Resolução dos Exercícios Lista 2 de Processos

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Revisão para a 2ª Prova e Resolução 
de alguns exercícios da lista 2 de 
Processos Químicos IndustriaisProcessos Químicos Industriais
Prof. Marcus Tolentino
Produção do Alumínio
1- Identifique e descreva sobre as etapas de produção do alumínio primário?
Mineração 
da bauxita
Extração do 
Alumínio e 
formação do 
Al2O3 (alumina)
Processo Bayer
Transformação da 
alumina em 
alumínio metálico, 
através do 
processo de 
redução 
eletrolítica –
Aluminio
metálico
(Al0)
eletrolítica –
Processo Hall -
Heroult
Produção do Alumínio
2- Por que a produção do alumínio de primário apresenta um custo elevado comparado a do alumínio
de secundário?
Demanda energética – Produção Alumínio Primário
Mineração
+
Processo Bayer
+
 13.000 kwh/t
Processo Hall-Héroult
Demanda energética – Produção Alumínio Secundário
Materiais de alumínio Alumínio fundidoForno de 
fundição
escória
O alumínio secundário 
consome até 80% menos 
energia quando comparado 
ao processo de produção do 
alumínio primário
3- Calcule a massa de alumínio (Al0) que é produzido em toneladas, sabendo que a extração
da alumina (Al2O3) no processo Bayer é capaz de converter 40 % m/m de Bauxita em
alumina e que a eficiência do processo Hall-Héroult, seja de 90%.
Considere a massa de bauxita equivalente a 10.000 toneladas
Reação redução da alumina: 2 Al2O3(l) + 3 C(s) 4 Al°(l) + 3 CO2(g)
Produção do Alumínio
Reação redução da alumina
2 Al2O3(l) + 3 C(s) 4 Al°(l) + 3 CO2(g)2 Al2O3(l) + 3 C(s) 4 Al°(l) + 3 CO2(g)
1ª Etapa: Calcular o teor de alumina extraída do mineral bauxita
10.000.000 kg de bauxita – x kg Al2O3 x = 4.000.000 kg Al2O3 
100 kg de bauxita - 40 kg Al2O3 
2ª Etapa: Calcular a massa de alumina que se transforma em Alumínio metálico
2 mol Al2O3 - 4 mol Al0 Y = 2.118 t de Al0 considerando 90% de 
204 g Al2O3 - 108 g de Al0 eficiência do processo Hall-Héroult
4.000 t Al2O3 - Y t de Al0
2.118 t de Al0 x 0,9 = 1.906 ton de Al0
4- Calcule o gasto de energia elétrica em reais (R$), para produzir as 1.906
ton de alumínio.
Considere : 13.000 kwh para pruzir 1 tonelada de Al0 e R$ 0,32/ kwh
Produção do Alumínio
1ª Etapa: O consumo de energia em kwh para produzir 1.906 ton
13.000 kwh de energia – 1 ton de Al x = 24.778.000 kwh de energia13.000 kwh de energia – 1 ton de Al x = 24.778.000 kwh de energia
X - 1.906 ton de Al
2ª Etapa: O gasto em reais de energia elétrica, para produzir as 1.906 ton
24.778.000 kwh de energia x 0,32 R$/kwh = R$ 7.928.960 
Produção do Cobre
6- Quais são as etapas do processo de obtenção do cobre primário. Cite
e descreva cada uma das etapas.
Cobre Primário
Extração do mineral
Processos de cominuição : 
De 0,5 à 
2% de Cu 
Processos de cominuição : 
Britagem e Moagem 
Flotação do minério
eleva o teor 
de Cu de 20% 
a 30%
Processos Pirometalúrgicos
Eletrólise
Obtenção do 
Cu metálico 
98%
Cu metálico 
com 99,99%
Cu2S + nFeS + FeO + SiO2 + CaO Cu2S,nFeS + FeSiO3 + CaSiO3
Mate 
formado
Depois da formação do mate, o
material passa por mais
consecutivos processos
pirometalúrgicos.
