulverizado vem sendo usado, em medida crescente, na combustão 
em suspensão nas instalações termelétricas, em virtude da elevada eficiência térmica com que pode ser 
queimado, do baixo custo da operação e da manutenção e da sua maior flexibilidade.Todos estes 
fatores compensam sobremaneira o maior custo da preparação preliminar do combustível. Na queima 
do carvão pulverizado, a moinha de cinzas é arrastada da fornalha e carregada juntamente com os 
gases da combustão. Esta moinha fina é removida do gás de chaminé por um precipitador elétrico ou 
por outro dispositivo, sendo usada em tijolos, em elementos de construção e no concreto. Grandes 
tonelagens de moinha de cinzas são sinterizadas para produzir agregados sólidos leves.
Quadro 4 .5 Reservas de carvão em mina subterrânea, nos Estados Unidos, e produção de 1970 
(m ineráveis pelos m étodos de m ineração subterrânea)
R e s e r v a s e c o n o m i c a m e n t e 
d i s p o n í v e i s , e m 1 0 a t o n e l a d a s
R e s e r v a s r e c u p e r á v e i s , 
e m I O 9 t o n e l a d a s
P r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , 
e m 1 0 9 t o n e l a d a s
D u r a ç ã o d a s r e s e r v a s 
r e c u p e r á v e i s à t a x a d e 
p r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , e m a n o s
189,7 94.9 0,307 309
F ontes: U.S. Energy Outlook, op. cit.; Nichols, op. cit.
O coque é um bom combustível, mas atualmente é caro para ser usado em indústrias, exceto na 
operação dos altos-fornos, onde entra não só como matéria-prima química, mas também como com­
bustível. A produção de coque ainda acompanha a de ferro gusa, embora a quantidade de coque 
usada por tonelada de ferro continue a diminuir. Outros combustíveis sólidos, como a moinha de 
coque, a lenha, a serragem, o bagaço de cana, as cascas de tanoaria, são usados nos casos em que são 
disponíveis a preço baixo ou quando são obtidos como subprodutos.
Quadro 4.6 Reservas de carvão em mina superficial, nos Estados Unidos, e 
produção de 1970 (m ineráveis pelos m étodos de m ineração de superfície)
R e s e r v a s r e c u p e r á v e i s , 
e m I O 9 t o n e l a d a s
P r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , 
e m 1 0 9 t o n e l a d a s
D u r a ç ã o d a s r e s e r v a s à t a x a 
d e p r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , e m a n o s
40,8 0,239 170
F ontes: U.S. Energy Outlook, op . c i t . ; Nichols, o p . c i t .
c o m b u s t í v e i s l í q u i d o s O óleo com bustível é o único combustível líquido comercial usado na 
geração de energia. E uma fração do óleo cru que não pode ser convertida, economicamente, na 
refinaria, a produtos mais valiosos, como a gasolina. E constituído por uma mistura de resíduos 
líquidos dos processos de craqueamento e de frações obtidas na destilação do óleo cru. com pontos 
de ebulição convenientes. O óleo combustível é classificado de acordo com suas propriedades — 
ponto de fulgor, ponto de fluidez, percentagem de água e de sedimentos, carbono residual, cinzas, 
temperatura de destilação e viscosidade. Todas estas grandezas são determinadas por ensaios padro ­
nizados pela ASTM. O ponto de fulgor tem importância relativamente pequena na determinação do 
comportamento do combustível no queimador. O equipamento de queima de óleo apresenta, em ge­
ral, eficiência térmica mais elevada (75%) do que as caldeiras que queimam carvão; os custos de 
mão-de-obra são usualmente mais baixos. Entretanto, a perda do calor latente do vapor de água 
produzido pela combustão do hidrogênio do combustível é cerca de duas vezes mais elevada que as 
perdas no carvão betuminoso. Outros combustíveis líquidos incluem o alcatrão, o óleo de alcatrão 
(creosoto), o querosene, a benzina e o álcool, que são consumidos em quantidade muito menor que o 
óleo combustível. A gasolina é consumida, principalmente, nos motores a combustão interna.
Com base nas estimativas disponíveis, calcula-se que o consumo total do mundo não socialista 
esteja entre 351 e 392 bilhões de barris (55,8 a 62,3 bilhões de metros cúbicos) de óleo cru, no período 
de 1971 a 1985; deste total, os Estados Unidos consumiriam entre 94 e 115 bilhões de barris (14,9 e
18,3 bilhões de metros cúbicos), correspondendo a uma fração entre 17 e 29% do total.
Em virtude da conclusão alcançada em 1972, de que os Estados Unidos devem aumentar sua 
segurança quanto às importações de petróleo, para atender às suas demandas de energia até 1985, tem 
muita importância o esgotamento aparente das fontes dos países não socialistas, que se estima ocorrer 
em 1985, conforme está no Quadro 4.7.
O Quadro 4.8 apresenta o balanço da produção e do consumo nos Estados Unidos e nos seus 
vizinhos do hemisfério.
EN ER G IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O ND IC IO NAM EN TO DO AR E REFR IGERAÇÃO 45
uma matéria-prima importante e também as áreas em que estão sendo empreendidos desenvolvimen­
tos exploratórios.
Nos anos recentes, o carvão pulverizado vem sendo usado, em medida crescente, na combustão 
em suspensão nas instalações termelétricas, em virtude da elevada eficiência térmica com que pode ser 
queimado, do baixo custo da operação e da manutenção e da sua maior flexibilidade. Todos estes 
fatores compensam sobremaneira o maior custo da preparação preliminar do combustível. Na queima 
do carvao pulverizado, a moinha de cinzas é arrastada da fornalha e carregada juntamente com os 
gases da combustão. Esta moinha fina é removida do gás de chaminé por um precipitador elétrico ou 
por outro dispositivo, sendo usada em tijolos, em elementos de construção e no concreto. Grandes 
tonelagens de moinha de cinzas são sinterizadas para produzir agregados sólidos leves.
Quadro 4 .5 Reservas de carvão em mina subterrânea, nos Estados Unidos, e produção de 1970 
(m ineráveis pelos m étodos de m ineração subterrânea)
R e s e r v a s e c o n o m i c a m e n t e R e s e r v a s r e c u p e r a v e i s , P r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 ,
D u r a ç ã o d a s r e s e r v a s 
r e c u p e r á v e i s à t a x a d e
d i s p o n í v e i s , e m 1 0 a t o n e l a d a s e m I 0 ,J t o n e l a d a s e m J 0 tí t o n e l a d a s p r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , e m a n o s
189,7 94,9 0,307 309
F o n te s : U.S. Energy Outlook, o p . c i t . ; Nichols, o p . v i t .
O coque é um bom combustível, mas atualmente é caro para ser usado em indústrias, exceto na 
operação dos altos-fornos, onde entra não só como matéria-prima química, mas também como com­
bustível. A produção de coque ainda acompanha a de ferro gusa. embora a quantidade de coque 
usada por tonelada de ferro continue a diminuir. Outros combustíveis sólidos, como a moinha de 
coque, a lenha, a serragem, o bagaço de cana, as cascas de tanoaria, são usados nos casos em que são 
disponíveis a preço baixo ou quando são obtidos como subprodutos.
Quadro 4.6 Reservas de carvão em mina superficial, nos Estados Unidos, e 
produção de 1970 (m ineráveis pelos m étodos de m ineração de superfície)
R e s e r v a s r e c u p e r á v e i s , P r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , D u r a ç ã o d a s r e s e r v a s à t a x a
e m 1 0 9 t o n e l a d a s e m IO '1 t o n e l a d a s d e p r o d u ç ã o d e 1 9 7 0 , e m a n o s
40,8 0,239 170
F o n te s : U.S. Energy Outlook, op . c i t . ; Nichols, o p . c i t .
c o m b u s t í v e i s l í q u i d o s O oleo com bustível é o único combustível líquido comercial usado na 
geração de energia. E uma fração do óleo cru que não pode ser convertida, economicamente, na 
refinaria, a produtos mais valiosos, como a gasolina. E constituído por uma mistura de resíduos 
líquidos dos processos de craqueamento e de frações obtidas na destilação do óleo cru, com pontos 
de ebulição convenientes. O óleo combustível é classificado de acordo com suas propriedades — 
ponto de fulgor, ponto de fluidez, percentagem de água e de sedimentos, carbono residual, cinzas, 
temperatura de destilação e viscosidade. Todas estas grandezas são determinadas por ensaios padro­
nizados pela ASTM. O ponto de fulgor tem importância relativamente pequena na determinação do 
comportamento do combustível no queimador. O equipamento de queima de óleo apresenta, em ge­
ral, eficiência térmica mais elevada (75%) do que as caldeiras que queimam carvão; os custos de 
mão-de-obra são usualmente mais baixos.Entretanto, a perda do calor latente do vapor de água 
produzido pela combustão do hidrogênio do combustível é cerca de duas vezes mais elevada que as 
perdas no carvão betuminoso. Outros combustíveis líquidos incluem o alcatrão, o óleo de alcatrão 
(creosoto), o querosene, a benzina e o álcool, que são consumidos em quantidade muito menor que o 
óleo combustível. A gasolina é consumida, principalmente, nos motores a combustão interna.
Com base nas estimativas disponíveis, calcula-se que o consumo total do mundo não socialista 
esteja entre 351 e 392 bilhões de barris (55,8 a 62.3 bilhões de metros cúbicos) de óleo cru, no período 
de 1971 a 1985; deste total, os Estados Unidos consumiriam entre 94 e 115 bilhões de barris (14,9 e
18,3 bilhões de metros cúbicos), correspondendo a uma fração entre 17 e 29% do total.
Em virtude da conclusão alcançada em 1972, de que os Estados Unidos devem aumentar sua 
segurança quanto às importações de petróleo, para atender às suas demandas de energia até 1985, tem 
muita importância o esgotamento aparente das fontes dos países não socialistas, que se estima ocorrer 
em 1985, conforme está no Quadro 4.7.
O Quadro 4.8 apresenta o balanço da produção e do consumo nos listados Unidos e nos seus 
vizinhos do hemisfério.
46 IN D Ú S T R IA S DE P R O C E S SO S Q U ÍM IC O S
Quadro 4 .7 Consum o estimado de petróleo nos Estados Unidos e 
países não socialistas (em m ilhões de barris p o r ano)
A r ea
1970
(a t u a l) 1975 1980 1985
Estados Unidos (baseado na menor taxa de 
crescimento) 4.12 3.58 4.27 4.49
Canadá 0.58 0.84 1.35 1.72
America Latina 1.93 2.12 2.56 2.85
Europa Ocidental 0 0.55 1.09 1.46
Norte da Africa 1,64 1.90 2,19 2.56
Africa Ocidental 0,91 1,39 1.83 2.37
Extremo Oriente 6.21 10.95 14.78 18.43
Oriente/Oeeania 0.73 1.10 1.46 2.01
Total dos suprimentos do mundo não socialista 16.31 22.41 29,53 35.88
Total da demanda do mundo nâo socialista 14.60 20.28 26.55 32.09
F o n t e s : U.S. Energy Outlook, o p . c i t . ; Nichols, o p . e i t .
Os Quadros 4.7 c 4.8 mostram que os Estados Unidos têm uma dependência grande e crescente 
face ao petróleo dos países árabes, para suplementar a produção estimada de energia proveniente do 
gas natural, do carvão e das usinas nucleares, conforme a projeção de 1972. A loucura desta depen­
dência em relação ao óleo importado — e que aparece nestes quadros — foi aprendida com a amarga 
experiência do embargo dos anos 1973-1974 e do posterior aumento exorbitante no preço do oleo. 
com seu impacto sobre a economia e com o problema, ainda não resolvido, do desequilíbrio na 
balança de pagamentos com os países árabes. Por isto, devemos ultrapassar a opinião de 1972. agora 
obsoleta, e concentrar esforços no desenvolvimento da auto-suficiência dos Estados Unidos. Afortu ­
nadam ente, o potencial de fontes de energia americanas é grande e pode sustentar taxas de produção 
mais elevadas de todos os combustíveis.
O potencial de óleo disponível nos Estados Unidos, a longo prazo, aparece no Quadro 4.9.
Nas estimativas anteriores sobre as fontes de óleo, não está incluído o potencial de óleo de xisto. 
Em virtude de grande parte do xisto oleífero estar em terras do estado, é preciso permitir um acesso 
particular razoável a estas terras, para explorar e desenvolver estes recursos. Para que se tenha a 
produção máxima de 750.000 barris por dia (119.000 m3/dia), que pode ser desenvolvida em 1985. sera 
preciso usar menos que 6 bilhões de barris (953 milhões de metros cúbicos) dos depósitos de alta 
qualidade, do total de 129 bilhões de barris (20.5 bilhões de metros cúbicos). Com a tecnologia 
existente e nas condições econômicas da atualidade, este desenvolvimento exigiría um investimento 
de capital estimado em vários bilhões de dólares em usinas de extração.
As a re ia s o le ífe ra s1 contêm de 0 a 18% de betume pesado e areia, lama e água. O teor de oleo 
nestas areias é mais baixo que nos xistos, mas foram identificados grandes depósitos com até 14% de 
be tum e. As areias de Athabasca (Canadá) parecem conter 2.85.10" barris (4.53 .1010 m3) de óleo 
recuperável. Esta quantidade é suficiente para suprir as necessidades totais de energia dos Estados 
Unidos durante 23 anos, à taxa de consumo de 1970, e por isso os depósitos não são insignificantes.
Quadro 4 .8 Produção e consumo de petróleo estimados para o hem isfério 
ocidental (1960-1985) (em 109 barris p o r ano)
1960 1965 1970 1975 1980 1985
Consumo de petróleo (exclusive exportações)
Estados Unidos 3,58 4,20 5,37 6.68 8.14 9,42
Canadá 0,33 0,40 0,55 0,69 0.84 1.04
América Latina 0,62 0.77 1,02 1,42 1.86 2.46
Total 4,53 5,37 6.94 8,79 10.84 12,92
Produção de óleo
Estados Unidos 2,92 3,29 4,12 3,58 4,23 4,31
Canadá 0,18 0,33 0,55 0,80 1.10 1.35
América Latina 1,39 1.72 1.93 2.12 2,45 2,56
Total 4.49 5.33 6,60 6,50 7,77 8.21
Produção de petróleo menos consumo -0.04 -0.04 -0.34 -2.29 -3.07 -4,71
F o n t e s : U.S. Energy Outlook, o p . c i t . ; Nichols, o p . c i t .
Hottel e Howard. N e w E n e r g y T e c h n o l o g y , MIT, 1971.
EN ER G IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O N D IC IO N AM EN TO DO A R E R EFR IG ERAÇÃO 47
A mineração e remoção do alcatrão, em circunstâncias ambientais aceitáveis, nas condições do ár­
tico, estão sendo tarefas difíceis.
O linhito é um combustível de composição intermediária entre a turfa e o carvão. Existem depó ­
sitos grandes e acessíveis, na Dakota do sul. e depósitos importantes, em sete outros estados. As 
reservas estimadas são de 448.083 milhões de toneladas curtas2 (406.411 milhões de toneladas), repre ­
sentando 59% da reserva atual de carvão betuminoso e 104% da reserva de carvão sub-betuminoso. 
Na atualidade, este material não é muito usado, embora um processo industrial de briquetes3 para 
grelha seja baseado nele, mas tem, potencialmente, um grande valor. Alguns linhitos contêm quanti­
dades significativas de urânio.
Quadro 4 .9 Recursos de petróleo in situ nos Estados Unidos 
(em 10" barris)
Re g iã o
Est im a t iv a d a s 
r ese r v a s
Re se r v a s d esco b er t a s 
at é 111171
N o s 4 8 e s ta d o s m e r id io n a is , n o c o n t i ­
n e n te 5 61 ,8 3 8 4 ,9
N a p la ta f o rm a c o n t in e n ta l , s u b m a r in a e 
n o s u l d o A la s c a 128,6 16,3
N o A la s c a , r e g iã o s e t e n t r io n a l , c o n t i ­
n e n ta l e m a r í t im a 120,0 2 4 ,0
T o ta l 810 ,4 4 2 5 .2
F o n t e s : U.S. Energy Outlook, o p . c i t . ; Nichols, o p . f i t .
A turfa (matéria orgânica úmida, parcialmente decomposta) existe em depósitos explorados em 
outras partes do mundo, mas parece pouco provável que se torne uma fonte importante de energia 
nos Estados Unidos, em virtude de seu teor de energia por unidade de peso ser pequeno, de os 
depósitos estarem em regiões isoladas e de os problemas de secagem serem difíceis.
c o m b u s t í v e i s g a s o s o s O gás combustível é queimado como fonte de calor em instalações domés­
ticas e também na industria, especialmente quando é obtido como subproduto. O gás de alto-forno, 
proveniente da obtenção do ferro, é um exemplo notável de um subproduto gasoso usado para o 
aquecimento do ar de combustão, sendo o restante empregado em caldeiras ou no aquecimento das 
estufas de coque. Os gases combustíveis são discutidos no Cap. 6 . onde aparece um quadro dos 
poderes caloríficos e de outras propriedades.
No Quadro 4.10. aparece o potencial de gás dos Estados Unidos, a longo prazo.
As reservas americanas de óleo e gas não são inexauríveis. O custo envolvido na descoberta, no 
desenvolvimento e no suprimento da quantidade de petróleo necessária até 1985 terá. possivelmente, 
um crescimento abrupto nos anos vindouros. Tem-se plena consciência de que não há uma reserva 
sem fim do chamado óleo a baixo custo. O aumento da capacidade de produção de óleo cru será mais 
custoso, pois boa parte da capacidade de produção será proveniente da plataforma continental sub ­
mersa e das regiões árticas, envolvendocustos mais elevados de exploração, de produção, de trans ­
porte. além do trabalho em condições ambientais adversas.
Quadro 4 .10 Reservas recuperáveis de gás nos Estados Unidos 
(em 1011 m etros cúbicos) *
Re g iã o
Re se r v a s est im a d a s 
de g á s
G á s d esco b er t o 
a t é 1/ 1I74
N o s 4 8 e s t a d o s m e r id io n a is , c o n -
t in e n ta l 272 .7 117 .0
N o s 4 8 e s t a d o s m e r id io n a is , m a-
r í t im a 7 3 ,6 13 .0
N o A la s c a 7 8 ,5 1 .4
T o ta l 4 2 4 ,9 131,4
F o n t e s : U .S . E nergy Ou tlook , o p . c i t . ; N ichols, o p . c i t .
*M in e r a ls Y e a r b o o k 1 ^ 7 2 , D ep t, do In te rio r. E st. U nid ., 1974. 
T h e m . E n g . ( N . Y . ) . 70(15), 108 (1963).
4 8 IN D Ú S TR IA S DE PRO CESSO S Q U lM IC O S
c o m b i s t á o A maioria das usinas industriais queima carvão em grelhas e carregadores operados 
mecanicamente ou em forma pulverizada. Tom estes procedimentos modernos, a razão entre o ar e o 
combustível pode ser apropriadamente controlada, o que assegura uma combustão eficiente e a redu­
ção de perdas térmicas na chaminé e nas cinzas. Quando se queima óleo combustível, é preciso 
dispor, muitas vezes, de aquecedores, para baixar suficientemente a viscosidade do óleo e assegurar a 
operação de queima apropriada. A analise do gas de combustão (gás de chaminé) é importante para 
controlar a combustão, pois as proporções de C 0 2. de CO e de 0 2 neste gás indicam a combustão 
completa ou o excesso de ar.
GKRAÇÀO DF, VAPOK
O primeiro êxito na tentativa de gerar vapor sob pressão num vaso fechado foi assinalado por 
volta do término do século XVII. Desde então, o uso do vapor cresceu de tal maneira que, na 
atualidade, e o vapor de agua que fornece a maior parte da energia consumida neste país (Estados 
Unidos). Os desenvolvimentos mais modernos visam a melhorar a construção das caldeiras, com o 
fim de produzir vapor a pressão mais alta, em estações geradoras centrais. Estas pressões altas au­
mentam a eficiência global na produção de energia elétrica. O fator limitante é a avaria dos materiais 
nas temperaturas e pressões elevadas de trabalho. Antigamente, eram necessárias, para produzir um 
quilowatt-hora de energia, de 4.5 a 5 libras (de 2 a 2,3 kg) do melhor carvão; na atualidade, algumas 
usinas termelétricas produzem um quilowatt-hora com 10 oz (283 g) de carvão. A Fig. 4.1 é uma vista 
em elevação de uma grande caldeira a tubos de água.
Existem dois tipos principais de caldeiras — a tubos de fogo e a tubos de água (Figs. 4.1 e 4.2). A 
caldeira a tubos de fo g o e usualmente de capacidade pequena ou média e projetada para gerar vapor 
de agua a pressão moderada. Neste tipo de caldeira, o fogo passa através de tubos. O custo inicial
Fig. 4.1 Corte em elevação de uma grande caldeira a tubos de água, geradora de vapor. Capacidade de 4,3 
milhões de lb/h (1.9 milhão de kg/h); pressão de saída 2.620 psi (178 atm); temperatura 1.005°F (540°C); altura 
240 ft (73 m). (Babcock & Wilcox Co.)
ENERG IA , C O M BU S T ÍV E IS , COND IC IO NAM ENTO DO AR E REFR IGERAÇÃO
Fig. 4.2 Caldeira a tubos de água, transportável. ( H a b c o c k & W i h o x C o . )
destas caldeiras é baixo e elas dispõem de um reservatório de agua quente relativamente grande. 
Numa usina química pequena, esta é uma vantagem especial, pois pode acudir a uma súbita demanda 
de vapor. São também deste tipo as caldeiras das locomotivas a vapor.
As caldeiras a tubos de agua são usadas quase exclusivamente em instalações estacionarias, 
onde o serviço demanda uma grande massa de evaporação em pressões acima de 150 psi (10,2 atm). A 
água fica nos tubos e pode ser convertida a vapor com mais rapidez que nas caldeiras a tubos de fogo 
(“ vaporização mais rápida” ). Com este tipo são conseguidas eficiências mais elevadas. A água da 
caldeira deve ser tratada antes de entrar no equipamento (Cap. 3). Com agua de má qualidade há 
espumejamento, fratura cáustica, corrosão e formação de incrustações, com a perda conseqüente de 
vapor e de eficiência. Quanto maior for a pressão, mais importante sera o uso de água apropriada­
mente tratada.
A Fig. 4.2 mostra uma caldeira a tubos de agua, moderna, compacta, transportável, montada em 
fábrica, usada para gerar vapor a 250 psi (17 atm). com a capacidade atê 100.000 1b (45.400 kg) de 
vapor saturado por hora.
e n e r g i a e l é t r i c a g e r a d a a v a p o r Muitas vezes, encara-se a geração de vapor como tendo a 
única finalidade de gerar energia eletrica. Nas industrias de processos, entretanto, especialmente nas 
que se dedicam à fabricação de substâncias químicas, obtém-se tanto calor pela condensação de vapor 
que o uso duplo de vapor para a geração de energia eletrica e de calor é de importância fundamental. 
O engenheiro econômico esforça-se por coordenar e equilibrar os dois empregos. Nestas fábricas 
químicas, o objetivo deve ser expandir o vapor na maquina a vapor, ou na turbina, e depois empregar 
o vapor de descarga, ou vapor a pressão mais baixa, para fins de calefação. Neste procedimento, os 
motores primários operam sem condensação. Nas turbinas, em que e necessário ter o vapor seco para 
obstar a erosão das palhetas, o vapor na entrada é superaquecido, impedindo-se, assim, a condensa­
ção. A turbina é um motor primário especialmente flexível nas usinas químicas, pois pode ser proje­
tada não só para fornecer o vapor de descarga a baixa pressão, mas também, mediante sangradouros, 
para fornecer vapor a pressões altas.
b a l a n ç o t é r m i c o A economia do uso duplo do calor e da energia gerada pelo vapor preocupa-se 
com a possibilidade de coordenar a geração de vapor para energia e para o processo de modo que a 
primeira seja um subproduto da demanda da segunda. A primeira etapa para equilibrar estas duas 
demandas deve ser um levantamento cuidadoso e exato das necessidades de calor e de energia dos 
diversos processos. Uma vez que o superaquecimento retarda, em geral, a taxa de transferência de 
calor nas operações de processo, o vapor na descarga da turbina, ou no ponto de sangria, deve ter o 
superaquecimento suficiente para superar as perdas na transmissão, mas deve chegar ao ponto de 
utilização com pouco ou com nenhum superaquecimento. Assim se tem o efeito de utilizar a totali­
dade do calor latente do vapor na calefação.