Continuação: processos pirometalúrgicos para obtenção do cobre (Cu)
Produção do Cobre
Forno conversor tem
a função retirar o
enxofre da molécula
e promover a
oxidação das
espécies químicas
O gás oxigênio injetado
A adição de sílica (SiO2) promove a
solubilização o FeO, gerando a escória
O gás oxigênio injetado
promove a oxidação do
sulfeto de cobre (CuS)
Produto com 98 à 99 % de Cu
O gás oxigênio injetado
promove a oxidação do
sulfeto ferroso (FeS)
7- Qual(is) a(s) diferença(s) entre o cobre produzido através do processo
pirometalúrgico e eletrometalúrgico?
Produção do Cobre
Quando a aplicação do cobre 
necessita de maior grau de 
pureza – Realiza-se o 
processo eletrolítico.
Cobre utilizado em 
dispositivos 
eletrônicos
O cobre proveniente do refino ao
fogo é utilizado como anodo
(oxida)  Libera íons (Cu2+) para
a solução
Os íons de Cu2+ são atraídos para
o cátodo (-) recebem elétrons e
formam o cobre metálico de alta
pureza (99,99%) sobre o cátodo.
Ilustração do processo eletrolítico
Por fim, o cobre eletrolítico é
fundido e conformado em função
da aplicação e necessidade
Processo dura aproximadamente uma 
semana
8- Industrias que executam a operação de ustulação no processo industrial podem ter a planta de captação
do dióxido de enxofre (SO2) e transformá-lo em SO2 líquido ou produzir ácido sulfúrico (H2SO4) 98% m/m. A
reação de Produção do ácido sulfúrico:
SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g)
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l)
Considerando que nas etapas de ustulação do minério sulfetado de cobre sejam liberados o SO2 e que esse é
convertido à SO3 com 80% de eficiência. Calcule a massa de ácido sulfúrico que é produzido sabendo que 1 tonelada
do minério Calcopirita é capaz de liberar 50 kg de SO2.
Considere que a reação do SO3 e H2O, para a produção de H2SO4, tenha 70% de eficiência.
De acordo com a proporção da reação balanceada de transformação de SO2 em SO3
temos:
Produção do Cobre
temos:
SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g)
1mol SO2 - 1mol SO3
64 g SO2 - 80 g SO3
50 kg SO2 - X X = 62,5 kg (como a reação apresenta 80% de 
eficiência)
X = 62,5 kg .0,8 = 50 kg SO3
A conversão de SO3 em H2SO4 é dado pela reação: 
1 mol SO3 - 1 mol H2SO4
80 kg SO3 - 98 kg H2SO4
50 kg SO3 – Y Y = 61,25 kg x 0,7 = 42,88 kg de H2SO4
9- No processo de obtenção do cobre catódico (de alta pureza, 99,99%) aplica-se o processo
eletrolítico que irá promover a formação de cobre metálico sobre a superfície do catodo. O
processo de eletrolise deve durar até a placa do catodo tenha suas dimensões aumentadas em 2
vezes. Sabendo que as medidas da placa catódica inicial, estão ilustradas abaixo. Determine o
tempo que o processo eletrolítico deve acontecer em dias, para que haja deposição do cobre sobre
a placa conferindo a ela uma espessura final requerida.
Dados:
Densidade do Cobre = 8,6 g/mL
Massa molar do Cobre =
Corrente aplicada ao processo eletrolítico 100 A
2cm
Produção do Cobre
Corrente aplicada ao processo eletrolítico 100 A
Reação: Cu2+ + 2e- Cuo
M = (i. t. MM)/(n.96500) (equação 1)
20cm
20cm
Primeiro passo: Determinar o volume inicial e final da 
placa aonde será depositado o cobre.
Segundo passo: Determinar o volume de cobre depositado 
na placa.
Volume inicial = 2 cm x 20 cm x 20 cm
Volume inicial = 800 cm3
Volume final = 4 cm x 40 cm x 40 cm
Volume final = 6.400 cm3
Volume de cobre depositado na placa = Volume 
final – Volume inicial
Volume de cobre depositado na placa = 5.600 cm3
Terceiro passo: Determinar a massa de cobre depositado na placa através da massa especifica do 
cobre.
Massa específica do cobre = 8 g/cm3 
Massa de cobre depositado = 5.600 cm3 x 8g/cm3
Massa de cobre depositado = 44.800 g
Produção do Cobre
Continuação da questão 9
Quarto passo: Determinar o tempo necessário para depositar a massa de cobre através da
equação 1.
M = (i. t. MM)/(n.96500) (equação 1)M = (i. t. MM)/(n.96500) (equação 1)
t = (M . n . 96.500) / (i . MM)
t = ( 44.800g . 2e- . 96.500 ) / 100 A . 63, 5 g/mol
t = 1.361.637, 8 segundos
t = 22.693.7 minutos
t = 378, 2 horas
T = 15 dias e 18 horas 
Produção do Cimento
10- Faça um fluxograma mostrando todas as etapas do processo de produção do cimento.
Etapas
Extração do minério da 
jazida
Britagem do 
minério
Moagem Calcinação
Obtenção do 
ClínquerClínquer
Ilustração das etapas 
do Processo
11- Explique porque o calcário deve ser calcinada para a formação do clínquer.
Na calcinação do calcário (obtenção do clínquer)
- Evaporação de água livre (umidade);
H2O(l) + energia (calor)  H2O(g)
- Transformação dos carbonatos (CO32-) em óxidos (O2-);
MgCO + Energia (340 C) MgO + CO
Produção do Cimento
MgCO3(s) + Energia (340 oC) MgO(s) + CO2(g)
CaCO3(s) + Energia (894 oC)  CaO(s)+ CO2(g)
- Desidroxilação das argilas;
perda de água pelas argilas (SiO2)
- Formação do silicato dicálcico (2CaO.SiO2). Processo acelerado na presença de ferro e alumínio
CaO(s) + SiO2(s) + energia (1200oC)  2CaO.SiO2(s)
O silicato dicálcio será a espécie
química que irá reagir com a água
promovendo o enrijecimento da
estrutura do cimento.
12-Explique por que o gesso é adicionado ao cimento? Em qual etapa ele é
adicionado?
Produção do Cimento
Gesso
- Fórmula química : CaSO4.2H2O (sulfato de cálcio di-hidratado)
- Finalidade de regular o tempo de pega (endurecimento) do cimento.
- O gesso permite que o cimento permaneça trabalhável por pelo menos uma 
hora (sem gesso, o cimento endureceria em 15 minutos).
- A quantidade de gesso no cimento classifica o cimento de secagem rápida e 
lenta.
O gesso é adicionado após moagem do clínquer, na etapa de adição dos aditivos
13 - Qual é a função das unidades A e B na indústria cimenteira?
Produção do Cimento
Forno Rotativo: Promove a calcinação
total dos componentes presentes no
cimento
(A)
Série de Ciclones: Promovem a pré-
calcinação e homogeneização das
materiais-primas para formação do
clínquer.
(B)
14 - A composição química do cimento Portland varia ligeiramente conforme a
tabela abaixo:
Em uma construção foram utilizados 40 sacos contendo 10 Kg de cimento cada.
Calcule a massa máxima alumínio que pode ser encontrado nessa construção,
considerando apenas a quantidade de cimento utilizada.