A importância fundamental deste princípio de coordenação do vapor para energia e de vapor para 
o aquecimento de processo pode ser vista pela inspeção do Quadro 4.11, onde aparecem as calorias 
convertidas em energia pela expansão do vapor a várias pressões e vários superaquecimentos, até 
vapor a 15 psig (1 atm manométrica), comparadas com as calorias obtidas na condensação deste 
vapor de descarga. Em virtude da necessidade de se ter o vapor de processo para as operações de 
transferência de calor, é evidente, do Quadro 4.11. que a energia disponível pela expansão é. possi­
velmente, a fonte mais barata de energia para a usina. Por isso. a usina ideal expande todo o seu 
vapor nas turbinas obtendo energia, e conduz o vapor de descarga para a fabrica, para efetuar as
50 IN D U S TR IA S DE PROCESSO S Q U ÍM IC O S
diversas operações de transferência de calor. Quando não há contaminação deste vapor de processo, 
a agua de condensação deve retornar à alimentação da caldeira, como água de compensação. Todas 
as industrias químicas devem ser estudadas com esta dualidade na utilização do vapor. Adotaram este 
duplo balanço de energia, com muita lucratividade, as indústrias de açúcar (Cap. 30), de soda cáustica 
(Cap. 13), de cloreto de sódio (Cap. 12) e de fermentação (Cap. 31). O objetivo dos engenheiros 
responsáveis pela operação de qualquer fabrica deve ser equilibrar as exigências de energia, obtida 
pela expansão do vapor, com as demandas do vapor de descarga da máquina a vapor, ou da turbina, 
feitas pelo processo, de modo a não haver excesso de nenhuma delas. Nas indústrias de processos 
químicos, e possível, muito freqüentemente,realizar este ideal.
o u t r a s f o r m a s d e TRANSFERÊNCIA d e c a l o r Quando há necessidade de aquecimento indireto, é 
preciso usar um outro fluido que não o vapor, nas temperaturas acima de 400 ou 450°F (204 a 232°C), 
pois. então, a pressão do vapor fica muito elevada para que o projeto da usina seja econômico. Uma 
vez que o vapor de agua deve sua importância como fluido de aquecimento à sua conveniência e 
limpeza, e principal mente ao seu grande calor latente de condensação, o uso de vapor superaquecido 
não e indicado como forma de aquecimento, exceto em casos raros. Por isso, quando as condições 
estão fora da faixa do vapor, o engenheiro volta-se para outros meios, adotando sucessivamente, à 
medida que a temperatura sobe, os seguintes:
A quecim ento a cham a direta, acima de 300°F (149°C): baixo custo, mas risco de incêndio. 
A quecim ento a cham a indireta, acima de 300°F (I49°C): baixo custo operacional, mas equipa­
mento elaborado e risco de incêndio.
A quecim ento a gás, direto, acima de 300°F (I49°C): custo moderado, mas controle excelente, 
embora com risco de incêndio.
Óleo quente, de 300 a 600°F (149 a 316°C): bom controle, mas a inversão inicial de capital é alta 
e ha carbonização do óleo.
Dowtherm , de 400 a 750°F (204 a 399°C): bom controle, custo operacional moderado, mas 
inversão inicial elevada.
Vapor de mercúrio, de 600 a 1.200°F (316 a 649°C): bom controle, custo operacional moderado, 
mas a mais elevada inversão inicial.
M isturas de sais, de 250 a 900°F (121 a 482°C): bom controle e boa transferência de calor nas 
temperaturas elevadas.
A quecim ento elétrico, acima de 300°F (149°C): o de controle mais exato, mas com o custo 
operacional usualmente elevado.
O aquecimento direto ou indireto, a carvão ou a gás, tem freqüentemente uma eficiência que 
surpreende, quando o forno está bem projetado; a chama exposta, entretanto, constitui risco de in­
cêndio. Em condições onde não há carbonização do óleo. este meio de transferência de calor é tão 
empregado que existem no mercado fornalhas para o aquecimento do óleo e equipamento para a 
transferência de calor, em modelos padronizados e testados. O Dowtherm (difenila, 26,5% +- óxido 
de difenila, 73,5%, mistura eutética) é estável em temperaturas mais elevadas que o óleo e tem a 
vantagem adicional de poder ser empregado como vapor, o que possibilita a utilização não só do seu 
calor latente, mas também do calor sensível. O mercúrio tem muito êxito no controle do calor de 
reação em certos reatores. Durante muitos anos, as misturas de sais inorgânicos foram aceitas como 
meios de transferência de calor; as demandas modernas destes sais, em larga escala, para rem over o 
calor de processos de craqueamento de petróleo — como o processo catalítico de Houdry — justifica­
ram um cuidadoso estudo das propriedades das misturas salinas constituídas aproximadamente por 
40% de N aN 02, 7% de N aN 03 e 53% de K N 03. E estranho constatar que os ensaios não evidenciam 
perigo, mesmo quando se injeta uma corrente de petróleo quente num banho de nitrito e nitratos 
fundidos. O meio de aquecimento mais eficiente, mais cômodo, mais exato e mais seguro, embora 
custoso, é a eletricidade, quer em calefatores de contato, de imersão ou de calor radiante.
e n e r g i a n u c l e a r O Quadro 4.12 sugere que os recursos americanos de urânio, recuperáveis a 
um custo razoável, são adequados para atender às necessidades até 1985, caso o desenvolvimento não 
seja obstado. Depois de 17 anos de uso da energia nuclear em bases comerciais, nos Estados Unidos, 
e mais de 30 anos de utilização militar, não houve um só dano tísico, nem qualquer prejuízo finan­
ceiro, para o público. Nenhuma outra indústria pode apresentar um registro de segurança deste qui­
late.
O reator regenerador rápido parece ser uma enorme fonte de energia para o futuro. No reator 
convencional, queima-se o U30 H e não se recupera qualquer subproduto útil. Em contraste, o reator 
regenerador gera plutônio.
Os franceses, em 1973, construíram um reator regenerador rápido de 250.000 kW, e a British 
Atomic Energy Authority construiu um reator regenerador em Dounreay. no norte da Escócia. Estes 
reatores pioneiros foram seguidos por outros, na Rússia. Bélgica e Países Baixos. O progresso feito 
nos outros países relegou os Estados Unidos a uma posição secundária no esforço mundial para 
desenvolver a tecnologia da segunda geração de reatores nucleares.
Q uadro 4 .1 1 E n erg ia con seg u id a n a exp ansão isen tróp ica do vapor de água até u m a pressão de descarga de 2 a tm abso lu ta s
(1 a tm m anom étrica ) p a ra fin a lid a d e s m otrizes e ca lor de p rocesso
Pressão
Tem pera ­
tura de 
satura ­
ção, °C
Graus 
de supe ­
raqueci­
m ento , °C
Vapor 
supe ­
raqueci­
do, °C
Entalpia
kcal/kg
Entropia 
kcal/kg. K
Término 
da expansão
Tem pera ­
tura, °C
Trabalho
de
expansão
kcal/kg
Calor
disponível
para
processos
kcal/kg
A b so ­
lu ta
atm
M ano ­
m étrica
atm
Entalpia
kcal/kg
Teor de 
umidade 
%
27 26 229,3 260,0 489,3 830,0 1,742 663,9 156,1 166,1 542.8
27 26 229,3 204,4 433,7 801,1 1.704 646,7 121,7 154,5 525,6
24 23 222,7 176,7 399,4 782,2 1,692 642,3 0,6 140,0 521,2
20 19 214,1 260,0 474,1 824,5 1,766 675,1 177,8 149,5 553.9
20 19 214,1 148,9 363,0 765,6 1.682 638,9 1.4 126,7 517,8
17 16 205,0 121,1 326,2 747,3 1,674 636,2 2,0 111,1 515,0
14 13 194,4 204,4 398,8 786.2 1,758 670,6 168,3 115,6 549,5
14 13 194,4 93,3 287,7 728,9 1,667 633.4 2,5 95,6 512,3
10 9 181,4 65,6 247,0 710,1 1,664 633,4 2,5 76,7 512,3
7 6 164,4 93.3 257,7 718,9 1,722 655,6 137,8 63,3 534,5
7 6 164,4 37,8 202,2 690,6 1,669 633,9 2,5 56,7 512,8
3,5 2,5 138,4 93,3 231,7 707,8 1,779 679,5 187,8 28,3 558,4
3,5 2,5 138,4 32,2 170,6 677,8 1,718 654,5 135,6 23,3 533,4
Fo n t e : D a d o s e x tr a íd o s d e K e e n a n , K e y e s , H ill e M o o re , St eam Tab les — T h e r m o d y n a m ic Pr op er t ies o f W ater In clu d in g Vapo r , Liq u id a n d So l id , W iley , 1969. 
O v a p o r s u p e ra q u e c id o é u sa d o p a r a im p e d ir a e ro s ã o d a s p a lh e ta s d a tu rb in a p e lo e x c e s s o d e u m id ad e p re se n te no v a p o r .
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5 2 IN D Ú S TR IA S DE P R O CESSO S Q U lM IC O S
Quadro 4.12 Reservas de urânio em U-/>H nos Estados Unidos, segundo estimativa da 
Atom ic Energy Commission, na base do preço de produção em 1 de janeiro de 1972
Cu st o de p r o d u çã o U SSI kg
Reser v a s r a zo a velm en t e 
seg u r a s, t on cu r t a
Re se r v a s p o t e n c ia is 
est im a d a s, t on cu r t a To t a l , t on cu r t a
17,6 ou m e n o s 2 7 3 .0 0 0 4 6 0 .0 0 0 7 3 3 .0 0 0
2 2 .0 o u m e n o s 4 2 3 .0 0 0 6 5 0 .0 0 0 1 .07 3 .0 0 0
3 3 ,0 ou m e n o s 625.0(H) 1 .0 0 0 .0 0 0 1 .625 .0 0 0
F ontes: U.S. Energy Outlook, op. c it.; Nichols, op. cit.
e n e r g i a h i d r e l é t r i c a Muitas indústrias químicas precisam de grandes quantidades de energia 
elétrica a baixo preço para realizar suas operações. Estas empresas se localizam usualmente nas 
vizinhanças de usinas hidrelétricas, onde é disponível a energia barata, especialmente para o consu­
midor de porte e consumo permanente. São estas as indústrias eletroquímicas, tratadas no Cap. 14, 
sobre Industrias Eletrolitieas, e no Cap. 15, sobre Indústrias Eletrotérmicas. As usinas hidrelétricas 
situam-se junto a um ponto em que é possível aproveitar um desnível das águas, seja numa queda 
natural, seja numa represa. A água é usada para acionar uma turbina a água apropriada, a que está 
ligado um gerador de corrente contínua, ou um outro de corrente alternada. O custo inicial de uma 
usina hidrelétrica é muito maior que o de uma usina termelétrica de mesmo porte, mas o custo opera ­
cional é mais baixo.
OUTRAS FONTES POSSÍVEIS DE ENERGIA
p i l h a s d e c o m b u s t í v e l 4 Estes dispositivos,para a geração “ dire ta” de energia elétrica, têm pos­
sibilidades muito interessantes. Numa pilha de combustível, um combustível — hidrogênio, gás natu ­
ral ou propano. por exemplo — pode ser convertido diretamente, sem partes móveis, em duas vezes a 
quantidade de eletricidade que se obteria na queima da quantidade correspondente do combustível em 
caldeiras, com turbinas e geradores de eletricidade. As eficiências estariam na ordem de 40 a 80%. em 
contraste com os 25 a 40% dos outros processos.
A pilha de combustível é diferente do acumulador, pois nela o combustível gasoso ou líquido, e o 
respectivo oxidante, vêm de fo ra . enquanto no acumulador o combustível sólido e o oxidante estão 
armazenados nas placas, onde são consumidos. A pilha eletroquímica opera eletroquimicamente ou, 
de uma maneira mais literal, “ quimieletricamente” , conforme está esquematizado na Fig. 4.3. Na 
realidade, a pilha é um reator, em que o hidrogênio, ou o combustível, é a corrente de alimentação e é 
conduzido para o espaço entre ânodos paralelos, porosos e condutores. O anodo pode ser feito de 
carvão poroso com um catalisador metálico, como a platina, com o que se tra n sfo rm a m q u im ica ­
m en te os á tom os de hidrogênio em ions hidrogênio p o sitivo s e e lé trons. Os elétrons deixam o anodo.
F ig . 4 .3 P i lh a d e c o m b u s t ív e l a h id r o g ê n io -o x ig ê n io . A c o r ­
r e n t e é t r a n s p o r t a d a i n t e r n a m e n t e v ia í o n s h id r o g ê n i o . 
(Sw een ey a n d H e a t h .)
‘S w e e n e y e H e a th , Fu e l Ce l l : I t s Prom ise and Prob lem s. A P I , H o u s to n . T ex as. 9 de m aio de 1961; S chu ltz , Fu el Ce l l Develop ­
m ent s, S o c ie ty o f P e tro le u m E n g in e ers o f A IM E , Da llas. T ex as , 8 de o u tu b ro d e 1961; In s titu te o f G as T echno logy , C hicago (38 
re fe rê n c ia s ) ; M oos et a l , F uel C e lls , In d . Eng . Chem ., 54 (1), 65 (1962) (um a b o a rev isão e resu m o ); F uel C ells: F ac t and F iction, 
Chem . En g . (N . Y.), 81(11). 62 (1974).
EN ERG IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O N D IC IO N AM EN TO DO AR E R EFR IG ERAÇÃO 53
realizam trabalho e entram no cátodo (Fig. 4.3). Enquanto isto, os íons hidrogênio migram no eletró- 
lito (por exemplo. KOH ou H2S 0 4 a 509?), atraídos pelo cátodo, onde está o oxigênio. Para comple­
tar a reação, o oxigênio recebe elétrons e forma-se água, que é descarregada na pilha. A pilha é 
montada de tal modo que os elétrons saem do anodo por um fio condutor e entram novamente na 
pilha pelo cátodo. Enquanto os elétrons estão fora da pilha, constituem uma corrente elétrica capaz 
de efetuar trabalho.
anodo, 2 ||, + 2r
« « í A - n
2 H + + O ( o u J 0 2) + 2e-------> l l 20
R eação global na pilha:
U-„>(£) + Jléilons' * n (̂)(/) AG = - 5 6 ,7 k ca l
H2(£) + -2- v-1- ,1> H20 ( /) A // = - 6 8 ,4 k ca l
E fic iê n c ia te ó r ic a = 7^7 x 100 = 82 .9%
68 ,4
A diminuição da energia livre indica que o hidrogênio e o oxigênio querem reagir: a pilha de 
combustível oferece o mecanismo para a reação. As pilhas de combustível a hidrogênio e oxigênio 
operam a 25°C e cada elemento produz uma tensão contínua de 1 V. Por isso, é necessário dispor de 
várias pilhas em serie para produzir corrente útil.
O gás natural existe em diversas regiões dos Estados Unidos, e em outras partes, a um custo 
igual a um sexto do valor da sua energia, tomando como base a energia fornecida pelas empresas 
geradoras. Por isto, é muito mais barato consumir gás natural ou propano do que usar o hidrogênio ou 
então usar uma mistura de hidrogênio e monóxido de carbono, obtida pela reação do gás natural com 
o gás de síntese. Também é muito mais econômico usar o ar atmosférico do que o oxigênio, no papel 
de oxidante. Diversas outras substâncias estão sendo estudadas para emprego nas pilhas de combus­
tíveis. Os problemas a resolver são os dos custos relativos e os de um projeto eficiente para a pilha. A 
pilha de combustível é um dos mais interessantes dispositivos de produção de energia útil que está 
sendo estudado modernamente, em especial para aplicações espaciais. Investiga-se seu emprego não 
só na produção de produtos parcialmente oxidados, mas também de eletricidade. Um exemplo é o da 
oxidação do metanol a ácido fórmico.
Nas Figs. 4.4 e 4.5 aparecem exemplos de pilhas de combustível que estão sendo desenvolvidas 
comercialmente. A que aparece na Fig. 4.4 pode chegar a 40% de eficiência na geração de eletrici­
dade. Quando é usada num edifício de apartamentos, ou de escritórios, com recuperação de calor, é 
possível aproveitar cerca de 80% do poder calorífico do combustível. As usinas geradoras convencio­
nais usam apenas 30% da energia. As pilhas de combustível farão, por certo, uma contribuição ex­
tremamente importante na resolução dos problemas futuros de produção de energia e proteção ao 
ambiente.
f u s ã o n u c l e a r E possível que, numa análise derradeira, o futuro da humanidade dependa do 
processo de fusão nuclear. Numa sociedade carente de energia, que provavelmente terá as reservas 
de combustível fóssil esgotadas, e com uma preocupação vigilante sobre os efeitos danosos dos sub­
produtos dos reatores nucleares a fissão, o processo da fusão nuclear oferece uma das poucas espe­
ranças bem fundamentadas para a produção de quantidades quase ilimitadas de energia com pequeno 
risco.
Um reator de fusão nuclear é um dispositivo em que se pode realizar, de maneira controlada e 
auto-sustentada, a reação de fusão nuclear para produzir energia útil. A reação se efetua num gás 
muito quente, mas muito diluído, constituído por isótopos de hidrogênio, de hélio ou de lítio.
FONTES GEOTÉRMicAS d e e n e r g i a E ainda questão aberta a de saber se a energia geotérmica se 
materializará ou não numa operação em grande escala. Somente na Itália, no México, na Nova Ze­
lândia e nos Estados Unidos existem usinas em operação. Todas elas funcionam numa taxa muito 
modesta de alguns megawatts. Donald E. White estima que a capacidade geotérmica mundial, até 
uma profundidade de 10 km, é no máximo da ordem de 1,11.1014 kWh. Esta grandeza é, na verdade, 
desprezível em comparação com o carvão, o óleo, o gás natural e os combustíveis nucleares.
g a s o d u t o s d e h i d r o g ê n i o O hidrogênio pode tornar-se uma fonte secundária importante de 
energia, caso possam ser resolvidos os problemas de geração, armazenamento e transporte. Como a
5 4 IN D Ú S TR IA S DE PR OCESSOS Q U lM IC O S
F ig . 4 .4 P ilh a g e ra d o ra , d e c o m b u s tív e l , d a U n ite d T e c h n o lo g ie s P o w e rc e l , o p e ra n d o a g á s n a tu ra l e a r . c o m u m a 
e f ic iê n c ia q u e c h e g a a 40% em c a rg a p a rc ia l. A u n id a d e é p ro je ta d a p a ra in s ta la ç õ e s f ix a s . (U n i t ed Tech n o lo g ies 
Po w er Syst em s D iv .)
eletricidade, o hidrogênio precisa de uma outra fonte de energia para sua produção. Entretanto, uma 
vez produzido, o hidrogênio tem vantagens potenciais significativas, não só econômicas, mas também 
técnicas, em comparação com outras alternativas para diversas aplicações, à medida que o país se 
torna mais carente dos combustíveis fósseis convencionais e mais dependente de outras fontes de 
energia, como. por exemplo, a nuclear.
Fig. 4.5 Modelo de gerador de 26 MW. transportável, em desenvolvimento pela United Technologies, para forne­
cimento de eletricidade. É projetado para gerar eletricidade a 40% de eficiência, usando nafta como combustível. 
(United Technologies Power Systems Div.)
ENERG IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O N D IC IO NAM EN TO DO AR E REFR IGERAÇÃO 55
e n e r g i a d e r e j e i t o s s ó l i d o s Os aumentos dos preços de energia, a elevação dos custos de trans ­
porte e a diminuição da área disponível para acúmulo de detritos fazem com que a incineração dos 
rejeitos sólidos, acoplada à recuperação de calor, seja uma alternativaatrativa para os métodos con­
vencionais de tratamento do lixo. No Quadro 4.13 aparecem os poderes caloríficos aproximados, e as 
densidades, de diversos tipos de lixo.
e n e r g i a e ó l i a Poucos engenheiros acreditam que os moinhos de vento, ou outras máquinas mo­
vidas a vento, possam ser capazes de produzir grandes quantidades de energia no futuro. A grande 
quantidade de material necessário para construir uma destas máquinas, a pequena produção por uni­
dade de investimento e a inexistência de um regime de trabalho seguro não tornam muito promissoras 
as instalações.
e n e r g i a d a s m a r é s Os recursos energéticos das marés ascendem, provavelmente, a alguns déci­
mos de 1018 B.t.u. (algumas centenas de 1018 J). Em geral, estas fontes de energia são de interesse 
regional e não constituem opções para suprimentos em grande escala.
e n e r g i a s o l a r O problema no emprego da energia solar para a operação em grande escala está 
na baixa densidade de potência. A potência do Sol, acima da atmosfera, promediada dia e noite para 
todas as zonas do globo terrestre, é da ordem de 340 W/m2. Desta densidade de potência, apenas 47% 
atingem o solo. Uma estimativa da média global de utilização da energia solar é de uns 20 W/m2. Uma 
casa de tamanho médio recebe no seu telhado, cerca de 500 vezes mais energia do Sol do que a 
eletricidade que utiliza. A dificuldade do aproveitamento está em utilizar e armazenar esta energia, 
dia e noite, durante o ano inteiro. Conseguem-se, na prática, temperaturas de milhares de graus 
centesimais com a concentração da luz solar por espelhos côncavos. Mesmo na atualidade, as estufas 
solares podem ser usadas nos países quentes, para economizar combustíveis fósseis preciosos ou para 
aquecer a água em telhados (conforme fazem alguns japoneses). Acredita-se que as investigações 
científicas sobre a fotossíntese das plantas, mediante as algas Chlorella (eficiência de 3%) possam 
levar à utilização prática da energia solar. Em virtude de os sistemas convencionais, e à base de 
energia solar, terem que ser instalados de forma a operar confiavelmente o ano todo. os investimentos 
por unidade de potência utilizável tendem a ser excessivos.
Quadro 4.13 Poder calorífico e densidade aproximados de 
alguns rejeitos representativos
Po d e r ca lo r íf ico 
na co m b ust ã o 
kca l lk g
D en sid a d e 
in na t ura 
k g lm 3
A lim e n to s v e g e ta is 1.000 222
A p a r a s m e tá l ic a s 4 .2 2 0 237
B e tu m e 9 .2 0 0 889
B o r r a c h a 8 .1 2 0 711
C e ra d e p a ra f in a 10.350 830
C o m p e n s a d o d e m a d e ir a 4 .5 4 0 533
C o r t iç a 6 .3 0 0 190
C o u r o d e s a p a to s 4 .0 2 0 320
F ib ra d e v id ro (a g lu t in a d a c o m re s in a ) 10.830 587
L á te x 5 .5 6 0 711
M a d e ira 5 .0 0 0 178
N á ilo n 7 .5 7 0 119
P a p e l a lc a t r o a d o 6 .3 9 0 267
P a p e lã o 3 .7 8 0 107
P a p e l c o m r e v e s t im e n to d e p lá s tic o 4 .0 8 0 8 0
P a p e l o n d u la d o (so lto ) 3 .9 1 0 59
P a p e l p a r d o 4 .0 3 0 80
P o l ie s t i r e n o 9 .8 3 0 104
P o lie t i le n o (film e) 10 .990 12
P o l ip ro p i le n o 11 .030 59
P o l iu re ta n a (e s p u m a ) 9 .7 7 0 33
T ê x te i s n a tu r a is 4 .4 5 0 166
T ê x te i s s in té t ic o s 8 .3 3 0 142
F onte: C hem . Eng. (N .Y .) , 81(18), 38 (1974).
CONDICIONAMENTO DO AR
O uso do condicionamento do ar nas fábricas industriais tornou-se mais e mais comum nos anos 
recentes. O controle da temperatura, da umidade e da limpeza do ar é muito importante em vários 
processos químicos, particularmente na fabricação de fibras artificiais e de papel. As fibras têxteis
5 6 IN D Ú S TR IA S DE PRO CESSO S Q U ÍM IC O S
são muito sensíveis às modificações das condições do ar ambiente. Também é importante, para as 
organizações industriais, o conforto dos operários. Esta consideração levou ao uso do condiciona­
mento de ar em fábricas e escritórios, onde não e essencial para a qualidade do produto.
Quadro 4.14 Propriedades dos agentes refrigerantes
R e f r i g e r a n t e
T e m p e r a t u r a d e 
e b u l i ç ã o a 
7 6 0 m r n i l g , e m ° C
T e m p e r a t u r a 
c r i t i c a , ° C
P r e s s ã o 
c r i t i c a , a t m
C a l o r l a t e n t e 
a 7 6 0 m m H g , 
k c a l / k g
A m ó n ia ( N H 3) - 3 3 .3 132,5 111,5 327
D ió x id o d e c a rb o n o ( C 0 2) - 7 8 . 2 t 31,1 7 3 ,0 70*
D ió x id o d e e n x o f re ( S 0 2) - 1 0 157 .2 7 7 ,7 93
C lo r e to d e m e tila ( C H 3CI) - 2 3 .9 143.1 65 .8 102
C lo re to d e e ti la (C 2H 5C1) 12.8 187.2 5 2 ,0 93
F re o n -1 2 (C C 12F 2) - 2 9 .4 I I I .5 3 9 ,6 4 0
P ro p a n o (C 3H 3) - 4 2 .4 96 ,8 4 2 ,0 88
tS u b l im a .
*Calor latente a -28.9°C e 15 atm absolutas.
REFRIGERAÇÃO
A refrigeração é o processo de obter frio, particularmente o resfriamento abaixo da tem peratura 
ambiente. E um fator vital em muitos processos químicos em que o frio, ou a remoção de calor, é 
necessária para o controle ótimo da reação. São exemplos a fabricação de corantes azo, a separação 
de um produto facilmente congelável de isõmeros líquidos ou de impurezas, e as indústrias de alimen­
tos e de bebidas. Outros exemplos são a manufatura catalítica do cloreto de etila a partir do etileno 
líquido e do cloreto de hidrogênio anidro sob pressão e a - 5°C, a produção de borracha “ a frio” pela 
polimerização a 41°F (5,6°C) ou menos, a cristalização do mercúrio a — I00°F ( —73,3°C), em formas 
complicadas, que são revestidas de camadas de cerâmica, mediante mergulhos sucessivos numa sus ­
pensão apropriada, depois do que o mercúrio é fundido e retirado do molde. As operações de refrige ­
ração envolvem uma mudança de fase num sistema, de modo que ele é capaz de retirar calor de um 
outro, o que pode ser exemplificado pela vaporização da amónia líquida ou pela fusão do gelo. A 
refrigeração mecânica pode ser dividida em dois tipos gerais: o dos s is tem a s a co m p ressã o e o dos 
s is tem a s a absorção. Os dois sistemas fazem com que o refrigerante absorva calor a uma tem peratura 
baixa, por vaporização, e ceda este calor a uma temperatura mais alta, por condensação. O sistema 
de absorção é usado principalmente em unidades domésticas, mas tem aplicações industriais econô ­
micas, quando se dispõe de vapor de descarga.