Produção do Cimento
Composto Porcentagem no cimento (%)
CaO (óxido de cálcio) 61 a 67
1ª - Massa total de cimento:
40 sacos x 10 kg /cada = 400 kg
Dados: MMAl2O3 = 101,96 g/mol MMAl = 26,98 g/mol
SiO2 (dióxido de silício) 20 a 23
Al2O3 (óxido de alumínio) 4,5 a 7,0
Fe2O3 (óxido de ferro III) 2,0 a 3,5
MgO (óxido de magnésio) 0,8 a 6,0
SO3 (trióxido de enxofre) 1,0 a 2,3
NaO (óxido de sódio) 0,5 a 1,3
40 sacos x 10 kg /cada = 400 kg
2ª - Determinação da massa 
de Al2O3 (óxido de alumínio) 
através da tabela de 
percentual:
100 kg Cimento – 5,75 kg Al2O3
400 kg Cimento - X kg Al2O3
X = 23 kg de Al2O3
3ª - Determinação da massa de Al (Aluminio) através da
massa de Al2O3 (óxido de alumínio)
1mol Al2O3 – 2mol de Al
101,96 g Al2O3 – 53,96 g Al
23 kg de Al2O3 - Y = 12,17 kg de Al em
média
15 -Qual é a matéria prima utilizada como plastificante na conformação da cerâmica?
Fabricação de Cerâmica
- Feldspato (K2O. Al2O3. 6 SiO2), (Na2O. Al2O3. 6 SiO2 ), (CaO. Al2O3. 6 SiO2 );
- Sílica (areia; SiO2);
- Argila (Al2O3 · 2 SiO2 · H2O).
Materiais cerâmicos
são constituídos por
As argilas são materiais com
característica plástica e moldável
quando suficientemente
cominuída e úmida
Secagem
Após secagem, perda de
umidade, apresentam
rigidez e dureza.
(Argila)Caulinita Feldspato Areia ou Sílica
Fórmula Química Al2O3. 2 SiO2. 2H2O K2O. Al2O3. 6 SiO2 SiO2
Plasticidade Plástica Não Plástica Não Plástica
Fusibilidade Refratário Aglomerante facilmente fusível Refratário
Ponto de Fusão 1.780 oC 1.150 oC 1.710 oC
Retração na 
Queima
Retração grande Funde Não há retração
16- Qual a importância do Feldspato como matéria prima na produção da cerâmica?
Fabricação de Cerâmica
O feldspato é a espécie fundente. Através dele é possível realizar a
aglomeração das partículas que constituintes a mistura cerâmica.
Quanto maior a quantidade de fundente, menor será a porosidade do
material cerâmico.
17 - A vitrificação é importante para reduzir a porosidade em materiais cerâmicos.
Explique a necessidade de reduzir a porosidade neste tipo de material.
Quanto mais vitrificado é uma estrutura cerâmica menor será sua porosidade
resultando no menor índice (teor) de absorção de umidade do meio.
As placas cerâmicas para revestimentos são classificadas, em função da absorção de água:
-Porcelanatos: de baixa absorção e resistência mecânica alta (BIa de 0 a 0,5%);
- Grês: de baixa absorção e resistência mecânica alta (BIb de 0,5 a 3%);
- Semi-Grês: de média absorção e resistência mecânica média (BIIa de 3 a 6%);
- Semi-Porosos: de alta absorção e resistência mecânica baixa (BIIb de 6 a 10%);
- Porosos: de alta absorção e resistência mecânica baixa (BIII, acima de 10%)
18- Por qual motivo a secagem de cerâmicas deve ser realizada de forma lenta?
Fabricação de Cerâmica
Uma secagem rápida iria promover uma saída rápida das moléculas de água da 
cerâmica promovendo a quebra ou excesso de porosidade do material. 
19 - Descreva sobre os tipos de cerâmicas de revestimento
Tabela presente na resposta da questão 18.
20 - Qual a importância do fator PEI em cerâmicas de revestimento?
Fator responsável por determinar a resistência superficial da cerâmica em função
do atrito gerado sobre a mesma.