A instalação de refrigeração a amónia é uma ilustração típica de um sistema de com pressão de 
vapor e está esquematizada na Fig. 4.6. O Quadro 4.14 dá as propriedades dos agentes refrigerantes 
usuais.
E n tr a d a P e r d a S a íd a
Fig. 4.6 Sistema de compressão para refrigeração.
EN ERG IA , C O M B U S T ÍV E IS , C O ND IC IO NAM ENTO 0 0 AR E REFR IGERAÇÃO 5 ?
R E FE R Ê N C IA S B IB L IO G R Á F IC A S SE L E C IO N A D A S
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n
Produtos C arboqu ím icos
51
C J
Os produtos químicos provenientes do carvão eram, em princípio e na maior parte, conseguidos 
na destilarão destrutiva, com o que se obtinham principalmente aromáticos. Nos anos mais recentes, 
tem sido obtida substancial produção de aromáticos — em especial de benzeno, de tolueno, de xileno, 
de nuftulcno c de metilnaftaleno — pelo processamento de materiais petroquímicos (Cap. 38). Com o 
progresso das aplicações das conversões químicas do carvão, é possível obter um número muito 
maior de substâncias a partir desta materia-prima, sempre que a produção for econômica. Estas subs­
tâncias. no entanto, exceto o coque metalúrgico, estão num campo muito competitivo. O Quadro 5.1 
resume as substâncias químicas obtidas a partir do carvão mineral, conforme são apresentadas neste 
capitulo e em outras partes do livro (ver também a Fig. 5.2, com informações sobre muitas substân ­
cias originadas do carvão). O carvão não é apenas o combustível fundamental dos Estados Unidos 
mas também div ide, com as substâncias petroquímicas, o fornecimento de matérias-primas básicas de 
muitas industrias essenciais, que vão de corantes, remedios, pesticidas e elastômeros até os plásticos 
modernos. “ 0 carvão mineral também constitui a maior reserva mundial de matéria-prima orgânica 
concentrada e serve não só como fornecedor de substâncias, mas também como fonte barata de calor 
e de energia, necessários para os processos."1 Apesar de o gás do carvão e os aromáticos desta mesma 
origem terem tido a respectiva produção diminuída pela competição dos petroquímicos e do gás natu ­
ral. o Bureau of Mines, o Office of Coai Research e a indústria privada estão realizando muitas 
pesquisas e desenvolv imentos novos. No Cap. 6, a propósito dos gases combustíveis, faz-se referên ­
cia aos esforços intensos que se empreendem para fabricar um gás combustível de elevado poder 
calorífico para competir, ainda na atualidade, por demandas locais ou demandas de pico. Estes esfor­
ços também se dirigem para a obtenção de um substituto do gás natural, a ser usado quando — nas 
décadas vindouras — os suprimentos deste combustível forem diminutos. Outra linha de pesquisa 
dirige-se para a obtenção de substâncias novas, ou já conhecidas, do carvão de pedra, do linhito e do 
xisto, mediante uma tecnologia melhorada, ou tem o objetivo de conseguir retirar do carvão, de forma 
competitiva, combustível para motores e outras substâncias químicas orgânicas.2
DESTILAÇÃO DESTRUTIVA3 DO CARVÃO MINERAL
Quando o carvão mineral sofre pirólise térmica, ou e destilado por aquecimento, ao abrigo do ar, 
converte-se em diversos produtos solidos, líquidos e gasosos. A natureza e a quantidade de cada 
produto dependem da temperatura usada na pirólise e da espécie do carvão . Na prática usual, as 
temperaturas dos fornos de coque são mantidas acima de 1.650°F (899°C). mas a faixa de operação 
estende-se de 950 a 1.800°F (454 a 982°C). O produto principal, por peso, é o coque. Quando se usam 
temperaturas de 850 a I.300°F (454 a 704°C). o processo é denominado carbonização a baixa te m p e ­
ratura; com as temperaturas acima de 1.650°F (899°C). é conhecido como carbonização a alta tem p e ­
ratura. Na carbonização a baixa temperatura, a quantidade de produtos gasosos é pequena e a dos 
produtos líquidos e relativamente grande, enquanto na carbonização a alta temperatura o rendimento 
de produtos gasosos é maior que o de produtos líquidos, sendo relativamente baixa a produção de 
alcatrão. Os produtos líquidos são água, alcatrão e óleo cru leve. Os produtos gasosos são hidrogê ­
nio. metano, etileno. monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, amónia e 
nitrogênio. Os diversos produtos do coque são conhecidos coletivamente como co -p ro d u to s ou sub ­
p rodu tos do carvão.
;^A destilação destrutiva do carvão, ou sua carbonização, e um exemplo realmente marcante de 
uma conversão quím ica, ou do processo unitário da p iró lise . Este capítulo esquematiza o equipa-
'R o se . H . J ., com unicação par ticu lar; O C R Calls fo r P etrochem icals from C oal, C h e m . E n g . N e w s , 6 de jan e iro de 1969. pág. 40.
2C oal G asification: Just Shy o f C om m ercial. C h e m . E n g . N e w s , 19 de m aio de 1969. pág. 11; P erry . C oal C onversion T echnology . 
C h e m . E n g . (N . Y . ). 81(15), 88 (1974); Eyes S tay on C oal C onversion , C h e m . E n g . ( N . Y . ), 81(15), 58 (1974); B u rke , T h e y ’re 
M aking a Solid E ffort to G et C lean Coal L iquids, C h e m . W e e k . 11 de se tem b ro de 1974. pág. 38.
3L ow ry . C h e m i s t r y o f C o a l U t i l i z a t i o n . Suppl. V ol.. Cap. I I . págs. 461-494. W iley, 1963 (121 re fe rências); H ig h T e m p e r a tu r e 
C a r b o n i z a t i o n , vo ls. I e 2, W iley. 1945 (cen tenas de refe rências m ais an tigas): E C T , 2.a e d ., vol. 4, pág. 400. 1964; Sass , G a r re tt’s 
C oal Pyro lis is P rocess , C h e m . E n g . P r o g . . 70(11). 72 (1974).
PRODUTOS CARBOQUlMICOS 59
Q uadro 5 .1 S u b stâ n c ia s carboquím icas
Processo de conversão quím ica
Produtos e procedim entos 
ios numeros referem -se aos capítulos)
a. Carbonização, pirólise do carvão mineral, do linhito 
e de xistos carboníferos (destilação destrutiva)
b. Redução e refinação de minérios
c. Gaseificação (ver t> e j)
O gás de agua e o gas de gerador são pouco impor­
tantes
d. Combustão para calefaçáo e geração de energia
e. Combustão para aquecimento de processos 
/ Redução química (ver A.) 
g. Hidrogenaçáo e hidrogenolise. catalítica
h. Desmetilaçáo 
/. Hidrólise alcalina
j . Oxidação, ou parcial (controlada) ou completa
k. Eletrotermico
l . Recuperação de enxofre
m. Sulfonaçáo
n. Extração do carvão por solventes
Aromáticos do alcatrão da hulha, benzeno e homólo­
gos, fenol e homólogos, naftaleno, antraceno, fenan- 
treno etc. (5)
Coque de alta temperatura (5), coque de baixa tem ­
peratura (5)
Carvão para pigmentos (8). carvão para eletrodos 
(5.8), materiais (8), carvão ativo (8)
Ferro, ligas de ferro etc., alumínio (14), magnésio (14) 
Gás de coqueria (6). gás de água (6). gás de gerador
(6) . gás para picos de consumo (6). gás de síntese
(7) . C 0 2 líquido e gelo-seco (7)
Usinas termelétricas (4), calefação doméstica, produ­
ção a varejo (4). moinha fina (4). cinzas sinterizadas 
para filtros e concreto (4)
Calor para fabricação de cal (10), cimento (10), cerâ­
micas (9). aço e laminações 
Sulfeto de sódio (11,12). sulfito de sódio (12). sulfito 
de bário (20), fósforo (16)
Processo dos carbetos para aromáticos (5), hidro- 
genação do carvão, processo Bergius (5). combus­
tíveis líquidos do processo Fischer-Tropsch (5,6), 
metanaçáo catalítica de gases de síntese e de 
pirólise (5,6)
Benzeno a partir do tolueno e do xileno (37). nafta­
leno a partir dos metilnaftalenos (37)
Diversos aromáticos (5)
Gás de síntese (7) para NH3, CH3C)H etc., hidrogê­
nio (7), ácidos do alcatrão (5). monóxido de 
carbono (7)
Grafita (8) e eletrodos (8). abrasivos: carbeto de silí­
cio (15), carbeto de cálcio (15), cianamida (18), 
dissulfeto de carbono (15.38)
H2S a partir do gás (6.7)
Pirita do carvão
Troca iônica, abrandadores de água (3)
Carvão sem cinzas, cera montana (28), ácidos hümi- 
cos, resinas de cumarona (34)
F o n t e s : L o w ry , C h e m i s t r y o f C o a l U t i l i z a t i o n , W iley , v o ls . I e 2 . 1945. v o ls , su p l., 1963; F u tu re fo r F o ss ils , C h e m . W e e k , 9 d e 
o u tu b ro de 1974. pâg . 46; P e rry , o p . c i t . (d iv e rs o s flu x o g ra m a s ); la m m a r tin o . C h e m . E n g . f N . Y ), 81(21),68 (1974); M cM a th 
e t a i . . C oal P ro c e ss in g : A P y ro ly s is R e a c tio n fo r C oa l G a s if ic a tio n , C h e m . E n g . P ro g ., 70(6), 7 2 (1 9 7 4 ); C h e m ic a l C o m m u n ic a t io n 
Show s P ro m ise fo r C o a l. C h e m . E n g . N e w s . 2 de s e te m b ro de 1974, p âg . 16; U O P S e t to S ca le U p O il- fro m -C o a l P ro c e s s , 
C h e m . E n g . N e w s . 23 d e s e te m b ro d e 1974. p âg . 7.
mento necessário para realizar, em esca la industrial, as m od ificações quím icas que ocorrem . A teoria 
química da p irólise do c a r v ã o 1 indica as segu in tes etapas de d ecom p osição :
1. À medida que a tem peratura se e lev a , o s " la ço s a iifáticos entre os carbonos são o s prim eiros 
a rom perem -se” .
2. "E m segu ida , são rom pidos o s laços entre o carbono e o h id rogên io , quando a tem peratura se 
aproxima de 600°C (I .1 0 0 °F ) ou ex c e d e este v a lo r .”
3. " A s d ec o m p o s iç õ e s durante a carbon ização são essen c ia lm en te rea çõ es que elim inam os 
com plexos h etero c íc lico s e con d u zem a um a paulatina a rom atização .”
4. " À m edida que a tem peratura de carbon ização aum enta, a m assa m olecu lar m édia d o s produ ­
tos vo láteis interm ediários dim inui con stan tem en te . E sta d im inuição é m arcada pela ev o lu çã o de 
agua. de m onóxido de carb on o , de h idrogênio , de m etano e de ou tros h id ro carb on etos.”
5. " A s d ec o m p o s iç õ e s finais atingem um m áxim o entre 600 e 800°C (1 .110°F e 1 .4 7 0 °F ).” 
Fuchs e Sandhoff dão d iv erso s exem p lo s da p irólise do carvão , de que é típ ica a Fig. 5 .1 .
Hill e L y o n ’ su gerem que o " carvão é con stitu íd o por grandes m íc leos-m on ôm eros h eterocíc li- 4
4F u ch s e S a n d h o ff , T h e o ry o f C o a l P y ro ly s is , Ind. Eng. Chem.. 3 4 , 567 (1942); L ow ry , op. cit., S u p p l. V o l., p â g s . 379-384 .
‘Hill e L y o n . A N e w C h e m ic a l S t r u c tu r e fo r C o a l, Ind. Eng. Chem., 54(6), 37 (1962); L ow ry , op. cit., S u p p l. V o l . , p â g s . 2 33-270 , 
290-295.
60 IN D Ú S TR IA S DE PR OCESSO S Q U ÍM IC O S
H H
F ig . 5 .1 E x e m p lo d e p iró l i s e d o 
c a rv ã o m in e ra l . ( Se g u n d o Fu ch s 
e Sa n d h o j f . )
cos, com cadeias de alquilas laterais, mantidos por grupos C-C tridimensionais, incluindo grupos 
funcionais a oxigênio.”
h i s t ó r i a Sabe-se que. há mais de 2.000 anos, o coque era um artigo de comércio entre os chine ­
ses; na Idade Média, era usado nas artes, para fins domésticos. Somente em 1620, porém, foi regis­
trada pela primeira vez a produção de coque num forno. Até os meados do século X IX , o alcatrão e 
os produtos do alcatrão eram considerados rejeitos. A síntese do primeiro corante extraído do alca ­
trão, por Sir William Perkin. em 1856. provocou uma grande demanda de alcatrão, que se tornou um 
produto comercial de valor crescente. Perkin. com sua descoberta do corante malva (Cap. 39) 
violeta-brilhante, ao tentar sintetizar o quinino pela oxidação da anilina, na Inglaterra, lançou os 
fundamentos da indústria mundial dos corantes do carvão. Em 1792, foi realizada, por William Mur- 
dock. a primeira experiência com êxito visando à produção de gás a partir do carvão; com ela foi 
possível iluminar a gás as ruas de Londres, em 1812. A primeira bateria de fornos Semet-Solvay foi 
construída em Syracuse. estado de New York. em 1893.
Fig. 5.2 Quantos descendentes têm um pedaço de carvão? (Koppers Co., i nc j
PRODUTOS CARBOQUfM ICOS 61
Quadro 5.2 Produção de alcatrão e de derivados crus do alcatrão nos Estados Unidos
Pro d u çã o
Produt o 1953 1964 1970 / 972
O leo leve c m , l.OOO m 3 1.151 941 924 810
Ó leo in te rm e d iá rio , l.OOO m 3 4 20 19 14
D es tilados d o ó leo lev e
4.741B e n z e n o , g rau s e e s p e c if ic a çõ e s in d u s tr ia is , to ta l , 1 .000 m 3 1.032 2.764 4 .291
D es tila rias d e a lc a trã o , 1 .000 m 3 122
302O p e ra d o re s d e c o q u e r ia , 1.000 m 3 672 450 354
O p e ra d o re s d e p e tró le o . 1 .000 m 3 239 2.314 3.937 4 .4 3 8
T o lu en o , to d o s os g ra u s , to ta l , 1.000 m 3 591 1.874 3.141 3.467
D es tila rias d e a lc a trão . 1.000 m 3 18
55O p e ra d o re s d e c o q u e r ia , 1.000 m 3 136 97 65
O p e ra d o re s d e p e tró le o . 1 .000 m 3 437 1.777 3.076 3 .412
X ileno . to ta l , 1.000 m 3 430 1.299 2.035 2 .7 9 9
O p e ra d o re s d e c o q u e r ia , 1.000 m 3 38 27 17 13
O p e ra d o re s de p e tró le o , 1.000 m 3 390 1.272 2.018 2 .7 86
N a f ta so lv e n te , to ta l . 1 .000 m3 59 17
D e s tila d o res d e a lc a trã o . 1 .000 m 3 36 3
O p e ra d o re s d e c o q u e r ia . 1.000 m 3 24 17 14 11
Ou tro s d e s tila d o s d o ó leo leve
T o ta l, 1 .000 m 3 55
D es tila d o res d e a lc a trã o . 1.000 m 3 32
26O p e ra d o re s d e c o q u e r ia . 1.000 m3 23 35
Bases d e p ir id in a . b ru ta s , em b a se s e c a , 1.000 m 3 2,1 1,8
194 186N a f ta len o . b ru to . 1 .000 to n 125 193
O leos ác id o s d o a lc a trã o , c ru s . 1.000 m 3 105 72 37
O leo de c re o so to , ó le o p e s a d o , 1 .000 m3 550 429 492 527
T odos os o u tro s p ro d u to s d e s tila d o s . 1.000 m 3 70 341
A lca trão a s fá ltic o , 1 .000 m 3 416 211 201 113
A lc a trão , fin a lid a d es d iv e rs a s . 1.000 m3 138 76 55
Piche de a lc a trão
779 528L eve e m éd io , 1.000 to n e la d a s 1.065 804
P esa d o , 1.000 to n e la d a s 644 899 815 713
P iche d e a lc a trã o de c o q u e r ia e e m u lsã o de p ic h e , 1.000 to n e la d a s 34
Fonte: Synthetic Organic Chemicals. I953. 1964. 1970 e 1972 Ü.S. Tariff Commission. Ver os relatórios anuais, para maiores 
detalhes.
e m p r e g o s e e c o n o m i a O coque é o produto de maior tonelagem produzido na destilação do car­
vão mineral. A demanda de coque depende da demanda de aço e, por isto, a quantidade de produção 
do alcatrão reflete a demanda de aço. Cerca de 98% da produção do alcatrão provêm dos fornos 
modernos de coque6. Consultar o Quadro 5.2, para ver os dados sobre os aromáticos crus do alcatrão 
e do petróleo. Até poucos anos atrás, os aromáticos crus, e os compostos puros que deles eram 
extraídos, eram obtidos do alcatrão do carvão mineral. Na atualidade, com a indústria de petróleo 
fornecendo tantos aromáticos diferentes, e também gás natural, através de uma rede de gasodutos, 
suplantando os outros gases combustíveis, o maior incentivo da destilação do carvão é a produção de 
coque para a siderurgia. Os produtos líquidos, inclusive o alcatrão e o licor amoniacal, não têm 
volume tão grande quanto os produtos sólidos da destilação do carvão, mas são importantes nas 
retortas de recuperação química. Ainda se usa um volume significativo de alcatrão como combustível, 
nos fornos Siemens-Martin, e como revestimento de telhados e estradas. As substâncias aromáticas 
do alcatrão do petróleo e do carvão são transformadas em corantes, em produtos intermediários, em 
remédios, em aditivos de alimentos, em perfumes, em resinas, em elastômeros e em milhares de 
outros produtos úteis, que são quase indispensáveis na nossa atual civilização.
COQUEIFICAÇÂO DO CARVÀO
Os dois tipos principais de coqueificação usam as retortas em colmeia ou as retortas de recupera­
ção. O método antigo, primitivo, é o da coqueificação nas retortas em colmeia. Nos fornos de recupe­
ração química, a carga de carvão, cuidadosamente misturada, é aquecida dos dois lados, de modo que 
o calor se propaga para a parte central, o que leva à produção de pedaços de coque menores e mais 
compactos do que os obtidos nos fornos em colmeia. Não há combustão dentro do forno: o calor é
"Chamados também de fornos de coque a subprodutos, ou fom os de recuperação quím ica.
6 2 INDÚSTRIAS DE PROCESSOS QU ÍM ICOS
C í / v Jo
b e t u m in o so — *
G e r a d o r de 9 Í »
Co n d e n sa d o r
Co a i / e tos 
p e d a ç o s p t r t - t 
u s o d o m é st ic o
Trtnsporttdor
JH e se n e - 
rtdar 
P t r t t ch t m in é f .a m a -4
C a r v ã o b e t u m in o so 
Acido sulfúrico ( 6 0 ° 8 é ) 
C a l 
Á g u a
V a p o r d e á g u a 
E le t r i c i d a d e 
M á o - d e - o b r a d i r e t a
907 kg 
11.3 kg 
0.7-0.9 kg 
3,8-7,6 m‘ 
181-272 kg 
6-9 kWh
0,7-1,5 homem-hora,
• Par a p r o d u z i r -
2 8 3 - 3 5 4 M l d e g á s a 5 8 0 k j
6 3 5 k g d e c o q u e
3 8 I d e a l c a t r ã o
1 1 .3 k g d e s u l f a t o d e a m ô m o
7 ,5 a 1 5 I d e ó le o l e v e
Fig. 5.3 Processos no forno de coque com recuperação química.
in teiram ente suprido por can ais de fogo laterais. C erca de 409? d o g á s d o fo r n o , d e p o is d a e x tr a ç a o 
d o s su bp rod u tos, retornam à coqueria e são q u e im ad os para a q u ecer um a bateria d e retortas; parte do 
gás é usada loca lm ente com o gás com b u stíve l.
C o q u e i f ic a ç ã o c m f o r n o s c o lm e ia O forno co lm e ia é c o n stitu íd o por um a câm ara d e t ijo lo s , da 
m esm a forma que um a co lm e ia , com um a abertura d e carga no to p o da ab ób ad a e um a o u tra de 
descarga na periferia da parte inferior da p arede. O carvão é in trod u zid o pela abertura da a b ó b a d a e 
esp alhad o na so leira . O ca lor retido no forno e su fic ien te para in iciar a d e stila ç ã o . O s g a s e s e x p e lid o s 
do carvão m isturam -se ao ar que entra pelo top o da com p orta de d escarga e entram em c o m b u stã o ; o 
ca lor gerado é su ficien te para a p irolise e a d estila çã o .
C o q u e if ic a ç ã o c m fo r n o s d e r e c u p e r a ç ã o O forno de recu p eração é um a câm ara e s tr e ita , u su a l ­
m ente com 38 a 40 ft (11 .6 a 12,2 m) de co m p r im en to . 13 ft (4 ,0 m) d e a ltura, co m a largura d im i ­
nuindo de 17 a 18 in (42 a 45 cm ), numa ex trem id ad e, a te 15 a 16 in (37 a 4 0 cm ), na o u tra . A carga 
d o s fornos é de 16 a 24 toneladas de carvão , l is te s forn os são u sa d o s so m e n te para ca rb o n iza r gran ­
d e s quantidades de carvão , sen d o con stru íd os em baterias co m 10 a 100 re tortas. N a F ig . 5 .3 . e s tá 
represen tad a a d isp osição geral da op eração de um forno de recu p era çã o , co m se u s d iv e r s o s a c e s s ó ­
r io s , segu ida do tratam ento inicial d os su b p ro d u to s .7
O forno de co q u e de recuperação é um a das estru turas d e a lven aria m ais co m p lic a d a s e c a r a s , 
se n d o con stru íd o com a m aior a ten ção aos d eta lh es d e en gen h aria , para q ue p o ssa su p ortar a s s e v e r a s 
te n sõ e s q ue se d esen v o lv em no seu u so e . ao m esm o tem p o , m an ter-se e s ta n q u e ao g á s , a p esa r da 
gran d e ex p a n sã o que ocorre no seu aq u ecim en to . O corp o d o forn o é co n tru íd o em tijo lo s re fra tá r io s , 
co m o s d u tos d e a q u ecim en to entre as retortas, con form e está na F ig . 5 .4 .
A s retortas do forno operam in term iten tem en te, m as c a d a u m a c o m e ç a a op erar , e term in a a 
o p e r a ç ã o , em in stan tes d iferen tes, de m odo q ue a bateria p rod uz co n tin u a m en te g á s c o m u m a b oa 
c o m p o s iç ã o m édia . U m a carga d e carvão fin am en te britado d e um carro d e ca rreg a m en to c a i , a tr a v é s 
d a s b o ca s d e en forn am en to (em geral quatro; no flu xogram a da F ig . 5 .3 a p a rec em a p e n a s d u a s ) , para 
d en tro d o forno , cu jas p ared es e s tã o ap roxim ad am en te a 2 .0 0 0 °F (1 .0 9 3 °C ). A su p e r fíc ie d o ca r v ã o 
na retorta é n ivelada e as b o ca s de carga são fech a d a s. O a q u e c im en to p r o sse g u e e n tã o , c o m a carga 
n o fo r n o , a té q ue a c o q u e ific a ç ã o seja co m p leta e ten h a term in ado a e v o lu ç ã o d e m ateria l v o lá t il. A 
tem p eratu ra m édia no ce n tro da carga, no final d o p eríod o d e a q u e c im e n to , é u su a lm e n te d a o r d e m de 
l .8 0 0 ° F (982°C ) e a tem peratura m édia d o s ca n a is ca le fa to re s é d a o rd em d e 2 .3 5 0 °F (1 .2 8 8 ° C ). A s 
tem p era tu ras d ep en d em d as c o n d iç õ e s da o p era ç ã o , do tem p o d e c o q u e if ic a ç ã o , d a largura d a re torta , 
da e s p é c ie d o carv ã o , do teo r de um idade e da gran u lação da carga . O s fo r n o s d e r e c u p e r a ç ã o sã o 
o p e r a d o s v isa n d o à p ro d u çã o d e c o q u e da m elh or q u alid ade para a sid eru rg ia e n ão m a is à o b te n ç ã o 
d e u m gran d e v o lu m e d e a lca trão d e boa q u a lid a d e , ou d e g á s . D e p o is d e term in ar a c o q u e if ic a ç ã o 
(c e r c a d e 17 h ). ab rem -se a s p ortas d as ex trem id a d es d as retortas e to d a a m a ssa d a ca rg a , a o ru b ro , é 
em p u rrad a para fora por um ê m b o lo d esen fo r n a d o r , o p era d o e le tr ic a m e n te ; a o p e r a ç ã o d ura m e n o s 
q u e um m in u to . O c o q u e ca i num v a g o n e te d e e x t in ç ã o , q u e r e c e b e a carga d e u m a s ó retorta .
O g á s p r o v e n ie n te da d e s tila ç ã o d estru tiva d o c a r v ã o , ju n ta m e n te c o m a s p a rtícu la s líq u id as 
a r r a sta d a s , p assa a sc e n d e n te m e n te por um a tu b u la çã o cu rva em lerro lu n d id o a té um can a l h or izo n ta l
7Lowry. op. a t .. Suppl. Vol.. Cap. II. pags. 461-493 (121 referências).
PRODUTOS CARBOQU ÍM ICOS 63
e n tra d a s d e a r
Fig . 5 .4 F o rn o d e c o q u e K o p p e rs -B e c k e r , co m c o m b in a ç ã o d e j a to in fe r io r a b a ix a p re s s ã o d ife re n c ia l e re c irc u - 
lação d o g á s d e re je i to . (Ko p p er s Co ., h w .)
em aço. que está ligado à série de todas as retortas. Este canal é conhecido como coletor principal, 
sendo, às vezes, denominado coletor hidráulico. Quando o gás deixa a retorta, é pulverizado com 
uma solução diluída de amónia. Assim, há uma condensação parcial do alcatrão e da amónia do gás, 
formando-se um líquido. Os líquidos avançam pelo coletor, junto com os gases, até um tanque de 
decantação, onde ocorre a separação de acordo com a densidade. Uma parte do licor amoniacal 
retorna por bombeamento aos coletores, para auxiliar a condensação; o restante vai para a retorta de 
amónia, onde se liberta o amoníaco para a combinação química posterior no saturador. Todo o alca­
trão é conduzido a tanques de armazenamento, para os destiladores de alcatrão ou para ser usado 
como combustível.8
A Fig. 5.3 pode ser dividida em diferentes etapas, cada qual representando o fluxo de material 
através dos diversos equipamentos, em que se realiza a operação física ou conversão química apro­
priadas. Desta forma, a Fig. 5.3 pode ser dividida nas seguintes seqüências:
O carvão é transportado, britado e peneirado (Op).
O carvão é enfornado numa retorta aquecida e vazia (Op).
O carvão é transformado quimicamente em coque e matérias voláteis numa pirólise (Cq).
O coque ao rubro é desenfornado, resfriado e transportado (Op).
Os produtos condensáveis da destilação são liquefeitos e coletados no coletor principal (Op).
O gás impurifícado é resfriado e o alcatrão é extraído (Op).
A amónia é removida do gás na forma de sulfato de amónia (Cq).
O gás é resfriado e sofre a remoção do benzol e do toluol por absorção em óleo leve (Op).
O sulfeto de hidrogênio é removido (Cq).
O gás purificado é medido e transferido aos consumidores (Op).
O alcatrão recolhido no coletor principal e no extrator de alcatrão, ou nos precipitadores eletros­
táticos. é separado do licor amoniacal e, juntamente com óleo leve, sujeito à série de operações 
representadas no fluxograma (Fig. 5.6).
Os fornosKoppers-Becker são os fornos de canal de calefação ascendente mais comumente 
usados nos Estados Unidos. O corte em elevação aparece na Fig. 5.4. Estes fornos são todos do tipo 
regenerativo e têm regeneradores individuais, em geral de um lado a outro, por debaixo do forno. Em 
cada meia hora há a reversão do fluxo de ar e de gás, de um lado para o outro. O gás queima para
"Lowry, op. d /., Suppl, Vol., págs. 462-471. discute outros tipos de fornos.
64 INDÚSTRIAS DE PROCESSOS QUlMICOS
F ig . 5 .5 D iag ra m a d e u m d e s t i la d o r d e a m ó n ia . O p e r a c o m u m d r e n o n u m a c o lu n a f ix a , c o m a b e r t u r a s u f ic ie n te 
p a r a im p e d ir a a c u m u la ç ã o d o l ic o r a m o n ia c a l n e s ta s e ç ã o . O d r e n o d a c o lu n a d e c a l f ic a f e c h a d o , e x c e t o q u a n d o 
h á n e c e s s id a d e d e l im p e z a .
cima. passa pela abóbada do forno, e desce pelo outro lado. saindo pelo regenerador situado na parte 
de baixo. Esta trajetória é de todo invertida periodicamente.
r e c u p e r a ç ã o d o s p r o d u t o s q u í m i c o s d o CARVÃO" A mistura gasosa que deixa o forno é feita de 
gases permanentes, que constituem o gás de coqueria usado como combustível, acompanhados por 
vapor de água, alcatrão e óleos leves, condensáveis, além de partículas sólidas de moinha de carvão, 
de hidrocarbonetos pesados e de compostos de carbono complexos. O gás passa do coletor primário 
(Fig. 5.3) para um condensador e resfriador primário, a uma temperatura próxima a 165°F (74°C). 
Daí, os gases são resfriados a água até 85°F (29°C). O gás passa, então, para um exaustor, que serve 
para comprimi-lo. Durante a compressão, sua temperatura sobe até 120°F (49°C). Finalmente, o gás 
passa para um extrator final de alcatrão, onde o alcatrão é extraído pela colisão de ja tos de gás com 
superfícies metálicas. Nas plantas mais modernas, o extrator de alcatrão pode estar substituído por 
precipitadores eletrostáticos. Ao sair do extrator de alcatrão, o gás ainda carreia três quartos da 
amónia e 95% do óleo leve que tinha originalmente ao sair do forno.
O gás é então conduzido a um saturador (Fig. 5.3), que contém uma solução de 5 a 10% de ácido 
sulfúrico,* 10 onde a amónia é absorvida com a formação do sulfato de amónio, sólido e cristalino. O 
saturador é um vaso fechado, revestido de chumbo, onde o gás entra através de um distribuidor 
serrilhado colocado abaixo da superfície da solução ácida. A concentração do ácido é mantida pela 
adição de ácido sulfúrico a 60° Béaumé e a temperatura se mantém a 140°F (60°C) por um calefator e 
pelo calor de reação. O sulfato de amónio cristalizado é removido do fundo do saturador por um 
injetor de ar comprimido, ou por uma bomba centrifuga, e esgotado numa mesa, de onde a solução
"Os detalhes da recuperação de muitas substâncias provenientes do carvão estão em Lowry, op. cii., Suppl. Vol., págs, 618-628, 
processam en to do alcatrão, págs. 629-674, o dos óleos leves; ECT, 2.a ed., vol. 2, pág. 299, 1963.
l0No início de uma carga, a concentração do ácido pode chegar a 25%. mas há o risco de formação do bissulfato de amónio quando 
a concentração do ácido excede 10 ou 11%.
PRODUTOS CARBOQUlMICOS 6 5
mão retorna ao saturador. O sal c seco numa centrifugadora e ensacado, usualmente em volum es com 
100 1b (45 kg) (Cap. 18).
O gas que deixa o saturador, a cerca de 140°F (60°C ), vai para arrefecedores ou condensadores, 
em que e lavado com agua até chegar à temperatura de 75°F (24°C). Durante este resfriam ento, há 
uma separação parcial do naftaleno. que é arrastado pelas águas de lavagem e depois recuperado. O 
gas passa, então, por um lavador de ó leo leve ou de ben zo l (F ig. 5.3), por onde circula, a cerca de 
75°F. uma fração pesada do petróleo, conhecida com o óleo straw ou o óleo de alcatrão. O ó leo de 
lavagem e pulverizado no topo da torre de absorção, enquanto o gás sobe pela torre. A maior parte 
dos lavadores usa recheio de espirais metálicas, embora anteriormente tenham sido usadas grades de 
madeira. O oleo de lavagem absorve até cerca de 2 a 3% do seu peso em óleo leve, com uma efic iên ­
cia de extração da ordem de 95% do vapor do óleo leve no gás.
O oleo de lavagem enriquecido, depois de ser aquecido em trocadores de calor pelos vapores do 
destilador de o leo leve e , então, pelo óleo quente desbenzolizado que flui do destilador, passa por 
uma coluna de extração, onde, fluindo para baixo, entra em contato direto com vapor v ivo . Os 
vapores do oleo leve e o vapor de água saem por cim a do destilador, através do trocador de calor 
mencionado previam ente, e chegam a um condensador e separador de água. O ó leo de lavagem 
extraído retorna pelo trocador de calor para os lavadores. O gás, depois da extração da am ónia e do 
oleo leve, sofre a extração do enxofre em câmaras purificadoras, que contêm óxido de ferro sobre 
aparas de madeira; ou. então, mediante uma solução de etanolamina (G irbotol) em torres lavadoras, o 
que e a melhor prática moderna. N os Caps. 6 e 7, descrevem os com pletam ente estas operações.
Fig. 5.6 Fluxograma da destilação contínua do alcatrão da hulha (sem desidratação do alcatrão). A retorta tubular 
é do tipo a calor radiante. A entrada do alcatrão bruto está embaixo, à direita. Este alcatrão é filtrado e bombeado 
através do trocador de calor, a refluxo, de vapor-alcatrão, pelo economizador e através do trocador de calor 
piche-alcatrão, chegando ao topo do terço inferior da coluna de destilação e saindo pelo fundo, para as bombas de 
circulação e a retorta tubular (onde o alcatrão bruto junta-se a 4 ou 5 volumes do piche de circulação), e por fim 
sai, para entrar diretamente quase no topo da coluna de destilação. Os vapores, arrastados pelo vapor de água e 
superaquecidos, passam pela parte superior de uma coluna de destilação a bandejas e entram na base de uma 
coluna de fracionamento com bandejas borbulhadoras, onde são separados em quatro frações: 1, 2, 3, 4, com uma 
residual, 5. que sai pela base da coluna. O piche, 6, cascateia pela coluna de destilação abaixo, através da seção de 
vapor superaquecido, para que seja alcançada a dureza desejada do piche e sejam extraídos dele os óleos voláteis 
de maior ponto de ebulição. Ele é, então, retirado na altura do meio da coluna de destilação e conduzido através 
do trocador de calpr a piche-alcatrão, até o armazenamento. Os produtos são:
Corrente 1: Óleo leve, ponto de ebulição até 170°C.
Corrente 2: Óleo carbólico, ponto de ebulição entre 170-205°C.
Corrente 3: Óleo naftalênico, ponto de ebulição entre 205 e 240°C.
Corrente 4: Óleo de creosoto ou de lavagem, ponto de ebulição entre 240 e 280°C.
Resíduo 5: Resíduo ou antraceno, ponto de ebulição entre 270 e 340°C.
Piche 6: Resíduos ou piche, ponto de ebulição entre 325 e 400°C.
Bombas movidas a vapor ficam de reserva para o caso de falha nas bombas movidas a motor. O princípio Wilton 
de recirculação do piche quente a 350°C, misturado com o alcatrão bruto a 120°C, eleva a temperatura da mistura 
piche-alcatrão, que deixa a retorta tubular apenas até o máximo de 350°C e evita o craqueamento térmico e a 
vaporização na retorta. (Chemical Engineering, Wiltons L td ., Londres. Os detalhes dò fluxograma estão em publi­
cações desta companhia.)
66 IN D Ú S T R IA S DE P R O CESSO S Q U ÍM IC O S
Quadro 5.3 Produção aproximada obtida por tonelada de carvão 
(depende do carvão c das cond ições do p rocesso )
A a lt a
t em p er a t u r a , kg
A b a ixa
t em p er a t u r a , kg
C o q u e s id e rú r g ic o 715,1
M o in h a d e c o q u e 4 6 ,5
720 ,2S e m ic o q u e (1 2 % d e v o lá te is )
A lc a t r ã o 3 9 .0 7 5 ,0
S u l f a to d e a m ó n io 8 ,9 9 ,0
Ó le o le v e ( re m o v id o d o g á s m e d ia n te la v a g e m 
a ó le o ; v e r o Q u a d r o 5 .4) 8 .9 8.1
G á s 175,0 125 ,0
F onte : Ind . Eng. C hem ., 48, 352 (1956). Ver também a Fig. 5.3. Observe que 1,8kg de sulfato de 
amónio técnico correspondem a 0,5 kg de amónia.
A U. S. Steel construiu uma nova coqueria em Clairton, Pennsylvania." que emprega um proce­
dimento mais moderno, fornece um gás puro na compressão, permite a recuperação do hidrogênio e 
evita a co-produção de sulfato de amónio. A chave do processo é uma solução reciclada de fosfato de 
amónio que absorve o NH ;J do gás de coqueria resfriado (comprimido?). Num ciclo típico de absor­
ção, a solução diluída de fosfato a 409? (a razão molar entre o NH 3 e o H;1PCT é menor que 1.5) 
absorve todo o NH3, exceto traços. A solução enriquecida de fosfato de amónio é reaquecida numa 
torre de destilação, onde o vapor de NH:i e uma solução diluída de fosfato separam-se. reiniciando-se 
o ciclo.
c a r b o n i z a ç ã o a b a i x a t e m p e r a t u r a 12 No século atual, foi grande o trabalho experimental sobre 
a carbonização do carvão mineral em temperaturas situadas entre 750 e 1.100°F (399 c 593°C), com o 
objetivo principal de obter o máximo rendimento em produtos líquidos e de produzir semicoques, 
com 8 a 20% de matéria volátil. Também neste caso, as características e os rendimentos dos vários 
produtos dependem do carvão, da temperatura e do tratamento. Os Quadros 5.3 e 5.5 mostram a 
diferença no teor de gás e no rendimento dos produtos entre as operações a alta e a baixa tempera ­
tura. A fábricá Disco, em McDonald, Pennsylvania, é a única dos Estados Unidos a adotar o pro ­
cesso de carbonização a baixa temperatura11 e tem uma capacidade diária de converter um carvão 
rico em voláteis em 800 toneladas de carvão Disco, um combustível doméstico. O alcatrão é vendido 
e refinado, produzindo óleos ácidos de alcatrão, ácidos de alcatrão, "c re o so to ''1* e piche combustí­
vel. O gás. depois de serem removidos os produtos líquidos, é usado como combustível. Neste pro ­
cesso, a temperatura máxima utilizada é de l.050°F (566°C). A carbonização a baixa temperatura, 
durante muitas décadas foi importante em diversos países da Europa, especialmente na Inglaterra: 
nunca foi, entretanto, popular nos Estados Unidos.
DESTILAÇÃO DO ALCATRÃO DO CARVÃO1
O alcatrão do carvão ou de hulha é uma mistura de muitos compostos químicos, na sua maioria 
arom áticos, e varia consideravelmente de constituição (Figs. 5.2, 5.6 e 5.9). E um co-produto da 
destilação destrutiva, ou pirolise. do carvão mineral. A maior parte do alcatrão, nos Estados Unidos, 
é produzida por companhias siderúrgicas, como um co-produto do coque siderúrgico. A qualidade e a 
quantidade do alcatrão obtido nesta operação são variáveis, dependendo da taxa de produção dos 
fornos e da natureza do carvão utilizado. A densidade relativa varia de 1.15 a 1,2 e a quantidade de 
alcatrão varia de 8 a 12 galões (30 a 80 litros) por tonelada de carvão. Na Fig. 5.9. aparece uma 
com posição típica de alcatrão leve. O produto residual da destilação (Fig. 5.6) do alcatrão de carvão e 
o piche, que constitui, usualmente, mais de 60% do alcatrão bruto. O objetivo da destilação é obter um 
produto final comerciável, com a separação dos produtos valiosos em frações uteis. Numa refinaria 
m oderna, com uma coluna de fracionamento (Figs. 5.6 e 5.8) para a destilação primária, estes produ­
tos podem ser fracionados muito nitidamente, em geral com um mínimo de superposição. O processo 
tam bém deve ser econômico do ponto de vista térmico, e a fornalha (Figs. 5.6 e 5.7) e projetada e 
construída de forma a tornar mínimos os reparos e o consumo de combustível. * 3 4
" C o o l G a in f o r A m m o n ia R e c o v e r y , C hem . W eek. 27 de fevereiro de 1965, pág. 39; Patente americana 3.024.090.
IJLow ry. op. c it.. Suppl. Vol., Cap. 10. págs. 395-460(138 referências).
l3Low ry, o p . c it ., Suppl. Vol., pág. 439. ,
l4Segundo a definição da American Wood Preservers Association; o creosoto, no entanto, é um destilado do alcatrão de coqueria 
com ponto de ebulição elevado.
'»Ver Bituminous Materials in Road Construction, págs. 2 6 e segs.; Dept, of Scientific and Industrial Research, HM SO, Londres.
PRODU TO S CARBOQU lM IC O S 6 7
F ig . 5 .7 R e to r ta s d e d e s t i la ç ã o d e s c o n t ín u a d e a lc a trã o , a q u e c id a s a q u e im a d e g á s o u d e ó le o n o g ra n d e c a n a l d e 
fo g o e n c u rv a d o , c om c e r c a d e 70 % d e e f ic iên c ia té rm ic a . T e m d o is a g i ta d o re s . (Re i l l y Ta r & Ch e m ica l Co .)
m é t o d o s d e d e s t i l a ç ã o Com o passar dos anos, têm sido realizadas muitas melhorias na destila ­
ção do alcatrão de hulha. E possível dividir estes melhoramentos em três grupos gerais:
1. O destilador de 3.000 a 10.000 galões (de 11,3 a 37,9 m3), que foi muito aperfeiçoado e usado 
para produtos terminais de tipo especial, como esmalte de tubos (Fig. 5.7).
2. O destilador contínuo, com uma única coluna de destilação, usando corrente laterais (Fig.
5.6).
3. A unidade contínua, usando colunas múltiplas com refervedores (Fig. 5.8).
p r o d u t o s d e d e s t i l a ç ã o A prática moderna, conforme o exemplo do destilador tubular e das 
colunas de fracionamento, está levando à obtenção de frações tão limpas que, muitas vezes, a purifi­
cação posterior é bastante pequena. Na Fig. 5.6, no entanto, e a seguir, são dadas as frações obtidas 
numa destilação contínua comum, que variam com o carvão e com as condições.
a. Os óleos leves compreendem usualmente a fração até 390°F (199°C). O tratamento inicial 
consiste num fracionamento grosseiro e agitação, a frio, com ácido sulfúrico concentrado, neutraliza­
ção com soda cáustica e redestilação. Fornecem benzeno, tolueno e homólogos (Quadro 5.4).
b. Os óleos m édios, ou óleos de creosoto, são a fração entre 390 e 480 ou 520°F (199 e 249 ou 
271°C) e contêm naftaleno, fenol e cresóis. O naftaleno cristaliza no resfriamento, é separado por 
centrifugação e purificado por sublimação. Depois de o naftaleno ter sido removido, o fenol e os 
outros “ ácidos do alcatrão” 16 são obtidos por extração com solução de soda cáustica a 10% e neu tra ­
lização pelo dióxido de carbono. Segue-se, então, a destilação fracionada.
c. Os óleos p esados constituem a fração entre 480 e 570°F (249 e 299°C), ou podem ser divididos 
entre o óleo médio e o óleo de antraceno.
d. O óleo de antraceno é usualmente a fração entre 520 ou 570°F (271 ou 299°C) até 660 ou 
750°F (349 a 399°C). E lavado com diversos solventes, para remover o fenantreno e o carbazol; o 
sólido residual é o antraceno.
usos d i v e r s o s d o a l c a t r ã o Em 1976. o uso do alcatrão como combustível atingia cerca de 15 a 
20% do consumo total de alcatrão por ano. O alcatrão também se usa em estradas e telhados. Com 
esta finalidade, o alcatrão é destilado até um ponto em que principia a decomposição térmica. Esta 
“ base de alcatrão” é então oleada com óleo de creosoto, para assegurar uma secagem rápida. Alca­
trões do mesmo tipo são usados para impregnar feltros e papéis de materiais à prova de água.
f r a c i o n a m e n t o e PURIFICAÇÃO d o s p r o d u t o s q u í m i c o s d o a l c a t r ã o O interesse nos aromáticos 
provenientes do alcatrão diminui um tanto (ver o Quadro 5.2, com os produtos), principal mente em 
virtude da atual competição provocada pelos aromáticos provenientes do petróleo (Cap. 38). Por 
outro lado, os processos sintéticos do acetaldeído e da amónia estão suprindo as demandas crescentes
'*A denominação “ ácidos do alcatrão” é usada pelos destiladores de alcatrão e refere-se ao fenol e seus homólogos, que são 
solúveis em soda cáustica.
6 8 IND ÚSTR IAS DE PROCESSOS Q U ÍM ICO S
F ig . 5 .8 C o lu n a d e d e s t ila ç ão f ra c io n a d a (co m 45 m d e a l tu ra ) , em C la ir to n , P e n n sy lv a n ia , p a ra p ro d u z ir b e n z e n o , 
to lu e n o e x ilen o d e a lta q u a lid a d e . ( U .S. St eel Co r p .)
Quadro 5.4 Composição típica do óleo leve proveniente do gás
Li t r o s p o r t on elad a 
de ca r vã oB e n z e n o 7 .72
T o lu e n o 1.87
X ile n o e n a f ta lev e 1 .26
P e rd a n a lav ag e m á c id a (a m a io r ia d e n á o sa tu ra d o s ) 0 .67
H id ro c a rb o n e to s p e s a d o s e n a f ta le n o 1 .00
Ó le o d e lav ag em 0 ,8 4
T o ta l d e ó le o lev e cru 13 .36
F ra ç ã o d e ó le o p u ro d e m o to r 10.43
F onte: Lowry, C hem istry o f Coal Utilization, vol. 2, pág. 940; no volume suplementar, 
págs. 633-642, há um quadro mais detalhado.
de piridina, que em certa época tinha no alcatrão o seu único fornecedor. O mesmo vale para o fenol 
(Cap. 34). Na Europa,17 que tem muito carvão e pouco petróleo, há um interesse persistente nos pro­
dutos químicos do alcatrão. O Quadro 5.6 lista algumas substâncias sólidas que poderiam ser obtidas 
do alcatrão. O produto com o maior potencial é o fen a n tren o (a segunda substância em abundância no 
alcatrão), de que Franck estima poderem ser recuperadas 250.000 toneladas no mundo ocidental, tão 
logo se encontrem aplicações lucrativas para ele. A estimativa baseia-se na recuperação total de 10
"F ranck , The Challenge in Coai Tar Chemicals. Ind . Eng. C hem . 55(5), 38 (1963). Descrevem-se muitas substâncias do alcatrão.
PRODUTOS CARBOQU ÍM ICOS 69
Quadro 5.5 Variação da composição do gás proveniente da carbonização 
a alta e a baixa temperatura
G á s
T e m p e r a t u r a d e 
c o q u e i j i c a ç â o , 5 0 0 ° C , %
T e m p e r a t u r a d e 
c o q u e i j i c a ç â o , I .O O iY 'C , %
co2 9 ,0 2 .5
Q .H * * 8 ,0 3,5
C O 5 .5 8 ,0
H 2 10,0 50 .0
C H 4 e h o m ó lo g o s 65 ,0 34 .0
n 2 2.5 2 .0
Quadro 5.6 Alguns constituintes importantes do alcatrão do carvão europeu
C o m p o s t o P e r c e n t a g e m C o m p o s t o P e r c e n t a g e m
N a f ta le n o 10 D ifen ila 0 ,4
F e n a n t r e n o 5 In do l 0 ,2
F lu o ra n te n o 3,3 F e n iln a f ta le n o 2 0.3
P ire n o 2,1 Iso q u in o lin a 0 .2
F lu o re n o 2 .0 Q u in a ld in a 0 ,2
C r is e n o 2 ,0 A c r id in a 0 .6
A n t r a c e n o 1,8 F e n a n tr id in a 0 .2
C a rb a z o l 1,5 B e n z o q u in o lin a 7 ,8 0 .2
M e t iln a f ta le n o 2 1.4 T ia n a f te n o 0 ,3
D ib e n z o fu ra n o 1,0 S u lfe to d e d ife n ile n o 0 .3
M e tiln a f ta le n o 1 1,0
F onte: Ind . Eng. C hem ., 55(5), 38 (1963).
milhões de toneladas de alcatrão bruto com um rendimento de 50%. O antraceno, ou melhor, a 
antraquinona (Cap. 39), é a base de muitos corantes a cuba, mas também é mais barato sintetizar este 
composto (Cap. 39) a partir do anidrido ftálico e do benzeno ou, preferivelmente, do clorobenzeno.
DO CARVÃO ÀS SUBSTÂNCIAS CARBOQUIMICAS
Esta seção trata do restante dos processos relacionados no Quadro 5.1, exceto dos que serão 
abordados em outros capítulos. Em todos os casos, encontram-se maiores detalhes nas referências, 
especialmente na obra monumental editada por Lowry, em três volumes.
A extração p o r so lventes foi tentada com carvões e linhitos em temperaturas abaixo e acima de 
300°C, com e sem hidrogenação leve. Embora se consigam diversas resinas e ceras, o processo tem 
uma aceitação comercial secundária.'8 São também escassos os resultados da investigação da hidró­
lise alcalina.™ A oxidação parcial leva ao gas de síntese (Cap. 7), de enorme importância. A Dow20 
investigou a oxidação cáustica (a oxigênio), obtendo ácidos aromáticos polifuncionais de massa mole­
cular elevada, que têm aplicação limitada em resinas termoestáveis e em películas solúveis em água. 