PEI 1: Produto recomendado para ambientes residenciais onde se caminha geralmente com chinelos ou
pés descalços. Exemplo: banheiros e dormitórios residenciais.
PEI 2: Produto recomendado para ambientes residenciais onde se caminha geralmente com sapatos.
Exemplo: todas as dependências residenciais, com exceção das cozinhas e entradas.
PEI 3: Produto recomendado para ambientes residenciais onde se caminha geralmente com alguma
quantidade de sujeira abrasiva (todas as dependências residenciais).
PEI 4: Produto recomendado para ambientes residenciais (todas as dependências) e comerciais com alto
tráfego. Exemplo: restaurantes, churrascarias, lojas, bancos, etc.
PEI 5: Produto recomendado para ambientes residenciais e comerciais com tráfego muito elevado.
Extração e Refino do Petróleo
21 - A indústria do Petróleo e dividida em três setores Upstream, Midstream e
Downstream. Descreva o significado de cada um destes setores.
Upstream: Corresponde às atividades de exploração e produção.
- Estudos geológicos e geofísicos de mapeamento e identificação de
possíveis regiões produtoras de petróleo;
- Encontrado petróleo, é feita a exploração (técnicas de infraestrutura para- Encontrado petróleo, é feita a exploração (técnicas de infraestrutura para
iniciar a produção)
- Processamento (extração do petróleo)
Midstream : Relacionado com as atividades de transporte e refino.
Downstream: Corresponde a distribuição de derivados de petróleo e gás.
- Distribuição de gasolina, gás, oleo diesel, etc, para o consumidor final.
(SHELL, TEXACO, IPIRANGA, BR)
Extração e Refino do Petróleo
22- Como se deu a formação do Petróleo através da teoria Biogênica?
Matéria Orgânica
oriunda de vegetais,
animais.
Essas camadas em função
da profundidade foram
passando pela ação do
calor e pressão resultando
na formação do petróleo
Com o passar de
milhões de anos
camadas de materiais
orgânicos e inorgânicos
foram sendo formados
23- Quais são os possíveis produtos provenientes de um poço petrolífero?
Extração e Refino do Petróleo
Ilustração de um poço de petróleo. Ilustração de um poço de gás natural
Os principais componentes são:
- Óleo Cru (Petróleo)
- Gás Natural
24 - Qual é o significado do termo completação aplicado a poços de petróleo?
Extração e Refino do Petróleo
Completação – estruturação do poço.
- Quando o poço é preparado para produzir. Uma tubulação de aço, chamada de coluna de
revestimento, é introduzida no poço. Em torno dela é colocada uma camada de cimento, para
impedir a saída e entrada de fluídos indesejáveis e o desmoronamento do poço. A operação
seguinte é o canhoneio: um canhão especial desce pelo interior do revestimento e provoca
perfurações no aço e no cimento, abrindo furos nas zonas portadoras de óleo e gás natural,
permitindo o escoamento desses fluidos para a tubulação do poço.
Tubulação de
aço
Camada de 
cimento
Região de coleta do 
gás e Petróleo
Válvulas de separação e controle de
vazão (Árvore de Natal)
25 - Petróleos com grau API elevado apresentam componentes mais voláteis ou menos 
voláteis em sua composição? 
Extração e Refino do Petróleo
-A densidade utilizada é a massa específica ou densidade especifica, tendo 
Grau API ( Avalia do grau de densidade do óleo):
° API = 141,5 - 131,5
densidade-A densidade utilizada é a massa específica ou densidade especifica, tendo 
como referência a água.
- Quanto maior o valor de ° API, mais leve é o óleo ou o derivado.
Exemplos: Asfalto 11° API, Óleo bruto pesado 18° API, Óleo bruto leve 36°
API, Nafta 50° API, Gasolina 60° API
26 - A destilação a vácuo é a etapa de processo posterior a destilação atmosférica.