A recuperação do enxo fre21 do carvão ainda é pequena e variável; nos países que não dispõem de 
matérias-primas de enxofre como os Estados Unidos (H2S de gases e enxofre de domos salinos), 
recupera-se a pirita do carvão. Na Inglaterra e na Alemanha, a utilização desta fonte vai a 10.000 
toneladas anuais. A su(fonação22 tem sido empregada em escala limitada para fabricar material de 
troca iônica para o abrandamento da água.
h i d r o g e n ó l i s e (H IDROGENAÇÀO-PIRÓLISE) Não só nos Estados Unidos, mas também em outros 
países, realizam-se muitas investigações do desenvolvimento da hidrogenação direta e catalítica do 
carvão mineral.23 A maioria destas experiências constitui, na realidade, hidrogenólise ou hidrogena­
ção (metanação) dos produtos de pirólise do carvão. Destinam-se a produzir um gás de elevado poder 
calorífico, para competir com o gás natural (ver o Cap. 7), ou à obtenção de combustível, em países
18Lowry, op. cit., Suppl. Vol., pág. 1089.
'“Lowry, op. cit. Suppl. Vol., pág. 1090.
“ Montgomery, Coal Acids, Chem . Eng. N ew s, 28 de setembro de 1959, pág. 96; Perry, op. cit.; Burke, op. cit.
“ Burice. op. cit.; Institute for Gas Techonology, Clean Fuels from Coal, Symposium. 10-14 de setembro de 1973; Project Inde­
pendence: An Economic Evaluation, MIT Energy Laboratory Policy Study Group, 15 de março de 1973.
“ Broderick e Bogard, U .S . Bur. M ines R ep. Invest., 3559, 1951; Lowry, op. cit. Suppl. Vol., pág. 1091.
*3Farber, Pipeline Coke-Oven Charging. Chem . Eng. (N .Y .) , 80 (29), 36 (1973); Perry, op cit.
m é d io s baseados no alcatrão original. Os rendimentos modificam-se com as diferentes condições e os diferentes 
tipos de carvão . Um ou tro alcatrão, com a densidade relativa de 1.1 a 1.2, deu a análise: benzol e tolunol, 1.0%: 
ou tros óleos leves, 0,7%; fenol. 0.3%; cresóis. 0.3%; naftaleno. 4.3%; óleo de creosoto. 28.3%; antraceno.0.3% ; e 
piche, 64.8%. (R eilly Tar & C h em ica l C orp.)
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P R O D U TO S C A R B O Q U ÍM IG O S 71
pobres em petróleo. Os resultados levam ao gás desejado, mas a um custo elevado, com boa parte do 
carvão ficando na form a de carbono residual. O objetivo de obter com bustível para m otores sa tisfaz , 
em boa m edida, as dem andas de tempos de guerra. A linha de ataque atual sobre o eat vao. para 
assegurar a obtenção de ou tras substâncias, possivelm ente mais baratas, tende a adotai a hidrogena 
ção c a ta lítica e ou tros processos, agrupados no que se chama de “ refinação do earvao m ineral” , 
com binados com a separação em fase líquida, a coqueificação e o hidrocraqueam en to em presença do 
hidrogênio, sem visar à hidrogenação total do carbono, que não e econôm ica.2'
p e s q u i s a s o b r e o c a r v ã o O Office of Coal Research, criado para efetuar pesquisas sobre a mine ­
ração, a preparação e a u tilização do carvão, inclusive dos seus derivados, financia a industria em 
muitos esforços para qualificar o carvão e as substâncias que dele se obtêm .
As perspectivas do carvão como matéria-prima básica, em lugar do petroleo, aum entaram muito 
com a crise de energia de 1973-1974, com o aum en to da demanda de combustível nos Kstados Unidos 
e com a quadruplicação do preço do pe tróleo.25 Parece apenas ser questão de tempo ate que o carvão 
mineral substitua um a parte significativa do petróleo como matéria-prima basiea, nos Kstados Uni­
dos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SELECIONADAS
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Francis, W.: Coal: Its Formation and Composition. 2d ed., E. Arnold, London, 1961.
Given. P. H. (ed.): Coal Science, ACS. 1966.
Goldman, G. K.: Liquid Fuels from Coal, Noyes, 1972.
Gould, R. F. (ed.): Literature of Chemical Technology, chap. 24, Coal Carbonization, ACS Monograph, 1967.
Hoiburg, A. J. (ed.): Coal Tars and Pitches, Wiley, 1967.
Lowry, H. H. (ed.): Chemistry of Coal Utilization, Suppl. Vol., Wiley, 1963.
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Review of Coal Tar Technology, Coal Tar Research Association: Gomersal Leeds, England (semiannual review).
U.S. Bureau ofMines: Various publications on coal and coal hydrogenation. (Current lists available on request.)
Durante a década de 50, houve uma modificação profunda e ampla nas indústrias de gases com­
bustíveis, envolvendo o domínio destes grandes mercados pelo gás natural. Esta transformação se 
tornou econômica pela instalação de gasodutos em escala nacional, que colocaram os grandes campos 
produtores de gás ao alcance da maioria das casas e fábricas dos Estados Unidos. As demandas de 
pico, no inverno, são atendidas pelo uso do gás natural armazenado em poços exauridos das vizi­
nhanças, ou pelo gás natural liquefeito (GNL), ou pelo gás liquefeito de petróleo (GLP), ou pelo gás 
de carvão. O GLP também atende às necessidades nas áreas que os gasodutos não podem atingir. A 
comodidade, a limpeza e o preço razoável do gás natural constituíram um achado para os americanos. 
Esta modificação restringiu, pela concorrência, o gás de coqueria às áreas em que se fabrica o coque 
de carvão para a siderurgia e as indústrias de fundição (Cap. 5). A competição restringiu o uso do gás 
de água apenas ao atendimento de demandas de pico ou para o gás de síntese (Cap. 7). O gás de 
gerador e o gás de retorta de carvão quase que desapareceram nos Estados Unidos.
A necessidade de um gás de processamento de carvão, para cobrir máximos de demanda, foi 
eliminada com a aceitação, no final da década de 60, do GNL como forma segura de armazenamento 
do gás natural nas regiões em que não é possível o armazenamento subterrâneo. Continua-se a usar 
um sistema de propano-ar durante os períodos de grande consumo, apenas quando são necessários 
volumes relativamente pequenos de gás adicional. Os Quadros 6.1 e 6.2 resumem a composição e os 
poderes caloríficos dos gases combustíveis. A escolha de um deles, em qualquer caso, envolve a 
composição, o poder calorífico e o custo de produção e de distribuição do gás. O poder calorífico de 
um gás é o somatório dos calores de combustão dos seus constituintes e pode ser calculado com 
muita exatidão a partir destes valores. O Quadro 6.3 relaciona os calores de combustão dos consti­
tuintes puros e explica a variação dos poderes caloríficos dos gases que aparecem no Quadro 6.1.
h i s t ó r i a O primeiro registro do uso do gás combustível foi feito pelos chineses, por volta do ano 
900, narrando como o gás foi canalizado, mediante tubos de bambu, e usado para iluminação. A 
primeira produção de gás do carvão ocorreu por volta de 1665, na Inglaterra, e sua primeira utilização 
visou à iluminação, em 1792. Nos Estados Unidos, fizeram-se esforços análogos em 1796, na Filadél­
fia. Não se passou muito tempo e as companhias de gás começaram a ser organizadas e a fabricação 
se ergueu em bases comerciais. A descoberta do gás de água (antigamente chamado gás azul, pela 
coloração da chama), em 1780, e a descoberta do gás de gerador (gás de gasogênio) foram etapas 
essenciais no desenvolvimento desta indústria. A enorme exploração dos campos produtores de gás 
natural deu o impulso final à indústria do gás, como a conhecemos modernamente.
A exploração dos campos, entretanto, levou a certas carências localizadas, que começaram a se 
manifestar em 1968. Nesse ano, e nos anos seguintes, o volume de gás natural produzido pelos poços 
foi maior que os novos volumes de gás descobertos. Em virtude desta redução nas reservas conheci-
Quadro 6.1 Composição percentual e poder caloríficos de diversos gases combustíveis*
G á s c o m b u s t ív e l
G á s
n a tu ra l
( re g iã o
c e n tra l)
G á s
n a tu r a l
(P e n s ilv â n ia )
G á s d e 
c o q u e r ia
G á s d e 
á g u a
G á s d e 
s ín te s e
G á s d e 
g e r a d o r 
b e tu m in o s o
Monóxido de carbono 6,3 42,8 33,4 27,0
Dióxido de carbono 0,8 1,8 3,0 3.9 4,5
Hidrogênio 53,0 49,9 34,6 14.0
Nitrogênio 3,2 1,1 3,4 3,3 7,9 50,9
Oxigênio 0,2 0,5 0,9 0,6
Metano 96,0 67,6 31,6 0,5 10.4 3,0
Etano 31,3
Iluminantes . • . 3,7 8,9
Poder calorífico superior, kcal/m3 8.605 10.963 5.232 2.741 4.770 1.335
* Encontram-se extensas tabelas no Perry - 9.15, 9.16, 9.18 e 9.19 - onde estão tabeladas mais propriedades.
GASES COM BU S T ÍV E IS 7 3
das de gas natural, aumentou a busca do gás, não só no continente, mas também na plataforma 
continental submersa. Encontrou-se gas no Alasca, mas possivelmente não será antes de 1980 que se 
teia completado o gasoduto para transportá-lo aos 48 estados meridionais. Exporta-se e importa-se 
UNE nos Estados Unidos, em navios especiais, através de distâncias maiores que 7.400 km. As 
exportações — contratadas antes do início da escassez — não serão aumentadas, mas as importações 
aumentarão consideravelmente. Existem em operação algumas usinas de gaseificação de produtos de 
petroleo, mas, em virtude da escassez de óleo e do seu preço elevado, são em número limitado. Estão 
em planejamento diversas usinas de gaseificação do carvão mineral. Estas usinas (óleo e carvão) 
produzirão gas de gasoduto com poder calorífico de 1.000 B.t.u./ft3 (8.900 kcal/m3).
Estão sendo também planejados novos processos para a produção de gás puro a partir do carvão, 
com cerca de 150 B .t.u/ft3 (1.330 kcal/m3), para ser usado em usinas termelétricas com ciclo combi­
nado. Nestas usinas, usam-se turbinas a gás e a vapor de água. Também se investigam métodos para 
gaseificar xisto oleifero, lixo de eidades, resíduos de esgotos, restos de madeira e material cultivado 
com este objetivo específico, como árvores e algas. Os Estados Unidos estão no início da utilização 
do gas fabricado para suplementar suas reservas, ainda muito grandes, de gás natural. Os novos 
processos de gaseificação1 que estão sendo investigados transformarão em gás maior parcela do mate ­
rial orgânico do carvão mineral do que os processos antigos.
GAS NATURAL
O gás natural (Quadro 6.2) e não apenas o gás combustível predominante, mas também uma 
matcria-prim a quím ica para diversas sínteses. Apresentaremos estes compostos no Cap. 38, sobre 
compostos petroquímicos, e em outras oportunidades (Caps. 7, 8, 18), pois o gás natural se tornou 
fundamentalmente importante. Por exemplo, em 1972, os processos químicos e as indústrias correla ­
tas usaram 845,6 trilhões de B.t.u. (891.1015J), e as indústrias de negro de fumo e de iluminação 
consumiram 59.2 trilhões de B.t.u. (62.I0I5J) em equivalentes de gás natural (com poder calorífico 
aproximado de 1.000 B.t.u./ft3, ou seja, 8.900 kcal/m3). A maioria dos companhias químicas estabele ­
ceu usinas no Texas ou na Louisiana, nas proximidades dos campos de gás, ou nos próprios campos, 
para suprir as fábricas com o gás natural mais barato possível.
Quadro 6.2 Gás natural distribuído em diversas cidades dos Estados Unidos 
(percen tagem volum ar dos com ponen tes do gas)
Cidade Metano Et a no Propano But a no Pentanos C 0 2 n 2 kcal/m3* *
Birmingham, Ala. 93,14 2,50 0,67 0,32 0,12 1,06 2.14 9.113
Columbus, Ohio 93.54 3,58 0.66 0,22 0,06 0,85 1.11 9.148
Dallas, Tex. 86.30 7,25 2,78 0,48 0.07 0,63 2,47 9.727
Denver, Colo. 81,11 6.01 2,10 0.57 0,17 0,42 9,19 8.997
New Orleans. La. 93,75 3,16 1,36 0,65 0,66 0,42 0,00 9.540
San Francisco, Calif. 88,69' 7,01 1,93 0,28 0,03 0,62 1,43 9.664
Fonte: G as E ng ineers’ H andbook, American Gas Association, 1962.
* 0 poder calorífico superior refere-se ao gás a 760 mmHg e 15.6°C, seco. Para converter a um a base saturada, dimi­
nuir 1,73%, isto é, 17.3 de 1.000, 19 de 1.100. Os hexanos e hidrocarbonetos superiores foram analisados de 0,00 até 
0,05. Ver também Perry, Quadro 9.15.
e m p r e g o s E e c o n o m i a As reservas seguras recuperáveis2 de gás natural foram estimadas num 
máximo em 1967, quando atingiram a 293 trilhões de pés cúbicos (8,30.1012/m3). No final de 1972, as 
reservas tinham caído para 266 trilhões de pés cúbicos (7,53.1012/m3), incluindo-se o gás do Alasca. A 
quantidade de gás produzido em 1967 foi de 18,4 trilhões de ft3 (0,521.1012/m3) e, em 1972, foi de 22,5 
trilhões de ft3 (0,637.1012/m3), o que demonstra um aumento no consumo. No finalde 1972, o supri­
mento p o ten c ia l de gás natural, nos Estados Unidos, era de 1.146 trilhões de ft3 (32,45.1012/m3), o que 
justifica um aumento nos esforços de exploração. Entretanto, boa parte da reserva potencial3 está em 
áreas de exploração cara, como no Alaska, em profundidades de perfuração de 30.000 ft (9,14 km), 
sob lençol de água de 1.500 ft (460 m). Dos 17.109 trilhões de B .t.u. (5,011.10l2kWh) vendidos aos 
consumidores em 1972, o consumo residencial foi de 5.148 trilhões de B .t.u. (l,508.1012kWh), as 
vendas comerciais foram de 2.280 trilhões de B.t.u. (0,668.10,2kWh) e o consumo industrial chegou a
'Perry, The Gasification of Coal, S c i. A m ., março de 1974. pâgs. 19-25.
*1972 G as F acts, American Gas Association.
3Oil G as J ., 31 de dezembro de 1973, pâg. 72.
74 IN D Ú S TR IA S DE PRO CESSO S Q U ÍM IC O S
8.797 trilhões de B.t.u. (2,576.10,2kWh). O preço médio para o consumidor residencial foi de 4,06 
mill*/kWh; para o consumidor comercial foi de 3,11 mill/kWh e para o industrial foi de 1,54 mill/kWh.
O preço médio do gás natural na boca do poço era, em 1972, de 7 mill/m3. O custo do gás, em 
alguns poços recém-descobertos, entretanto, chega a 18 mill/m3 e até a mais. O preço do gás suple­
mentar, do petróleo e do carvão estará, possivelmente, na faixa de 35 mill/m3 a 106 mill/m3. Em 1985, 
a produção doméstica dos poços de gás será suficiente, segundo se espera, para cobrir todas as 
necessidades internas, conforme está no Quadro 6.4. O preço do gás, todavia, será mais elevado.
Diversos subprodutos do gás natural bruto têm significado industrial — o metano, o etano, o 
propano, o butano, o GLP e a gasolina natural. Quanto ao hélio, consultar o Cap. 7. Estas substân­
cias são, na sua maioria, separadas do gás natural como líquidos, mediante absorção em óleo, seguida 
pelo fracionamento sob pressão; em algumas fábricas, usam-se compressão e adsorção. Estes produtos 
são vendidos em bombonas de aço, em carros e caminhões-tanque, em navios especiais, em todo os 
Estados Unidos. A separação e o emprego da gasolina natural serão apreciados ao se tratar da refina­
ção do petróleo, no Cap. 37.
d i s t r i b u i ç ã o Depois da purificação necessária, que descreveremos adiante, o gás natural é 
comprimido a 1.000 psig (68 atm manométricas) e enviado através dos gasodutos, que formam uma 
rede nacional. Em distâncias que se repetem periodicamente, o gás é recomprimido por diversos 
equipamentos, frequentemente por turbinas ou por motores a gás. Nas vizinhanças do ponto de con­
sumo, a pressão de distribuição é reduzida para valores tão baixos quanto alguns centímetros de água, 
no bocal de consumo. Este gás natural é empregado como combustível ou como matéria-prima em 
diversas cidades dos Estados Unidos, algumas delas a 3.700 km ou mais de distância dos poços 
produtores. O sistema de distribuição de gás natural nos Estados Unidos envolve, na atualidade, 
1.776.000 km de gasodutos de transmissão e de distribuição. O transporte do GNL para mercados 
distantes, ou não atingidos pelos gasodutos, é feito por navios ou carros-tanque. O total da indústria 
americana de gás natural tem um investimento de US$59 bilhões, muito do qual investido nos gasodu­
tos.
d e m a n d a s d e p i c o 4 Não é raro que a carga de uma companhia de gás natural, no inverno, seja 
diversas vezes maior que a carga de verão, o que provoca a conveniência de se estocar o gás nas 
proximidades de áreas densamente habitadas, para uso durante os picos de demanda. O melhor pro ­
cedimento, adotado com largueza, é armazenar o gás natural nos reservatórios de gás ou de petróleo 
já exauridos, em pressões iguais às existentes à época da primeira perfuração do campo (até 270 atm 
manométricas), ou em lençóis artesianos, onde a água deslocada atua como um selo hidráulico. O gás 
é retirado à medida das necessidades. O gás natural também se liquefaz, a -260°F (-162,2°C ), com 
uma redução de volume de 600 para 1; é, então, armazenado em vasos de aço, com parede dupla, 
isolados e assentados no solo. Durante os períodos de demanda elevada, é vaporizado e distribuído. 
Até um certo ponto, é possível vaporizar o propano que estiver armazenado, misturá-lo com o ar, e 
juntar a mistura ao gás natural, com o que se tem outro processo para cobrir os picos de consumo. Ao 
fazer a mistura dos gases, as propriedades de combustão da composição final não podem deixar de 
ser consideradas.
Quadro 6.3 Calores de combustão
Substância
kcal por m3 a 
I5,5°C e 1 atm kcal por kg
PCS PCI PCS PCI
Hidrogênio 2.892 2.447 33.947 28.681
Monóxido de carbono 2.857 2.866 2.415 2.415
Metano 9.015 8.125 13.267 11.957
Etano 15.894 14.604 12.392 11.352
Propano 23.067 21.225 12.035 11.081
Butano 29.990 27.703 11.839 10.906
Carvão mineral 7.830 7.830
N ota : O poder calorífico inferior (PCI) é o calor de combustão com o vapor de 
água não condensado. Quando os produtos são resfriados até a temperatura inicial 
e a água é condensada, seu calor latente de vaporização é libertado e se obtém o poder 
calorífico superior (PCS), mais elevado. Ver Perry, Tabelas 9.15 e 9.18. Nem todas as 
tabelas concordam entre si.
*N. do T.: 1 mill = US$0,001.
4Peak Shaving Report, Pipeline G as J ., dezembro de 1973, págs. 25-30.
GASES C O M B U S T ÍV E IS 7 5
Quadro 6.4 Possíveis fon tes de suprimento 
de gás em 1985
Fonte Bilhões em m 3/dia
Produção interna 1,70
Importações do Canadá 0,16
Importações de GNL 0,18
Gaseificação de carvão 0,10
Gaseificação de óleo 0,09
Suprimento total de gás 2,23
F onte: O utlook fo r E nergy in the U n ited S ta te s to 1985; 
Chase Manhattan Bank, Energy Economics Division, junho 
de 1972. pag. 43.
p u r i f i c a ç ã o d o g a s n a t u r a l 5 Além do propano e do butano, de valor industrial, o gás natural 
bruto contem componentes indesejáveis, água e sulfeto de hidrogênio, que devem ser removidos 
antes de o gás ser injetado nas linhas de transmissão. São usados quatro métodos importantes para a 
desidratação do gás: compressão, tratamento com substâncias secativas, adsorção e refrigeração. 
Uma unidade para a remoção de água por com pressão consiste num compressor do gás, seguido por 
um sistema de arrefecimento, para remover o vapor de água mediante a condensação. O tratamento 
do gás com substâncias seca tivas tem uso generalizado nos Estados Unidos. Os agentes empregados 
com esta finalidade são a alumina e a bauxita ativadas, a sílica gel, o ácido sulfúrico, a glicerina, o 
dietileno glicol* * e soluções concentradas de cloreto de cálcio ou de tiocianato de sódio. As plantas 
deste tipo de processo têm. usualmente, uma torre recheada para tratamento do gás pelo reagente, em 
contracorrente. e um regenerador para o agente de desidratação. O gás também pode ser desidratado 
mediante a passagem sobre serpentinas refrigeradas. Este método, em geral, é mais caro que os 
outros, mas os custos da refrigeração podem ser reduzidos, quando se dispõe de vapor de descarga 
para operar o ciclo de refrigeração. Quando não se remove a água presente na maioria dos gases 
combustíveis, ocorrem taxas de corrosão muito elevadas nas linhas de transmissão, e podem aparecer 
dificuldades provenientes da formação de hidratos, com o entupimento das linhas. Outras dificulda­
des podem surgir com o congelamento da água, no inverno, em válvulas e reguladores.
Quadro 6.5 Processos de remoção de enxofre presente em gases (nos E stados U nidos, a p en a s o 
p rocesso Girbotol, ou da etanolam ina, é am p lam en te usado)*
Processo ou reagente Reação Regeneração
Girbotol* 2RNH2 + H2S ^ (R N H 3)2S Extração por vapor
Fosfato (Shell) K3P04 + H2S ^ KHS + K2HP04 Extração por vapor
Oxido de ferro Fe20 3.xH20 + 3H2S Fe2S3 + (x + 3)H20 
2Fe2S3 + 302 + x H20 — 2Fe20 3.xH20 + 6S
Oxidação pelo ar
Thyloxt NaiAs2S50 2 + H2S —* Na^As^eO + H20 Oxidação pelo ar
Seaboardt Na2C03 + H2S - NaHC03 + NaHS Sopragem ao ar
Soda cáustica 2NaOH + H2S — Na2S + 2H20 Nào se regenera
Cal Ca(OH)2 + H2S — CaS + 2H20 Não se regeneraAlkazid RCHNH2COONa + H2S ^ RCHNH2COOH + NaHS Extração por vapor
*Mono, di ou trietanolamina.
+Dados de operaçáo: ECT. 2.a ed.. vol. 7. págs. 83 e seg.. 100 e seg., 1965; CPI 2, págs. 109-112; Lowry, The C hem istry o f 
Coai U tilization. Suppl. Vol., págs. 1017-1022, Wiley, 1963.
As normas estatais exigem a rem oção do H2S e de outros sulfetos presentes no gás, não apenas 
em virtude do problema da corrosão, mas também em consequência dos inconvenientes causados 
pelos óxidos de enxofre formados durante a combustão. Por outro lado, os compostos de enxofre, 
particularmente o H2S e o enxofre, têm valor comercial e são empregados como fontes de enxofre ou 
de S 0 2 para as fábricas de ácido sulfúrico. No gás natural, o teor de H2S presente pode ir de 0 até 100 
gr/100 ft3 (0 a 2,30 g/m3), podendo ser muito maior no gás de certos campos. O gás de refinaria,
sWolke e Webber. Natural Gas Processing Developments. A IC h E P etrochem . P et. R efîner, 57(34), 50 (1961) (excelente).
*Polderman, Glycols as Hydrate Point Depressants in Natural Gas Systems, University of Oklahoma and Union Carbide Chemi­
cal Co.. 1958.
7 6 IN D Ú S TR IA S DE PR O CESSO S Q U ÍM IC O S
Fig. 6.1 Purificação de gás pelo processo Girbotol. com absorçao por amina alifatica.
proveniente de óleos sulfurados, pode ter também grande proporção de enxofre. O Quadro 6.5 re­
sume os diversos processos que são empregados industrialmente para remover o H2S dos gases. Na 
maior parte dos casos modernos, o processo G irbotol (Girdler Corp.) é adotado, embora alguns dos 
outros que aparecem na listagem7 * ainda sejam econômicos em outros países. Na Hg. 6.1 está o 
fluxograma deste procedimento.n Ver também a Fig. 19.2. O processo mais antigo, da trietanolamina, 
foi o primeiro a ser adotado, mas, na atualidade, foi amplamente superado. A monoetanolamina tem 
maior capacidade de absorção do gás ácido, por volume unitário de solução, que a dietanolamina, 
além de os investimentos iniciais na fábrica e os custos operacionais serem mais baixos, lí bastante 
difícil, entretanto, fazer afirmações gerais sobre a escolha das aminas para a purificação do gás. Para 
remover o H2S de gases de refinaria, emprega-se comumente a dietanolamina, em solução aquosa a 
10 ou 20%. Na dessulfurização do gás natural, usa-se normalmente solução aquosa, a 10 ou 30%, de 
monoetanolamina. As etanolaminas têm seletividades diferentes na absorção de H2S e de C 0 2; é esta 
propriedade, juntamente com os compostos de enxofre e de oxigênio presentes no gás, que determina 
a escolha entre a monoetanolamina e a dietanolamina. Por exemplo, ao tratar o gás de refinaria, 
escolhe-se a dietanolamina. quando o sulfeto de carbonila está presente, pois esta amina não reage 
com esta impureza com a facilidade da monoetanolamina. para formar compostos não regeneráveis. 
Quando se quer efetuar simultaneamente a desidratação e a dessulfurização, o gás natural pode ser 
lavado com uma solução constituída pela amina, água e dietilenoglicol. As composições desta solução 
variam entre 10 e 36% de monoetanolamina. 45 a 85% de dietilenoglicol, e o restante em água. A 
reação geral das aminas com o H2S, que é reversível pelo aquecimento, pode ser expressa como
2RNH2 + H2S ±^(RNH3)2S
A unidade é constituída por uma torre de absorção, seguida por uma torre de extração e diversas 
bombas, condensadores e trocadores de calor. O líquido da extração sai do absorvedor e passa por 
trocadores de calor, chegando ao extrator, onde encontra vapor de água ascendente e é aquecido até 
250°F (121.1 °C); assim, são removidos o H2S e outros gases em solução.
O gás natural com teor elevado de nitrogênio pode ser refinado mediante um processo criogê- 
nico,9 em que o gás seco entra a 2.000 psig (136 atm manométricas), é resfriado a -200°F (-129°C ) e 
expandido até 500 psig (34 atm manométricas). O nitrogênio gasoso é separado do G N L numa co ­
luna. O gás natural é então vaporizado, e ele, assim como o nitrogênio separado, passa em trocadores 
de calor para arrefecer o gás entrante.
GAS DE COQUERIA
O gás de coqueria10 só é produzido, na atualidade, como um co-produto. No Gap. 5, discutimos 
os processos para a destilação do carvão. Nas passagens seguintes, apenas esquematizamos o trata ­
mento do gás proveniente dos fornos de coque a recuperação química. Os co-produtos do coletor 
principal passam para um condensador primário e um extrator de alcatrão, com chicanas, conforme
7Ver C P I 2 e E C T, 2.a ed., vol. 7, págs. 833 e seg., 1965, para detalhes sobre os processos do óxido de ferro, Thylox e outros.
«Reed. Improved Design, Operating Techniques for Girbotol Absorption Processes, P et. P ro cess ., 2(12), 907 (1947); Updegraff e
Reed, Twenty-Five Years o f Progress in Gas Purification, P et. E ng. (Los Angeles), setem bro de 1954; Hydrogen Sulfide. Girdler 
C orp., Louisville, Ky. (folheto); Reed e Updegraff, Removal of H2S from Industrial Gases, In J . E ng. C h em ., 42,2269 (1950) (34 
referências); Cronan, Natural Gas Processing Plant, C hem . E ng. (N . Y.), 66(8). 148 (1959) (inclui quantidades de m atérias-primas 
e de produtos); Brennan, Amine Treatm ent of Sour Gas, C hem . E ng. (N . Y.) 69(22), 94 (1962) (no Person Field, Texas). 
“Jam eson e Mann, Nitrogen Removal: Its Costs and Profits, P et. R e fin e r , abril de 1961, pág. 121.
l0O gás de re torta de carvão ainda se faz e se usa na Europa, mas não nos Estados Unidos.
GASES COM BU S T ÍV E IS 7 7
está na Fig. 5.3, onde o gás de coqueria11 é separado do licor amoniacal e do alcatrão do carvão. O 
gás tem o amoníaco removido na forma de sulfato de amónio, pelo borbulhamento através de ácido 
sulfiírico. Os produtos do alcatrão, como o benzeno, o tolueno e parte do naftaleno, são lavados por 
óleo leve (óleo straw ) numa torre recheada ou num lavador. O gás de coqueria é usado amplamente 
como gás combustível em muitas operações siderúrgicas, nas siderurgias, com que quase todas as 
fábricas americanas de coque estão associadas. Parte do gás pode ser usada para o aquecimento das 
retortas de coque. Em alguns lugares, o gás de coqueria purificado é vendido a uma companhia 
distribuidora, para uso na localidade.
GAS DE AGUA
O gás de água é às vezes chamado gás azul, em virtude da cor da chama da sua combustão. O 
gás de água teve o mesmo destino que o gás de carvão, exceto que é usado (ou melhor, sua reação é 
usada) como primeira etapa na fabricação do gás de sín tese (Cap. 7), com a substituição do carvão — 
geralmente usado nos gases para consumo urbano (gás de cidade) — por um hidrocarboneto do petró ­
leo (Fig. 7.5). A produção do gás de água é realizada pela reação12 do vapor de água sobre o coque ou 
o carvão incandescente, em temperaturas de aproximadamente 1.000°C (1.832°F) ou mais, em cir­
cunstâncias favoráveis à velocidade e ao equilíbrio, de acordo com a equação principal:
C (amorfo) + H2CVg) —*• CO(g) + Hf g ) áN,_00ov = + 13.570 kcal
Também ocorre outra reação, aparentemente a uma temperatura algumas centenas de graus mais 
abaixo:
C (amorfo) -I- 2H2CX g ) —*• C O j g ) + 2Hd g ) ^ f h . m r e = + 9.920 kcal
Estas reações são endotérmicas e, por isso, tendem a resfriar um tanto rapidamente o leito de coque, 
o que exige períodos alternados de “ reação” e de “ combustão” . Durante o período de reação, ocor­
rem as reações anteriores e produz-se o gás de água. Durante o período de combustão, introduz-se ar 
e ocorre a combustão, o que reaquece o coque até a incandescência, conseguindo-se o calor necessá ­
rio para as reações endotérmicas de produção do gás e para compensar as diversas perdas térmicas do 
sistema. As reações são:
C (amorfo) + O jg) -*• CO jg) AHumtT = ~ 43.830 kcal
C O fg ) + C (amorfo) —► 2 C O (g ) tsHxsm*c ~ + 17.200 kcal
A manufatura do gás de sín tese, a partir de combustíveis sólidos carbonáceos, tratados simulta­
neamente com água e oxigênio, é possível em virtude da redução do preço da tonelada de oxigênio.13 
O gás de síntese é usualmente identificadocom os combustíveis sintéticos ou com a síntese de outros 
produtos, como álcoois e compostos oxigenados. Uma mistura de CO e H2 também é usada para 
produzir hidrogênio destinado à fabricação de amónia (Cap. 18) e em outras hidrogenações.
Para aumentar o poder calorífico do gás de síntese, atomiza-se óleo no gás quente. A usina que 
produz este gás enriquecido (ou carburado) tem, além do gasogênio usual, um carburador e um supe- 
raquecedor, conforme mostra a Fig. 6.2. Os dois reatores são vasos com paredes de aço, revestidas 
por tijolos refratários, com um empilhamento cerâmico, para que seja grande a área de transferência 
de calor. Os gases da combustão, formados durante o período de combustão, servem para aquecer as 
abóbadas, as paredes laterais e o empilhamento cerâmico. Depois, durante a reação, nebuliza-se óleo 
no carburador, o que provoca o craqueamento ou a pirólise, e os produtos são carreados com o gás de 
água. Na maioria dos casos, é preciso ter retentores de alcatrão para remover do gás água o alcatrão 
pesado que se forma durante a vaporização do óleo. Na Fig. 6.2 e no Quadro 6.6, está detalhada uma 
instalação para produzir gás de 520 a 540 B .t.u./ft3 (4.630 a 4.810 kcal/m3), usando de 23 a 25 lb (10,4 a
11,3 kg) de carvão e de 2,7 a 3,1 galões (10,2 a 11,7 litros) de óleo pesado por 1.000 ft3 (28,3 m3). Este 
processo é uma resposta à demanda de gás artificial para consumo de pico, no qual o uso de carvão 
betuminoso e de óleos pesados é eficiente. O carburador não tem, internamente, o empilhamento 
cerâmico, mas dispõe apenas de estrangulamento no revestimento de tijolos; com isto se evita a
"Em Lowry, The Chemistry of Coal Utilization, Suppl. Vol., pág. 892, Wiley, 1963, estão dados os resultados operacionais com o 
gás de carvão.
"Parker, A Thermal Study of the Process of Manufacture of Water Gas, J. Soc . C hem . In d ., L ondon , 46, 721 (1927); Scott 
Mechanism of the Stream Reaction, Ind . E ng. C hem ., 33, 1279 (1941); sobre resultados de velocidades e equilíbrio, consultar 
Lowry, op. c it., vol. 1, págs. 1673-1749, e Suppl. Vol., págs. 892 e seg.
"Powell, Symposium on Production of Synthesis Gas, Ind . E ng. C hem ., 40, 558 (1948); Martin. Synthesis Gas from Coal, C hem . 
Ind. <N. Y.). 66, 365 (1950); ECT, 2.“ ed„ vol. 8, págs. 778 e seg.. I l l e seg., 1965.
Combustível-
V á lv u la d e três vias 
^ ^ S a í c
U n id ad e de 
purga do 
ó teo-vapor 
Nebuhzador 
do ó leo 
Suspiro d e - 
vapor
Moega de 
cmzas
A lçap ão do 
c inzeiro
Fig. 6 .2 M áquina de carbu rar gás de água a fluxo au tom ático reversível. ( S e m e t - S o lv a y E n g in e e r in g D iv .)
d if ic u ld a d e qu e apa rece ao se u s a re m ó le os pesados , que fo rm a m c o q u e c a p a z d e e n c h e r e e n tu p ir os 
c a n a is d a o b ra de a lv e n a r ia e re d u z ir a tra n s fe rê n c ia de c a lo r . A p la n ta d a F ig . 6 .2 é d e n o m in a d a um a 
m á q u in a de gás de água a f lu x o re v e rs ív e l, em v ir tu d e de se p o d e r in v e r te r o s e n t id o u s u a l d o f lu x o do 
gás a tra v é s d o c a rb u ra d o r e d o s u p e ra q u e c e d o r m e d ia n te c e r ta e le v a ç ã o d a te m p e ra tu ra d o p r im e iro e 
a m u d a n ç a do s ca n a is de fu m o . C o m is to se m e lh o ra a p iró lis e d o ó le o c a rb u ra n te , q u a n d o e le é 
n e b u liz a d o em c o n tra c o r re n te c o m o gás q u e n te , e p o s s ib il i ta -s e o u s o d e ó le o s m a is p e s a d o s ; 
co n s e g u e -s e ta m b é m u m m e lh o r b a la n ç o té rm ic o e d im in u e m -s e os re p a ro s p ro v o c a d o s p o r b lo c o s e 
e n tu p im e n to s de c a rv ã o . O s ó le o s pe sados p o d e m se r, na a tu a lid a d e , q u e im a d o s d ire ta m e n te em 
m u ita s a p lic a ç õ e s in d u s tr ia is . P o r is s o , o p re ç o d o ó le o pe sa do a u m e n to u , re d u z in d o -s e s im u lta n e a ­
m e n te a n e ce ss id a d e da m a n u fa tu ra de gás d e s te t ip o .
G Á S DE G ERADO R14
O gá s d e g e ra d o r é fe i to p e la passagem de a r e v a p o r a tra v é s de u m le i to esp e sso d e c o m b u s tív e l 
q u e n te . O o b je t iv o p r im o r d ia l d o v a p o r (d e 25 a 30 % d o pe so d o c o q u e ) é u s a r ta n to q u a n to p o s s ív e l a 
e n e rg ia d e s p re n d id a na re a ç ã o e n tre o c a rv ã o e o o x ig ê n io p a ra a re a ç ã o e n d o té rm ic a e n tre o c a rv ã o e
J4Lowry, op. c it., vol. 1, págs. 1586-1672, e Suppl. Vol., págs. 892 e segs., 951-965; ECT, 2.a ed., vol. 8, pág. 765 (cortes), 1965.
GASES C O M B U S T ÍV E IS 79
Quadro 6.6 Divisão do ciclo de 3 ,5 m in na máquina geradora de gás de água carburado, 
a flu x o reversível, Fig. 6.2 (o combustível é o co-produto do coque)
Combustão (injeção de ar) (operação durando 30%, ou 63 s)
O ar primário é admitido na base do gerador mecânico e ascende, passando através do leito de combustível, 
com o objetivo de levar o coque à temperatura de obtenção do gás. O ar secundário entra pelo duto de diâmetro 
grande, entre o gerador e o carburador, para completar a combustão do gás pobre. Os produtos da çombustão 
sobem pelas paredes laterais do carburador, passam por cima do superaquecedor, descem por ele, sobem nova­
mente pelo duto ascendente da chaminé, fornecendo boa parte do seu conteúdo térmico ao empilhamento cerâ­
mico, durante sua passagem através dele.
Combustão (continuação) (dura cerca de 9%, ou 19 s)
Segue-se imediatamente à combustão com o ar, enquanto a temperatura da chama está no máximo e os gases 
contêm a maior fração de CO. Realiza-se pelo fechamento da válvula de ar secundário e da válvula da chaminé, 
conduzindo-se o gás de gerador a passar pelo gasogênio, até a câmara de lavagem, e para o reservatório de alívio.
Reação direta (operação envolvendo 32%, ou 67 s)
O vapor de água é injetado na base do gerador e sobe pelo leito de coque incandescente, formando gás de 
água. Nebuliza-se óleo para baixo, em contracorrente, no carburador, na corrente ascendente do gás aquecido. 
Produz-se, assim, gás do óleo graças à pirólise provocada na atmosfera do gás de água e também pelo calor 
radiante. Os gases de água e de óleo misturam-se e passam pelo superaquecedor, onde se completa a pirólise do 
óleo gaseificado e os gases tornam-se fixos (permanentes).
Reversão do fluxo (envolvendo 24%, ou seja, 51 s)
Admite-se vapor no topo do tubo ascendente, passando pelo superaquecedor — onde é superaquecido — e 
para baixo, no carburador. O vapor reage com qualquer parcela de carbono que possa ter sido depositada durante 
a admissão de óleo, reage com o carvão no combustível do gerador, e passa finalmente para fora do gerador, pela 
base, através do canal de retorno em ferro fundido e da válvula de três vias, até a câmara de lavagem, e daí para o 
depósito de alívio. Durante esta parte do ciclo, há o carregamento automático de combustível, depois de o óleo de 
retorno, ou reformado, ter sido cortado.
Reação final (operação durando 3%, ou 6 s)
Nesta operação, coloca-se um lençol de vapor entre o gás de água na base do gerador e o ar que lhe segue. O 
carburador, o superaquecedor e o duto ascendente já estão cheios de vapor de retorno.
Sopragem de purga (operação envolvendo 2%, ou 4 s)
Esta sopragem purga a máquina do gás de água e do vapor e produz um pouco de CO. Todos os gases são 
soprados da máquina, passam pela câmara de lavagem e vão para o depósito de alívio. A operação se faz pela 
abertura da válvula de ar do gerador antes de abrir-se a válvula da chaminé, a qual lança os produtos da combus­
tão na atmosfera.
F onte: S em e t-S o lva y E ng ineering D iv ., Allied Chemical Corp.
o vapor. As reações podem ser escritas da seguinte form a:15
Qamorfo) + Ofg) -*■ C O f g ) A // 15,5 T ~ - 44.000 kcal (1)
C O f g ) + Qamorfo)- » 2 C O (g) A //15'5 «c — + 17.700 kcal (2)
Qamorfo) + H 20(l) - * C O (g ) + H f g ) A //15,5 T = + 17.900 kcal (3)
Qamorfo) + 2 H 20 (1) —> C O f g ) + 2 H f g ) AT/15,5 T = + 18.000 kcal (4)
C O (g) + H ,0 ( l ) C O f g ) + H f g ) A //15,5 r = + 176 kcal (5)
reação inicial no gerador é a de formação de C 0 2 e N2(l). À medida que os gases avançam no leito,
o C 0 2 inicial é reduzido a CO(2), e o vapor de água, proveniente da água líquida na camisa, é 
parcialmente decom posto, dando H2, CO e C 0 2. A tem peratura admissível do leito de combustível 
depende do ponto de fusão das cinzas e está usualmente entre 1.800 e 2.800°F (982 e 1.538°C). A 
altura mínima do leito está entre 2 e 6 ft (0,61 a 1,83 m), no caso dos combustíveis mais comumente 
usados. O gás de gerador é um gás de poder calorífico baixo, que era usado antigamente em todos os 
tipôs de aquecimento industrial, nas vizinhanças do ponto de fabricação. Um exemplo antigo é o da 
sua aplicação para aquecer fornos de coque e outros tipos de fornalhas. Nos Estados Unidos, seu 
emprego está quase obsoleto. A manufatura de gás de gerador com o oxigênio a baixo custo apre ­
senta, no entanto, novas possibilidades. Com ele, o poder calorífico por unidade de volume é dupli­
cado ou triplicado.
15As condições de equilíbrio e de velocidade destas reações são dadas por Fulweiler, o p . c it., pág. 737, e por Lowry, o p . c it.
80 IN D Ú S TR IA S DE PR OCESSOS Q U ÍM IC O S
GASES LIQUEFEITOS DE PETRÓLEO
O propano e o butano líquidos são usados como reservas e suplementos de demanda nos siste­
mas de fornecimento doméstico e industrial16 que usam gás natural, ou fabricado, ou então, em algu 
mas regiões e indústrias, constituem a fonte íntegra de suprimento de gás. O GLP é usado em maca 
ricos de solda, na cura do tabaco, na secagem de grãos e em motores de carros e tratores. A industria 
petroquímica é o segundo consumidor deste gás, em quantidade (Cap. 38). Lm virtude de o butano 
(poder calorífico 3.260 B.t.u./ft3, 29.011 kcal/m3) não se vaporizar abaixo de 3I°F ( (),6°C), e prete­
rido no sul dos Estados Unidos, enquanto o propano (poder calorífico 2.520 B.t.u./ft ', 22.426 kcal/ 
m3), que vaporiza a - 44°F ( - 42,2°C), é mais usado no norte. Às vezes, usa-se uma mistuia dos 
dois. O GLP vem do subsolo como constituinte do gás natural úmido, ou do petróleo cru, ou aparece 
como subproduto da refinação. Por exemplo, uma usina de gasolina natural trata o gás natural 
“ úmido” mediante absorção por “ lavagem” com gasóleo, fracionando-se posteriormente as misturas 
convenientes.
GAS NATURAL SINTÉTICO
O gás obtido de material orgânico, com a composição e o poder caloríficos análogos aos do gás 
natural, é chamado gás natural sintético (GNS) ou gás de gasoduto. Existe, na atualidade, uma de­
manda para este tipo de gás fabricado, que pode ser acrescido ao gás natural, ou permutado com este. 
em virtude de o consumo do gás de poço ser maior que a produção dos campos. As matérias-primas 
disponíveis com maior facilidade para a feitura do gás são o petróleo e o carvão; este tem a vantagem 
de poder ser integralmente proveniente de fontes internas ao país (Estados Unidos). Os processos de 
gaseificação, com o carvão e o petróleo, têm sido objeto de muita pesquisa pelo Institute of Gas 
Technology, em Chicago, pela American Gas Association, pelo Bureau of Mines, pelo Office of Coal 
Research, por muitas indústrias correlatas e instituições particulares de pesquisa. São exemplos de 
plantas-piloto, de grande porte, em operação, a usina HYGAS, do Institute of Gas Technology, ern 
Chicago, e a usina da Consolidation Coal’s, em Rapid City, Dakota do Sul, transformando carvão em 
gás. Exemplos de plantas-piloto de conversão de carvão em gás, em desenvolvimento, são a usina 
BI-GAS, da Bituminous Coai Research, em Homer City, Pensilvânia, o processo de aglomeração de 
cinzas da Union Carbide/Battelle, próximo a Columbus, Ohio, e a usina de sintano, do Bureau of 
Mines, em Bruceton, Pensilvânia. Os processos em desenvolvimento ainda não atingiram um ponto 
em que possam ser construídas usinas de produção em larga escala.
Apesar de os processos mencionados terem características diferentes, todos cumprem o mesmo 
objetivo, conforme a indicação do fluxograma de gaseificação muito simplificado, na Eig. 6.3. 
Usando-se carvão, ar e vapor de água na reação de gaseificação, é possível produzir gás com cerca de 
150 B .t.u./ft3 (1.335 kcal/m3). Parte do carvão é queimada com ar, a H20 e C 0 2, para gerar o calor 
necessário à etapa de gaseificação. Para tornar o produto um combustível de queima limpa, análogo 
ao gás de gerador do Quadro 6.1, remove-se o enxofre (H2S). Da mesma maneira, fabrica-se gás de 
baixo poder calorífico, 300 B.t.u./ft3 (2.670 kcal/m3), exceto quanto ao uso de oxigênio em lugar de 
ar, ou mediante um outro método para fornecer o calor de reação. Por exemplo, pode-se aquecer um 
sólido inerte numa fornalha, usando carvão e ar, e o material inerte quente pode, então, ser transfe­
rido para o gaseificador. A principal diferença entre o gás de 150 B.t.u./ft3 e o de 300 B .t.u./ft3 esta 
nos 50% de nitrogênio contidos no primeiro, e que entraram no sistema junto com o ar.
Para fazer o gás com 900 a 1.000 B.t.u./ft3 (8.009 a 8.899 kcal/m3), fabrica-se inicialmentc um gás 
de baixo poder calorífico, gaseificando-se o carvão com vapor e oxigênio, ou calor, e removendo-se o 
enxofre. Este gás é posteriormente processado num reator para deslocar a razão entre o hidrogénio e 
o monóxido de carbono até o valor 3/1, mediante a reação;
CO + H20 -* H2 + C02
O dióxido de carbono formado nesta etapa é então removido e o hidrogênio e o monóxido são conver­
tidos a metano, graças a um catalisador. A pressão de operação no gaseificador pode ser a atmosfé­
rica ou, dependendo do processo, pode ir até 70 atm. As temperaturas podem variar de cerca de 1.500 
a 3.000°F (816 a 1.649°C). Quanto mais elevada a pressão e mais baixa a temperatura, maior a 
quantidade de metano formado no gaseificador.
p r o c e s s o s d e g a s e i f i c a ç ã o d e c a r v ã o São dois os processos modernos de obter gás do carvão 
— o processo Koppers-Totzek e o processo Lurgi. Entre 1949 e 1972, construíram-se 20 usinas 
Koppers-Totzek, a maior parte usando linhito e hulha pulverizados (este processo pode usar quais­
quer tipos de carvão), com oxigênio e vapor de água como matéria-prima. O gás produzido neste
16Cronan, Natural Gas Processing Plant, C hem . Eng. (N .Y .) , 61 (8), 148 (1959) (fluxograma completo para a gasolina e o enxofre 
do GLP).
GASES COM BUST ÍVE IS 81
I----- Aum en to d o p o d e r
calorífico pela remoção do C 02
Fig. 6.3 F luxogram a sim plificado da gaseificação do carvão . (C o n so l id a te d N a tu r a l G a s S e n i c e C o .)
gaseificador escoríficador é constituído principalmente por monóxido de carbono e hidrogênio; este 
gás pode ser deslocado para a composição do gás de água e metanizado. para se ter um gás de 
gasoduto. Nenhuma das usinas Koppers-Totzek está localizada nos Estados Unidos.
O processo de gaseificação de carvão Lurgi, pressurizado (até 400 psi. 27.2 atm), tem um sistema 
de leito móvel que obsta o emprego de carvão muito aglomerante; investigam-se. entretanto, modifi­
cações no processo para tornar possível o tratamento deste tipo de carvão. A primeira usina Lurgi foi 
construída na Europa, na década de 30; muitas outras foram postas a operar antes e no decorrer da 
Segunda Guerra, para fabricar gás de síntese na Alemanha. Durante as décadas de 50 e de 60. outras 
fábricas foram erguidas na Inglaterra, índia, África do Sul e Coréia. Até hoje, foram erguidas 14 
usinas, nenhuma das quais nos Estados Unidos. Todas elas visam a fabricar ou gás de síntese ou gás 
de baixo poder calorífico. Com processamento adicional, pode-se obter o GNS.
O processo Lurgi requer que o carvão seja apropriadamente granulado antes de entrar no gaseifi- 
cador, através do alçapão de uma moega pressurizada. Ovapor de água e o oxigênio alimentam o 
reator através da grade de cinzas. À medida que o carvão vai descendo no reator, é aquecido e 
principia a eliminação dos voláteis. A partir de uma temperatura entre 1.150 a 1.400°F (621 e 760°C), 
a desvolatilização é acompanhada pela gaseificação do carvão calcinado. A cinza é removida pelo 
alçapão do cinzeiro. O gás sai do gaseificador numa temperatura entre 700 e I.100°F (371 e 593°C), 
dependendo do tipo de carvão. Contém produtos de carbonização, como alcatrão, óleo, nafta, fenóis, 
amónia etc., e traços de carvão e de cinza fina. Este gás bruto passa por uma torre de lavagem, onde 
recebe o tratamento de um licor circulante e é então resfriado até uma temperatura em que fica 
saturado pelo vapor de água. À medida que se condensam as frações mais pesadas do alcatrão, a água 
de lavagem contém o alcatrão que arrasta o carvão e a poeira de cinzas. O gás saturado por vapor de 
água passa por uma caldeira recuperadora de calor, que o recupera a uma temperatura de 320 a 360°F 
(160 a 182°C). O líquido condensado nesta caldeira é bombeado para o lavador e seu excesso é 
conduzido para um separador de alcatrão. A mistura de alcatrão e poeira retorna ao gaseificador para 
craqueamento e gaseificação. O gás que sai do gaseificador é constituído principalmente por C 0 2, 
CO, CH4, H2 e H20 . A razão H2/CO no gás não é conveniente para uma síntese subseqüente do 
metano, e por isto é necessária uma reação de deslocamento (CO + H20 -> C 0 2 + H2).