Explique por qual motivo é aplicado a destilação a vácuo e quais produtos são utilizados
como matérias - primas nesta etapa?
Extração e Refino do Petróleo
- O resíduo de vácuo, produzido na
destilação atmosférica, possui alto
peso molecular e baixo valor
comercial.
-Mas existem no resíduo frações,-Mas existem no resíduo frações,
como os gasóleos, de mais alto
valor e que não podem ser
vaporizadas na destilação
atmosférica.
- Como a temperatura de ebulição
varia diretamente com a pressão,
ao se reduzir a pressão, reduz-se o
ponto de ebulição, sendo possível
obter e separar produtos menos
voláteis.
Resíduos pesados (não destilados)
provenientes da destilação atmosférica
27 - A reforma catalítica, hidrocraqueamento catalítico e o coqueamento retardado, são
processos aplicados para... complete a frase.
Extração e Refino do Petróleo
Podem existir inúmeras formas de completar essa frase. 
Uma delas seria...
Reposta
A reforma catalítica, hidrocraqueamento catalítico e o coqueamento retardado, sãoA reforma catalítica, hidrocraqueamento catalítico e o coqueamento retardado, são
processos aplicados para gerar produtos de maior valor agregado em função da
demanda do mercado.
28 - Descreva o significado de polímeros Termoplásticos, Termorrígidos e Elastômeros.
Polímeros e Conformação Polimérica
Termoplásticos: polímeros que apresentam a capacidade de amolecer e
fluir quando sujeito a um aumento de temperatura e pressão.
- Para este tipo de material há transformação física.
- Estes polímeros são solúveis, fusíveis e recicláveis.
Termofixos ou termorrígidos: plástico que com o aquecimento amolece umaTermofixos ou termorrígidos: plástico que com o aquecimento amolece uma
vez, sofre o processo de cura (transformação química), tornando-se rígido.
- Este polímero é infusível e insolúvel.
- Estes polímeros são também denominados de termorrígidos ou
termoestável.
Elastômeros ou Borrachas: podem ser classificados em naturais ou sintéticos.
Exibem elasticidade em longos faixas de deformação à temperatura ambiente.
29 - Descreva a diferença presente entre as cadeias de cada uma das classes dos
polímeros Termoplásticos, Termorrígidos e Elastômeros.
Polímeros e Conformação Polimérica
Termoplásticos não apresentam ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. Podem
apresentar cadeias lineares (Polímeros de Alta Densidade) ou Ramificadas (Polímeros de baixa
densidade).
Elastômeros e Termorrígidos apresentam cadeia poliméricas interligadas através de ligações
cruzadas. Elastômeros apresentam menor numero de ligações cruzadas e Termorrígidos maior
número de ligações cruzadas.
30 - Quais as diferenças entre os métodos de conformação de uma extrusora e uma
injetora?
Polímeros e Conformação Polimérica
O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passagem do material por
dentro de um cilindro aquecido de maneira controlada, por meio da ação bombeadora
de uma ou duas roscas sem fim, que promovem o cisalhamento e homogeneização do
material, bem como sua plastificação.
Extrusão:
Injeção:Injeção:
Apresenta o mesmo dispositivo que força a passagem do material polimérico dentro do
cilindro aquecido, porém é acrescido da unidade de injeção e do molde
InjetoraExtrusora
31- É possível controlar a densidade de um polímero ao ser injetado e conformado?
Explique
Polímeros e Conformação Polimérica
Através do volume de gás misturado
junto ao polímero que será injetado é
possível controlar a densidade da
espuma.espuma.
Maior quantidade de gás injetado
menor a densidade – espuma mais
expansível
Menor quantidade de gás injetado
maior a densidade – espuma menos
expansível
Por hoje é só turma...
Na próxima semana, 09/06/2020, será 
a segunda prova de Processos a segunda prova de Processos 
Químicos