Removem-se as impurezas pelo processo Rectisol. Emprega-se nele um sistema de absorção 
física do gás, usando solventes orgânicos, preferivelmente metanol, em temperaturas baixas, entre 
+ 30 e - 80°F ( - 1,1°C e - 62,2°C). A unidade Rectisol tem três seções; uma de remoção da nafta do 
gás, dos hidrocarbonetos não saturados e de outras impurezas de ponto de ebulição alto; uma segunda 
para remoção do C 0 2, do H2S e do COS; e uma terceira para remover a última fração de C 0 2 e 
desidratar o gás depois da síntese do metano. O gás obtido no processo tem um poder calorífico de 
970 B.t.u./ft3 (8.630 kcal/m3) e é quase que inteiramente constituído por metano.
Em virtude de este processo de gaseificação do carvão ser disponível na atualidade, pelo menos
82 IN D Ú S TR IA S DE PR OCESSO S Q U ÍM IC O S
seis usinas, com uma capacidade*de 250 milhões de pés cúbicos (76 milhões de m3) de gás por dia, 
estão em diferentes estágios de planificação. A mais próxima do termo está sendo construída em New 
México, pela El Paso Natural Gas Company, e aguarda-se para breve a produção inicial de gás.
g a s e i f i c a ç ã o d o ó l e o Conforme se comentou, para atender a uma certa demanda de GNS, 
algumas empresas construíram, ou estão planejando construir, usinas de GNS, adotando processos 
conhecidos baseados em óleos. O atrativo da gaseificação do óleo, especialmente quando se usa 
nafta, está no menor investimento necessário à usina e no tempo mais curto para construí-la, em 
comparação com a fábrica de gás do carvão. Em geral, a dificuldade em gaseificar o óleo aumenta 
com o aumento do peso do óleo. Quando se obtém gás do óleo, a maior parte do custo do gás 
produzido é devido ao custo do óleo. Por isto, quando os países árabes impuseram o embargo sobre o 
petróleo, no final de 1973. e o custo do petróleo cru mais do que duplicou, o custo do gás feito a partir 
de óleos tornou-se elevado. Em virtude do preço alto e do fornecimento limitado de petróleo, das 47 
usinas de fabricação de gás a partir do óleo, que estavam em estudos em fevereiro de 1974, apenas 3 
estão em operação. 5 estão em estágio de ensaios ou de pré-operação, 13 foram temporariamente 
suspensas e 7 foram de todo canceladas.
Um exemplo de gaseificação de nafta é o processo oferecido pelo The Gas Council of Great 
Britain International Consultancy Service. E o processo da dupla metanação do gás catalítico enri­
quecido. Neste processo, o reator do gás catalítico é seguido por dois estágios separados de metana­
ção. A alimentação de nafta purificada, depois de misturada a vapor de água numa razão de 2 partes 
em peso de vapor para uma de nafta, é pré-aquecida a 450°C (840°F) e gaseificada num reator de 
enriquecimento catalítico. O gás enriquecido que deixa o reator a 505°C (940°F) é resfriado numa 
caldeira a recuperação de calor até 300°C (570°F), antes de entrar no primeiro metanador, em que 
parte do hidrogênio reage com os óxidos de carbono, provocando uma elevação de 74°C (133°F) na 
temperatura. O gás, então, é não só resffiado numa segunda caldeira a calor perdido, mas também há 
rejeição de parte do vapor não decomposto, para que possa ocorrer maior formação de metano no 
segundo metanador; a elevação de temperatura neste reator é de 40°C (72°F). O catalisador usado 
nos estágios de metanação é idêntico ao catalisador que leva ao gás enriquecido. Seu limiar de temperatura 
é muito baixo e, em virtude de estar protegido contra o envenenamento pelo enxofre, tem uma vida 
útil muito longa Os estágios finais do processo compreendem a remoção do dióxido de carbono e 
a secagem. Há uma progressiva redução no teor de hidrogênio e um aumento no de metano. Depois 
da remoção do dióxido de carbono, o gás contém 98% de metano, com um poder calorífico pouco 
abaixo de 1.000 B.t.u./ft3 (8.900 kcal/m3).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ESCOLHIDAS
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G ases In du stria is
C
Os gases industriais cumprem funções diversas e essenciais na economia dos Estados Unidos. 
Alguns deles são matérias-primas intermediárias para a fabricação de outros compostos. E o caso 
especial do oxigênio, do nitrogênio e do hidrogênio. O nitrogênio preserva o gosto dos alimentos em ­
balados graças à redução da atividade química, que leva à rancificação das gorduras enlatadas. Al­
guns gases são medicamentos essenciais; são exemplos o oxigênio e o hélio. Muitos desses gases, na 
forma liquida ou solida, têm a mesma utilidade, a criação de frio, principalmente pela absorção de 
calor na evaporação, pela realização de trabalho ou pela fusão. Nas últimas décadas, o dióxido de 
carbono líquido e o gelo-seco constituem exemplos notáveis destas aplicações. Por outro lado, com a 
expansão moderna da indústria, nasceu uma nova divisão da engenharia, a criogenia . * 1 Este conceito 
extremamente geral abarca a produção e utilização de frio muito intenso, na faixa de temperatura 
abaixo de -150°F (-101°C ) . O termo "criogenia” foi amplamente usado na última década e 
exemplifica-se na caracterização do uso do hidrogênio, do oxigênio e do flúor líquidos em mísseis de 
projetos militares ou espaciais. Criaram-senovas técnicas criogênicas, reduzindo-se o custo da lique­
fação, e outras pertinentes ao equipamento, ao armazenamento, ao transporte e às aplicações de 
líquidos e de gases resfriados. A vantagem econômica de utilização de líquidos criogênicos é apa­
rente, quando se considera que 1 ft3 (28,3 1) de oxigênio líquido, por exemplo, é equivalente a 860 ft:i 
(24,3 m3) de oxigênio gasoso. Cada bombona de oxigênio gasoso contém apenas 17 lb (7,7 kg) de 
oxigênio, ou seja. 220 ft3 (6.2 m3) medidos a 60°F e 1.0 atm (15,5°C), a uma pressão de 2.200 psi (150 
atm), num cilindro de aço que pesa 150 lb (68,0 kg). Os fabricantes criogênicos armazenam e trans ­
portam estes líquidos em tanques, ou em grandes carros-tanque,2 com paredes duplas, segundo o 
princípio das garrafas térmicas (frascos de Dewar). O valor dos gases criogênicos3 e dos líquidos 
respectivos é da ordem de um bilhão de dólares por ano. Estas temperaturas criogênicas. ou super- 
frias. provocam modificações fundamentais nas propriedades dos materiais. A criogenia encontra 
aplicações na propulsão de foguetes, no processamento eletrônico de dados e na fotóptica a infraver­
melho. tendo aplicações mais modernas no campo dos materiais magnéticos e no bombeamento a 
alto-vácuo. No setor químico, a maior aplicação da criogenia esta na obtenção de nitrogênio, para a 
fabricação de amónia, e na metalurgia, onde o uso de oxigênio acelera (até 259c ou mais) a produção 
do aço nos fornos Siemens-Martin, nos conversores e até nos altos-fornos para gusa. Na obtenção de 
líquidos a baixa temperatura, a criogenia4 há muito tempo aplica os seguintes princípios fu n d a m e n ­
tais, usualmente com maior amplitude ao ar e seus constituintes:
1. Compressão do vapor, com a liquefação do líquido, em temperatura inferior à temperatura 
critica do gás em questão.
2. Troca de calor em permutadores de calor, tais como as unidades a dupla tubulação; refrigera­
ção.
3. Expansão adiabática do ar comprimido para conseguir o resfriamento pelo efeito Joule- 
Thomson, em virtude de a energia interna ser, em parte, utilizada para vencer a atração entre as 
moléculas. O processo tem que ser efetuado abaixo da temperatura de inversão do respectivo gás 
(ver, a propósito, o caso do hélio). O pré-resfriamento abaixo da temperatura ambiente é necessário 
apenas para os isótopos do hélio, os isótopos do hidrogênio e para o neônio.
4. Resfriamento dos gases comprimidos graças ao trabalho efetuado em condições adiabáticas 
(processo Claude). Um quilograma de ar, a 200 atm e I0°C, quando se expande adiabaticamente até 5 
atm, provoca um efeito de resfriamento de 10 kcal (efeito Joule-Thomson), enquanto a mesma quanti­
dade de ar, expandindo-se num cilindro até 5 atm, de fo rm a a e fe tuar trabalho, provoca um resfria­
'De duas palavras gregas significando “ geração de frio” .
l New Tank Car Hauls Liquid H2 from Florida to California, C hem . Eng. (N . Y.), 68(18), 66 (1961). A -252°C, a perda é de apenas
0.3% por dia.
3Cryogenics: A Decade to $1 Billion, C hem . Eng. N ew s, 26 de agosto de 1968. pág. 21; Specialty Gases; Large and Growing, 
Chem. Eng. N e w s, 25 de outubro de 1971, pág. 14; Fall well. Oxygen Finding a Big Outlet in Treatment of Wastewater, Chem . 
Eng. N ew s, 15 de julho de 1974, pág. 7. Ver Cap. 3, a propósito do uso do oxigênio no tratamento de esgotos.
4Ver Perry, págs. 11.10, 11.48 a 11.52, 12.49 a 12.53.
84 IN D Ú S TR IA S DE PROCESSOS Q U ÍM IC O S
mento de 23 kcal, com a hipótese de a eficiência da máquina ser de 70%. Com este efeito, o abaixa­
mento de temperatura é de 135°C.
5. Resfriamento de líquidos por evaporação.
6. Separação entre o oxigênio líquido e o nitrogênio líquido, mais volátil, numa coluna retifica- 
dora. O nitrogénio ferve a -195,8°C e o oxigênio a -183°C, a 1 atm. A diferença de 12,8°C no ponto 
de ebulição permite a separação fracionada dos dois líquidos.
DIOXIDO DE CARBONO
Há mais de um século, conhece-se o dióxido de carbono nas formas líquida e sólida. Embora 
Thilorier tenha produzido o dióxido de carbono no estado sólido, em 1835, a partir do material lí­
quido, foi apenas em 1924 que o produto sólido adquiriu importância industrial mediante sua primeira 
utilização, que ainda é a mais importante, como refrigerante. A produção de dióxido de carbono, em 
1974, atingiu o total de 1.224.500 toneladas, nos estados gasoso, líquido e sólido.
e m p r e g o s ' O emprego mais difundido do dióxido é, de longe, para refrigerar sorvetes, carnes e 
outros alimentos. Uma vantagem adicional do produto está em que a atmosfera de dióxido de carbono 
reduz os estragos provocados nas carnes e nos alimentos pelas bactérias da putrefação. A forma 
sólida é também importante, como fonte de dióxido de carbono, para atmosferas inertes e, ocasional­
mente. para carbonificar bebidas. Existem muitos outros empregos especiais. Por exemplo, resfria­
mento de rebites de alumínio e de partes de máquinas encaixadas a frio. O dióxido de carbono líquido 
também é usado na mineração do carvão; o líquido é colocado nos furos broqueados na rocha e a 
explosão e assegurada mediante um calefator controlado imerso no fluido; os pedaços de carvão 
assim obtidos são maiores que por outros métodos. A maior saída do dióxido de carbono líquido 
destina-se às bebidas carbonatadas. E também importante como material de excitação de incêndios. 
O dióxido de carbono gasoso tem muitas aplicações na indústria química, na fabricação do ácido 
salicílico (Cap. 40) e como matéria-prima da barrilha (Cap. 13).
O dióxido de carbono tem vantagens sobre os ácidos comuns na neutralização de álcalis, pois é 
facilmente transportado na forma sólida, tem natureza não-corrosiva e pequeno peso. Equivale, do 
ponto de vista químico, a mais de duas vezes o seu peso de transporte em ácido sulfúrico e a cerca de 
cinco vezes o seu peso em ácido clorídrico. Quanto à refrigeração de alimentos, o dióxido de carbono 
sólido é, primordialmente, um refrigerante de transporte. Suas vantagens não podem ser atribuídas a 
qualquer fator isolado, mas são consequências da sua secura, da sua densidade relativamente elevada, 
do seu excelente efeito de refrigeração, da sua baixa temperatura e da ação isolante e dessecante 
provocada pelo gás que dele se evola. Em geral, cerca de 1.000 lb (454 kg) de dióxido de carbono 
sólido são suficientes para refrigerar um vagão de transporte médio, numa viagem de uma costa a 
outra dos Estados Unidos, sem haver necessidade de recarregamento. Uma carga de gelo, para ter o 
efeito semelhante, deveria atingir a 3.700 lb (1.680 kg), e sofrer diversas reposições suplementares 
durante a viagem. No campo da refrigeração, é preciso assinalar, a propósito, a entrada do nitrogênio 
liquido.
f a b r i c a ç ã o d o co} p u r o '1 Apesar de serem muitas as fontes de CO2, as mais importantes na 
produção comercial são:
I . Gases de combustão de materiais carbonáceos (óleo combustível, gás combustível, coque), 
contendo de 10 a 18% de C 0 2.
Quadro 7.1 Comparação entre as propriedades físicas do 
C 0 2 sólido e do gelo
Pr o p r ied a d e C 0 2 só l id o Ge lo
D e n s id a d e re la t iv a 1,56 0 ,90
P o n to d e su b lim a ç ã o ou d e fu sã o - 7 8 ,5 °C 0 °C
T e m p e ra tu r a c r í t ic a 31 ,0 °C 365 °C
P r e s s ã o c r í t ic a 72,8 a tm 194,6 a tm a 0 ° C
C a lo r l a te n te d e fu sã o 48 .6 k c a l /k g 85 ,3 k c a l /k g
C a lo r la te n te d e v a p o r iz a ç ã o 94 ,0 k c a l /k g 
1,87 k g /m 3
636 ,5 k c a l /k g a - 1 6 ,7 ° C
P e s o d o g á s 0 ,0 0 4 8 7 k g /m 3
P e s o d o s ó lid o 1.442 k g /m 3 913 k g /m 3
C a lo r l a te n te d e s u b l im a ç ã o 138 k c a l /k g
E fe i to r e f r ig e ra n te 153 k c a l /k g 80 k c a l/k g
5Yaws, Li e Kuo, Carbon Oxides, C hem . Eng. (N .Y .), 81(20), 115 (1974).
BPerry, pág. 16-36 e pág. 16-42 a propósito da adsorção do C 0 2; pags. 3-16 até 3-164, com as propriedades termodinâmicas: ECT, 
vol. 3, pág. 125, e vol. 4, pág. 353, 1964; Montrone e Long,Choosing Materials for C 0 2 Absorption Systems, C hem . Eng. (N .Y .). 
78(2), 94 (1971).
GASES IN D U S TR IA IS 8 $
2. Co-produto das indústrias de fermentação, resultante da degradação da dextrose em álcool e 
dióxido de carbono; o gás contém cerca de 99% de C 0 2.
3. Co-produto das operações dos fornos de cal, onde se calcinam os carbonatos a óxido; as 
análises do gás dão de 10 a 40% de C 0 2.
Usa-se um sistema de absorção para concentrar o C 0 2 no gás obtido das fontes 1 e 3, chegando- 
se até 99%. Em todos os casos, o C 0 2 quase puro deve sofrer diversos tratamentos químicos para a 
remoção de impurezas menores, que contaminam o gás. Uma das reações reversíveis usada há muito 
tempo para a concentração do C 0 2 é
Na2C03 + C02 4- H20 í= ^ 2NaHC03
Esta reação é deslocada para a direita pelo aumento da pressão parcial do C 0 2 e pela redução da 
temperatura. E deslocada para a esquerda pelo aquecimento da solução de bicarbonato de sódio. A 
eficiência da absorção do C 0 2 não é muito boa, da ordem de 10 a 18%. Outras soluções absorvedo- 
ras, reversíveis, usualmente mais econômicas,7 são a solução concentrada a quente de carbonato de 
potássio e a monoetanolamina (processo Girbotol, Cap. 6). O C 0 2 disponível, nestes casos, provém 
da combustão do óleo combustível na caldeira da unidade geradora de vapor; o produto crítico, caro e 
determinante, é o vapor. Para realizar a fabricação, emprega-se a seguinte seqüência principal de 
procedimentos:
Queima-se óleo, ou gás natural, ou coque, para gerar vapor a 200 psig (14 atm manométricas), 
obtendo-se gás com 10 a 15% de C 0 2. a 650°F (343°C) (Cq e Op).
O gás de combustão é resfriado, purificado e lavado mediante a passagem por dois lavadores de 
água (Op).
O C 0 2 é removido pela absorção seletiva, em contracorrente, numa solução aquosa de etanola- 
minas (Cq).
O C 0 2 e o vapor de água saem pelo topo do reativador, passam por um refrigerador a C 0 2, para 
condensar o vapor, que retorna à torre como refluxo (Op).
O C 0 2 a cerca de 30 psig (2 atm manométricas) é purificado num lavador a permanganato de 
potássio, ficando isento de traços de H2S e de aminas, e é secado (Cq).
O C 0 2 é comprimido, resfriado e liquefeito (Op).
Para se ter o " líq u id o ” , o C 0 2 é recolhido no vaso receptor.
Para se ter o gelo-seco:
O C 0 2 líquido é sujeito a uma descompressão até a pressão atmosférica, com a solidificação 
parcial da massa (Op). O gás evaporado retorna através do pré-arrefecedor.
O C 0 2 é recirculado, recomprimido e rearrefecido (Op).
A “ neve” de C 0 2 é comprimida numa torta (Op).
As tortas de gelo-seco são cortadas, em geral na forma de cubos como 10 in (25 cm), tendo 
aproximadamente o peso de 50 lb [cerca de 23 kg] (Op).
A Fig. 7.1 mostra um fluxograma típico do processo de produção do líquido ou do sólido e 
envolvendo estas operações unitárias e conversões químicas. Na comercialização do C 0 2 líquido, a 
energia (e, portanto, a despesa) envolvida no transporte das bombonas, cheias ou vazias, é tão ele­
vada que justifica a instalação de diversas usinas, relativamente pequenas, nas vizinhanças dos cen­
tros consumidores. Atualmente, entretanto, está sendo adotado o transporte em grosso do C 0 2 lí­
quido, que, com resfriam ento criogênico, tem pequena pressão de vapor, o que reduz o custo e o 
peso dos vasos. Quando os trocadores de calor têm um projeto apropriado, a compra de energia 
externa é pequena, no caso do C 0 2 sólido, e nula, no do C 0 2 líquido (Fig. 7.1). O vapor gerado na 
caldeira é suficiente para acionar as turbinas para o bombeamento e a compressão, e o vapor de 
descarga, dos compressores acionados pela turbina, evapora o COz da solução de amina no referve- 
dor. O condensado do refervedor retorna à água da caldeira. E stas usinas de C 0 2 constituem exem ­
p los esp lêndidos de equilíbrio notável entre a s exigências de energia e as exigências quím icas.
Conforme se descreve no Cap. 31, outra fonte de C 0 2 é a indústria de fermentação. Quando se 
usa lêvedo, produzem-se o álcool e o C 0 2, enquanto outros microrganismos levam a solventes e a 
uma mistura de H2 e C 0 2. O rendimento em C 0 2 varia com o modo de fermentação. Do material 
amiláceo, por exemplo do milho, de 35 litros obtêm-se 9,5 litros de álcool etílico a 85% (volumares) e 
7,7 kg de C 0 2. A recuperação e a purificação do C 0 2 de fermentação têm um sistema de absorção 
diferente, pois a temperatura raramente ultrapassa a 105°F (40,6°C), de modo que não é preciso um 
resfriamento especial e o teor de C 0 2 já é, no início, acima de 99,5%. Quando os fermentadores são 
selados para a recuperação dos gases, consegue-se um C 0 2 mais puro e com maior rendimento por
86 INDÚSTRIAS DE PROCESSOS QUÍMICOS
Fig. 7.1 Fluxograma da obtenção do C 02 a partir do oleo combustível ou do gás natural. (Girdler Corp., Louis- 
ville, Ky.)
litro do m osto, e o rendim ento de álcool aum enta pelo m enos de \% pela sua recu peração n os lavado ­
res de C 0 2.
N o fluxograma da Fig. 7 .2 . esta ilustrado o procedim ento típ ico da recuperação do C 0 2 de 
ferm entação. N este caso . a purificação con siste na ox id ação de im purezas orgân icas e na desidrata ­
ção m ediante reagentes em form a líquida. O gás d os ferm entadores p assa por três torres lavadoras 
(depuradores) recheadas com espirais de cerâm ica e ch ega ao gasóm etro . O prim eiro depurador 
contem uma solução a lcoó lica diluída, que atua com o um purificador prelim inar e rem ove a maior 
parte do álcool carreado pelo gás. O s dois depuradores segu in tes, em que o líqu ido de lavagem é a 
agua desaerada. rem ovem quase todas as im purezas so lú ve is em água. O líquido de lavagem é bom ­
beado ou para os destiladores ou para o s ferm entadores, para a recuperação do á lcoo l.
Do gasóm etro, o gas é conduzido a um depurador con tend o K 2Cr20 7 em so lu çã o , que o x id a os 
aldeídos e os á lcoo is no gás. que é então resfriado. N um segundo depurador. com á cid o su lfúrico. 
com pleta-se a oxidação e o gás e desidratado. O C 0 2 que sai d este depurador con tém um p ou co de 
ácido arrastado, que é elim inado numa torre recheada com coq u e , sobre que circula um a so lu ç ã o de 
N a2C 0 3. Quando o ácido é neutralizado, ha libertação de C 0 2. A n tes de chegar ao com p resso r , o gás 
passa por um lavador contendo uma pequena porção de g licerina, para ab sorver o s p rod utos ox idad os 
e fornecer um gás inodoro ao com pressor. O ácido sulfúrico, d ep o is de u sad o para a d eso d o r iza çã o e 
a secagem , é bom beado para a destilaria, onde é em pregado no con tro le do p H .
'T o d o H J 5 0 ,d i lu í d o é re c u p e ra d o p a ra u s o na fe rm e n ta ç ã o d e m e la d o s 
+A/ áo in c lu i o s is te m a d e c o m p re s s ã o d o C O 3 s ó lid o
Fig. 7.2 Fluxograma de purificação do C 0 2 de fermentação.
GASES IN D U S T R IA IS 87
HIDROGÊNIO
e m p r e g o s e e c o n o m i a Ha bastante tempo, o hidrogênio e uma matéria-prima g a so sa importante 
nas industrias químicas e de petroleo. A produção anual de hidrogênio excede aos 7,10'° m '. O 
Quadro 7.2 mostra o uso de hidrogênio na fabricação de alguns produtos químicos típicos. Na produ ­
ção do hidrogênio (exclusive o destinado ao N H 3 e ao CH3OH), uma certa percentagem é de elevada 
pureza (99,59?). O hidrogênio muito puro é o hidrogênio com ercia l, fornecido em bombonas ou em 
tanques. Freqüentemente. é fabricado pela eletrólise de água alcalinizada ou mediante a reforma de 
hidrocarbonetos a vapor. Cerca de um pouco mais de um terço da produção total é usado para 
fabricar amoníaco. Os outros usos químicos importantes são a hidrogenação de óleos com estíveis, o 
emprego nas indústrias de máquinas elétricas e eletrônicas, nos mísseis, nos fornos para tratam ento 
de metais e na partida de operação de craqueadores catalíticos. Acredita-se que, no futuro.8 o hidro ­
gênio terá novos empregos.
f a b r i c a ç ã o d oh i d r o g ê n i o O hidrogênio é obtido quase que exclusivamente de materiais carbo- 
náceos. primordialmente de hidrocarbonetos e/ou de água. Estes materiais são decompostos pela 
aplicação de energia, que pode ser elétrica, química ou térmica. Entre os exemplos inclui-se a eletro- 
lise da água. a reforma de hidrocarbonetos pelo vapor9 e a dissociação térmica do gás natural (Cap. 
8). O hidrogênio também é produzido pela oxidação parcial dos hidrocarbonetos e por métodos 
menos im portantes.10 como o processo do vapor sobre ferro, ou os processos do gás de água ou do 
gás de gerador, ou a separação a partir do gás de coqueria" ou do gás de refinaria. A difusão a través 
de uma liga de paládio-prata fornece hidrogênio de elevada pureza.
Quadro 7.2 Hidrogênio necessário para produtos típicos
M ateria-prim a 
exceto hidrogênio P roduto
H idrogênio 
necessário, 
em m 3 a I5,6°C +
M atéria-prim a, 
exceto hidrogênio P roduto
H idrogênio 
necessário , 
em m 3 a I5 ,6 °C t
F e n o l C ic lo e x a n o l 708 O le ín a E s t e a r in a 74
N i t r o g ê n io A m ó n ia 2 .3 8 0 D iis o b u t i le n o I s o o c ta n o 190
N a f t a l e n o T e t r a l in a 340 M o n ó x id o d e c a r b o n o M e ta n o l 6 ,5
F o n t e : Stengel e Shreve, Economic Aspects of Hydrogenation, I n d . E n g . C h e m . . 32, 1212 (1940).
+0 hidrogênio necessário refere-se a uma tonelada curta (907 kg) do produto, exceto o metanol sintético (por galão . 3,786 1) 
e o isooctano (por barril, 159 1).
m é t o d o ELETROLíTico12 O processo eletrolítico produz hidrogênio de elevada pureza; consiste na 
passagem de uma corrente elétrica continua através de uma solução aquosa alcalina, decom pondo a 
água de acordo com a seguinte equação:
2 H 20 ( / ) -------- * 2 H 2()e j + 0 2(g) A / / = + 1 3 6 k ca l
A tensão teórica de decomposição do eletrólito é 1,23 V, na tem peratura ambiente; usualm ente, 
entretanto, são necessárias tensões de 2,0 a 2,25 V. em virtude da sobretensão do hidrogênio nos 
eletrodos e da resistência da própria cuba. Uma célula típica comercial eletrolisa uma solução de 
NaOH a 159?, usa um cátodo de ferro e um anodo de ferro recoberto por níquel. Um diafragma de 
amianto separa os compartimentos dos eletrodos. A temperatura de operação é de 60 a 70°C . O 
recobrimento de níquel sobre o anodo reduz a sobretensão de oxigênio. A maioria das células produz 
cerca de 7.0 ft3 (198 1) — a produção teórica seria de 9,408 ft3 (266,4 1) — de hidrogênio e a metade de 
oxigênio por quilowatt-hora. O gás tem pureza de 99,79? e é apropriado até para a hidrogenação de 
óleos comestíveis. As cubas de eletrólise são de dois tipos: o tipo bipolar, ou filtro-prensa, em que 
cada compartimento constitui uma célula, e o tipo unipolar. ou tanque, usualmente com dois compar-
“Nilsen, A Solar/Hydrogen Economy? C h e m . E ng. ( N . Y . ) , 81(25). 44. (1974); Hydrogen: Likely Fuel of the Future, C h e m . E ng. 
N e w s , junho de 1972, pág. 14; Johnson e Litwak, Outlook for H2 and CO, C h e m . E ng. P rog ., 65(3), 21 (1969); Hydrogen Economy 
Concept Gains Credence, C h e m . E ng. N e w s , 1 de abril de 1974, pág. 15; On-site Plants Swap Hydrogen for Waste Oil. C h e m . 
W e e k , 11 de julho de 1973, pág. 49.
“Hydrogen Consumption Climbs for New Heights, C h e m . E ng. ( N . Y . ) , íJl(lO), 62 (1961) (fluxograma relativo ao gás natural); 
Hydrogen Use and Output Moving Up Fast, C h e m . E ng. N e w s , 27 de novembro de 1967, pág. 20.
10Hydrogen, Girdler Corp., Louisville, Ky., 1962 (folheto); Hydrogen. CW Report. C h e m . W e e k . 19 de maio de 1962. pág. 120. 
Estas duas referências dão maiores detalhes sobre todos os processos. No folheto da G irdler há um fluxograma do processo de 
difusão pelo paládio, pág. 29. Ver o Cap. 18, sobre a amónia.
"N ew Nitrogen Plant. Geneva W orks, Hydrogen Extracted from 252 Coke Ovens. U . S . S t e e l Q u a r t . . 11(3), I (1957); U .S. Steel 
to Increase Chemicals Capacity (Hydrogen etc.), C h e m . E n g . N e w s . 5 de outubro de 1964, pág. 25.
,2Pressure Lowers Electrolytic H2 Cost, C h e m . E ng. ( N . Y . ) , 67(5), 60 ( 1960) (a célula elctrolitica opera a 30 atm); Solid E lectroly ­
tes Offer Route to Hydrogen, C h e m . E ng. N e w s , 27 de agosto de 1973, pág. 15.
IN D Ú S T R IA S DE P R O C ESSO S Q U ÍM IC O S
timentos anódicos e um compartimento catódico entre eles. As do tipo unipolar podem ter os tanques 
abertos ou fechados. Na maior parte das instalações, o oxigênio produzido é rejeitado, a menos que 
possa ser usado localmente. C) hidrogênio também se obtém de outros processos eletrolíticos, por 
exem plo, pela eletrolise de salmoura (ver os Caps. 13 e 14).
p r o c e s s o d e r e f o r m a d e HiDROCARBONETOS a v a p o r Este processo consiste numa reação catalí­
tica provocada numa mistura reacional de vapor de água e hidrocarbonetos, a uma tem peratura ele­
vada, para formar H2 e óxidos de carbono. Ocorrem as seguintes reações básicas:
t;niim + niu> = «et) + Q' + fi)na 
CO + H,,0 co., + II.,
A pesar de estas equações valerem para o caso geral de qualquer hidrocarboneto, na prática industrial 
empregam-se somente os hidrocarbonetos leves. O gás natural é bastante usado, e o propano e o 
butano (G LP) são também freqiientemente transformados. Com um catalisador especialmente prepa­
rado. a nafta também é uma matéria-prima conveniente.
A primeira reação é a de reforma. E muito endotérmica, e os moles do produto superam os dos 
reagentes, de modo que a reação é favorecida pela temperatura elevada e a pressão reduzida. Nor­
malmente. faz-se a reação com excesso de vapor. O objetivo básico, deste excesso, é impedir a 
formação de carvão, mas também se favorece, assim, a formação dos produ tos.
A segunda reação é a de deslocamento do gás de água. E levemente exotérmica e favorecida pela 
tem peratura baixa, mas insensível à pressão. O vapor em excesso força a formação dos produ tos e, 
por isso, ele é assim usado na prática. Comumente, emprega-se um catalisador. As duas reações 
ocorrem simultaneamente no reator de reforma, em tem peraturas na faixa de 1.400 a 1.800°F (760 a 
982°C). A composição do vapor produzido depende das condições do processo, inclusive da tempera ­
tura. da pressão, do excesso de vapor (que determina o equilíbrio), da velocidade do gás através do 
leito de catalisador (que determina a velocidade com que o equilíbrio é aproximado). Um produto 
típico contém aproximadamente 75% de H2, 8% de CO e 15% de C 0 2; o restante consiste em nitro­
gênio e em metano não convertido.
Fig. 7.3 Fluxograma da obtenção do hidrogênio a partir do propano (ou do gás natural, com pequena-modifica­
ção). Ver o Quadro 7.3 (Girdler Corp., Louisville, Ky.)
GASES IN D U S TR IA IS «9
Para a produção de mais H*, o reformador é seguido por um estágio separado de reação de 
deslocamento do gás de água. Junta-se mais vapor e a temperatura é reduzida até 600 ou 700° F (316 a 
371°C), para que sejam mais favoráveis as condições de equilíbrio. Um único estágio converte de HO a 
95% do CO residual a C 0 2 e H2. Em virtude de a reação ser exotérmica, a temperatura do reator 
aumenta, o que aumenta a velocidade da reação, mas tem efeito adverso no equilíbrio. Quando a 
concentração de CO na alimentação é elevada, a conversão de deslocamento é realizada, usualmente, 
em dois ou mais estágios, com uma etapa intermediária de resfriamento, para impedir uma elevação 
excessiva de temperatura. O primeiro estágio pode operar a temperaturas mais altas, para ser maior a 
velocidade da reação, e o segundo a uma temperatura mais baixa, para favorecer a conversão.
Na Fig. 7.3 está esquematizado o processo usando propano, enquanto as necessidades de mate­
rial estão listadas no Quadro 7.3. Ver também o gás de síntese. As etapas em que o processo pode ser 
coordenadamente dividido são as seguintes:13
O propano é vaporizado pelo vapor de água (Op).
O vapor de propano é dessulfurizado pelo contato com o carvãoativo, para impedir a desativa­
ção do catalisador (Op).
O vapor de propano. misturado ao vapor de água, é reformado (Fig. 7.4) sobre um catalisador de 
níquel, a cerca de 1.500°F (816°C). em tubos de liga metálica, numa fornalha (para haver calor dispo­
nível à reação endotérmica) (Cq).
Os gases H2, CO e um pouco de C 0 2 são resfriados até cerca de 700°F (371°C), e a pressão 
parcial do vapor de água é aumentada pela adição de vapor ou de condensado; a mistura passa, então, 
sobre um catalisador de óxido de ferro, no conversor de CO do primeiro estágio, onde de 90 a 95% do 
CO são convertidos a C 0 2. produzindo-se mais H2 (Cq). (Esta reação é a reação de deslocamento do 
gás de água.14)
Os gases quentes são resfriados num trocador de calor, alimentado pelos gases que saem do 
absorvedor de C 0 2 do primeiro estágio, antes de entrarem no conversor de CO do segundo estágio, e 
depois novamente resfriados por água até cerca de I00°F (38°C) (Op).
Os gases arrefecidos são lavados com solução de monoetanolamina, num absorvedor Girbotol de 
primeiro estágio, para a remoção quase completa do C 0 2 (Cq). Depois disto, os gases são aquecidos, 
pela troca térmica, com os gases que saem do conversor de CO de primeiro estágio e passam pelo 
conversor de CO do segundo estágio (Cq). e depois pelo absorvedor de C 0 2 do segundo estágio (Cq).
Os gases, com baixo teor de C 0 2 e de CO, são aquecidos até 600°F (316°C). num permutador de
Quadro 7.3 Análise do produto — Necessidades de utilidades, em referência ao hidrogênio, no 
processo de reforma de hidrocarbonetos pelo vapor (a purificação inclui dois estágios de conversão do 
m onóxido de carbono e de rem oção do dióxido de carbono e um estágio de m etanação)
Análise do hidrogênio produzido
Reforma a pressão Reforma a pressão 
baixa, % volumar alta, % volumar
M o n ó x id o d e c a r b o n o 0,001 0 .001
D ió x id o d e c a r b o n o 0,001 0,001
M e ta n o 0 ,4 0 0 1,200
H id ro g ê n io (m ín im o ) 99 ,598 98 ,798
Matéria-prima e utilidades por 28,3 m 3 de hidrogênio
M a te r ia l d o p ro c e s s o :
P r o p a n o , is e n to d e e n x o f re 10,41 1 10 ,601
G á s n a tu r a l , 8 .9 0 0 k c a l /m 3 7 ,0 8 0 m 3 7 .2 2 0 m 3
C o m b u s t ív e l : g á s n a tu r a l , p r o p a n o o u ó le o 5 4 .180 k ca l 5 7 .960 k ca l
V a p o r a 4 ,8 a tm :
P ro p a n o p a r a o p r o c e s s o 127 kg 68 kg
G á s n a tu r a l p a r a o p r o c e s s o 109 kg 61 kg
Á g u a d e a r r e f e c im e n to , 17°C d e e le v a ç ã o :
P ro p a n o p a r a o p r o c e s s o 5,11 m 3 3 ,2 2 m 3
G á s n a tu r a l p a r a o p r o c e s s o 4 ,5 4 m 3 3 ,0 3 m 3
E n e rg ia , e x c lu s iv e i lu m in a ç ã o 0 ,5 kW h 0 ,6 kW h
C u s to e s t im a d o d a s s u b s t i tu iç õ e s d e c a ta l i s a d o re s e d e p ro d u to s
q u ím ic o s U S $ 0 ,01 U S$0 ,7 5
,3Maiores detalhes, e outros fluxogramas, são encontrados nos folhetos técnicos sobre o hidrogênio. É possível obtê-los na 
Girdler Corp., Louisville, Ky., Chemical Construction Co., New York, N .Y . e M. W. Kellogg Co.. Houston. Texas. 
l4Moe, Design of Water-gas Shift Reactors, C hem . E ng. P rog ., 58(3), 33 (1962). Equações da cinética de produção do hidrogênio.
90 iN D i is i i t iA S n r- p n o c r s s o s q u ím ic o s
|.’IK, 7 ,4 R ep resen tação in te rn a de um re a to r de re fo rm a 
c a lid it ic a de lu d ro e n rb o n e to s com v a p o r de á g u a , para 
p io d u / i r l l 2 e ( ’ ( ) . ( C h e m ic a l C o n s t r u c t io n C a r p .)
calor alimentado pelos gases que vêm do conversor de CO do segundo estágio, e passam pelo meta- 
nador, sobre um catalisador de níquel, para que todos os óxidos de carbono sejam convertidos a 
metano pela reação com o U2 (Cq).
O II2 gasoso proveniente do metanador e resfriado, com água, até 100°F (38°C), saindo puro do 
reator, exceto pela presença de vapor de agua. A solução pobre em amina, do reativador Girbotol, é 
bombeada inicialmentc através do absorvedor de C ()2 do segundo estágio, para reduzir o teor de C 0 2 
no H2 a um mínimo, e depois bombeada para o absorvedor de C ()2 do primeiro estágio, para remover 
o grosso de C ()2 presente no l l2. A solução rica retorna ao reativador através dos permutadores de 
calor, e o C 0 2 é extraído por vapor de agua (Cq).
O C 0 2, cerca de 35 lb por l.(HK) f f de l l 2 (0.56 kg/tir1), pode ser recuperado para venda ou 
emprego direto (Op).
c a t a l is a d o r e s Fm muitas reações pertinentes à obtenção do hidrogênio, são necessários diver­
sos ca talisadores,1"' como o níquel, na reforma dos hidrocarbonetos a vapor, ou o óxido de ferro, na 
conversão do CO ou na reação de deslocamento, o níquel, nos processos de conversão a metano, e 
também o níquel, no craqueam ento ou dissociação do amoníaco.
I5íiird ler, C a talysts, Chemical Products Division, Chemetron Corp., Louisville, Ky.. 1960 (folheto); Catalyst Cuts Hydrogen 
Costs, C lu m . lin n . N e w s , II de fevereiro de 196.1; pas. 46; Habcrm ehl. Improved Catalysts Reduce Costs, C h em . E ng . Prog.. 
61(1), 57 (1965).
GASES IN D U S TR IA IS 91
i’RtH'FSM>s i>k o x i d a ç ã o p a r c i a l São os processos que vêm logo depois dos processos a vapor e 
hidrocarhonetos, quanto ao volume de hidrogênio fabricado segundo eles. Podem adotar como 
matérias-primas o gas natural, o gás de refinaria ou outras misturas gasosas de hidrocarhonetos, mas 
a principal vantagem esta na utilização de matérias-primas líquidas, como gasóleo, óleo diesel e até 
mesmo oleo combustível pesado. Existem três versões comerciais do processo. Originalmente, foi 
dcsen\ol\ido pela Texaco.1" tendo sido, mais tarde, introduzidas variações pela Shell e pela Monteca- 
nni.,T caracterizadas primordialmente pelo modelo e operação do queimador de oxidação parcial, 
l odos os três adotam a combustão parcial não catalisada do hidrogênio, admitido junto com o oxigê­
nio. e em presença de vapor de agua, numa câmara de combustão com temperaturas de chama entre 
1.300 a l.500°C. Quando o metano é o principal componente dos reagentes, as reações que se passam 
são:
0 H 4 + 2 0 2 - - - - - > C 0 2 + 2 H 20
CH4 + 00»----- »200 + 2H»
CH4 + H«0----- » 00 + 3H2
A primeira reação e altamente exotermica e produz suficiente calor para sustentar as outras duas. que 
são endotermieas. A reação global e:
0H4 + *o»----» CO + 2H„
Esta reação e exotermica e. por isso. o processo global é um processo gerador de calor; é importante, 
por conseguinte, para se ter operação eficiente, que haja recuperação de calor (mediante caldeiras a 
calor perdido).
O gas produzido tem uma composição, que depende da razão carbono/hidrogênio. na alimenta ­
ção. e da quantidade de vapor de agua adicionada. A pressão não tem efeito importante sobre a 
composição e o processo usualmente é conduzido a 20 ou 40 atm, possibilitando o uso de equipa ­
mento mais compacto e reduzindo os custos de compressão. A seguinte composição é típica, no caso 
de uma alimentação a oleo combustível: Este gás tem uma razão entre óxidos de carbono e hidrogênio 
muito mais elevada do que o gas de reforma a vapor.
Percentagem molar
h 2 4 8 , 0
C O 4 6 ,1
C 0 2 4 . 3
c h 4 0 , 4
N 2 e t c . 0 . 3
h 2 s 0 , 9
1 0 0 , 0
No processo industrial da Texaco, o óleo pré-aquecido, sob pressão, e misturado com oxigênio e 
vapor pre-aquecido. e injetado no queimador a oxidação parcial. Usam-se cerca de 260 ft3 (7.36 m3) 
de oxigênio, a 95 ou 9W r para cada 1.000 ft3 (28,3 m3) de H2 e C O obtidos. O gás do processo é 
resfriado num arrefecedor a contato direto com água e, em seguida, passa por um depurador a água e 
por um filtro, que servem para remover o carbono que não reagiu. O carbono é retirado da água de 
arrefecimento mediante filtração, por exemplo, para receber uma destinação final ou para ser reutili­
zado, ou pode ser refugado na forma de lama aquosa.
As etapas restantes da conversão do gás obtido na oxidação parcial ahidrogênio são as mesmas 
que do processo de reforma dos hidrocarhonetos a vapor: conversão de deslocamento do gás de água, 
remoção do C 0 2 via depuração com monoetanolamina e formação de metano.
p r o c e s s o s d e g a s e i f i c a ç ã o d o c a r v ã o A importância do carvão mineral como fonte de hidrogê­
nio aumentara, â medida que as reservas de hidrocarhonetos gasosos e líquidos forem diminuindo, no 
futuro. Embora o carvão mineral tenha sido usado nas usinas primitivas de gás de água e de gás de
"Eastm an. S y n t h e t i c G a s b y P a r t i a l O x i d a t i o n . I n d . E n g . C h e m . , 48, 1118 (1956); Girdler, H y d r o g e n P a m p h l e t , pág. 12; Labine, 
How the Air Force Liquefied Hydrogen. C h e m . E n g . ( N . Y .) , 67(2), 86 (1960) (fluxograma do processo de oxidação parcial do óleo 
cru, da Texaco, com reação de deslocamento, inclusive com a transformação catalítica do orto em paraidrogênio antes da liquefa­
ção).
1TECT, vol. 11. pág. 352. 1966; Hydrogen Gasification, A d v . P e t . C h e m . R e f i n . , 10, 167 (1965).
92 IN D Ú S TR IA S DE P R O CESSO S Q U ÍM IC O S
gerador, para a obtenção de uma mistura de H2 e CO, estas instalações não podem competir com 
processos mais modernos. Muitos processos de gaseificação de carvão estão em diversos estágios de 
desenvolvimento, mas apenas serão descritas aqui as três versões já industrializadas. São elas o 
processo Lurgi, o processo Koppers-Totzek e o processo W inkler.18 Em cada um deles, o carvão 
reage com o vapor de água e o oxigênio para levar à composição do gás de água. As diferenças 
residem, principalmente, nos vasos de reação.
O processo Lurgi ocorre num gaseificador a leito móvel, a pressões até 30 atm. O carvão seco e 
classificado entra pelo topo do gaseificador, através de uma moega, e é espalhado no leito via um 
distribuidor. O leito está suportado por uma grelha móvel, através da qual são injetados vapor e 
oxigênio e de onde as cinzas caem numa moega inferior, para serem periodicamente removidas. Ini­
cialmente, ocorre a desvolatilização, seguida pela gaseificação, quando a temperatura atinge 1.150 a 
1.600°F (621 a 871°C). A queima completa do carvão na parte de baixo do leito fornece o calor 
necessário ao processo. O gás que sai da câmara contém óleos, alcatrões e outros produtos de desvo­
latilização. além de poeira e cinzas; é levado num depurador a óleo.
O processo Koppers-Totzek gaseifica o carvão finamente dividido arrastado numa corrente de 
oxigênio e de vapor de água, quase à pressão atmosférica, num gaseificador horizontal, cilíndrico, 
com revestimento de refratário e com uma camisa de água para arrefecimento. A mistura arrastada 
entra na câmara através de dois ou de quatro queimadores em oposição. A gaseificação ocorre a 
temperaturas da ordem de 3.500°F (1.927°C). e as cinzas, nestas temperaturas, convertem-se numa 
escória fundida, a metade da qual cai num tanque de resfriamento e o resto sai com o gás bruto 
produzido, a 2.750°F (1.510°C). Nesta temperatura, não podem existir óleos, alcatrões ou outros 
produtos de desvolatilização e, por isso. o gás não os contém. O gaseificador. usualmente, está equi­
pado com pulverizadores de água na saída, para resfriar parcialmente o gás e solidificar a escória.
No processo Winkler. gaseifica-se o carvão mineral, num leito fluidizado. com vapor de água e 
oxigênio à pressão atmosférica. As temperaturas no leito atingem a 1.500 e I.850°F (816 a 1.010°Cj. 
suficientes para a reação de todos os alcatrões e hidrocarbonetos condensáveis. Pode haver ate 3% de 
metano. A maior parte das cinzas deixa o gaseificador no gás produzido. Adicionam-se vapor de água 
e oxigênio secundários, acima do leito fluidizado, para converter o carvão que deixa o leito sem 
reagir. Na seção superior do gaseificador está uma caldeira a calor radiante, para resfriar o gás até 
350 ou 400°F (177 a 204°C), antes da saída, e impedir a sinterização da moinha de cinzas sobre as 
paredes do canal de saída.
O processo Lurgi é o unico que opera sob pressão e possibilita economia operacional, quando o 
produto vai ser utilizado também sob pressão. Ao contrário dos outros processos, porém, trabalha 
com carvão classificado e não pode usar carvões coqueificantes. O processo Koppers-Totzek usa 
todo carvão e pode operar com qualquer tipo ou categoria. O processo Winkler tem dificuldades em 
operar com carvões coqueificantes. a menos que sejam convenientemente pré-tratados.
As composições típicas dos gases obtidos são as seguintes:
Co m p o siçã o (h a se seca ), % m o la r
Lu r g i Ko p p e r s-To t zek W in k le r
h 2 3 8 ,0 3 6 ,7 4 1 ,8
C O 20 .2 55 .8 3 3 ,3
c o 2 2 8 .6 6 .2 2 0 ,5
c h 4 11,4 0 .0 3 ,0
c 2 h 6 1.0 0 .0 0 .0
H 2S o u C O S 0 .5 0 .3 0 .4
n 2 0 ,3 1,0 1.0
A conversão destes gases a hidrogênio de elevada pureza se faz pela reação de deslocamento do gás 
de água e pelos processos de depuração que foram descritos, a propósito da reforma dos hidrocarbo­
netos a vapor.
c r a q u e a m e n t o d o a m o n í a c o Pode-se preparar uma mistura de 1 volume de nitrogênio e 3 volu­
mes de hidrogênio mediante o craqueamento ou dissociação do amoníaco. O processo consiste na 
vaporização do amoníaco líquido, contido em bombonas, no seu aquecimento até l.600°F (871°C), 
passando-o sobre um catalisador ativo. e. depois, no seu arrefecimento em trocadores de calor, onde 
o gás afluente pode ser vaporizado. Segundo Brandt, “ um único botijão de gás anidro, com 150 lb (68 
kg), produzirá 6.750 ft3 (191,1 m ‘) de amónia dissociada. Isto é equivalente ao conteúdo de cerca de 
33 botijões de hidrogênio.”
'"Perry, Coal Conversion Technology, C hem . Eng. (N . Y.). 81 (15), 88 (1974).
GASES IN D U S TR IA IS 9 3
GAS DE SÍNTESE
Mediante os processos descritos anteriormente, com os ajustes apropriados, é possível obter 
diversos gases de síntese; os seguintes são os que mais comumente se necessitam:
R a w vs voíamares
Gas de síntese para: H, CO
A m ó n i a 3 0 1
M e t a n o l 2 1 0
F i s c h e r - T r o p s e h 2 1 0
O x o 1 1 ()
E possível exemplificar o emprego destas misturas com o gás de síntese da amónia (Cap. 18). 
obtido mediante uma das seguintes sequências ou variantes de processo:
Alternativa l:
a. Processo de vapor e hidrocarbonetos, incluindo reforma secundária para a adição de nitrogê­
nio.
b. Conversão do monoxido de carbono.
c. Remoção do dióxido de carbono em grosso, por lavagem com água, ou carbonato de potássio 
a quente, ou Girbotol.
d. Remoção final do dioxido de carbono pelo Girbotol, ou depuração cáustica, ou lavagem com 
amónia.
e. Remoção final do monoxido de carbono pela conversão a metano ou por depuração com 
solução de cobre.
A lternativa 2:
a. Processo de oxidação parcial.
b. Conversão do monoxido de carbono.
c. Remoção grossa do dióxido de carbono por lavagem com agua, ou carbonato de potássio a 
quente, ou pelo Girbotol.
d. Remoção final do dióxido de carbono por depuração caustica ou a amónia.
e. Purificação final por separação a baixa temperatura e lavagem com nitrogênio liquido.
O gás de síntese para a produção da amónia e feito, especificamente, pela reforma do gas natu­
ral, da seguinte maneira: o gás natural passa sobre óxido de zinco, entre 675 e 750°F (354 a 399°C). 
para a remoção de quaisquer traços de compostos de enxofre. O gás dessulfurizado e misturado com 
aproximadamente 3,5 volumes de vapor de agua e passa pelo reator de reforma, que contem um 
catalisador suportado em níquel. Mediante calor externo, o catalisador é mantido entre 1.300 e 
1.500°F (704 a 816°C). O gás natural é reformado endotermicamente pelo vapor, produzindo mono­
xido de carbono e hidrogênio e. em quantidades menores, dióxido de carbono, metano inalterado 
(cerca de 1%), oxigênio e nitrogênio.
CH4(#) + H20 (* )----- > CC%) + 3H2(x ) A //1500oF = +54,2 kcal
Antes de entrar numa segunda unidade de reforma, o gás produzido é misturado com a quantidade 
suficiente de ar para completar a conversão