Aula_2 Catalise Heterogenea

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Em pó ( partículas da ordem de mícrons ). 
 
Em pellets 
cilíndricos 
esféricos 
capsulados 
 
Suportados em redes, malhas 
Envolve estudo de 
compactação, 
moldagem e extrusão 
 Peneira molecular: termo utilizado para reunir uma 
classe de materiais com arranjo regular de 
microporos (poros da ordem de 3 a 500 angstrons) e 
com dimensões bem definidas, hoje abrange uma 
variedade maior de sólidos porosos ordenados, com 
poros na faixa dos mesoporos (20 a 500 angstrons) e 
suas combinações, tornando-se um termo que 
unifica estes materiais tão importantes para a 
catálise. 
 
 Importantes exemplos de peneiras moleculares 
incluem as zeólitas, carbonos e vidros porosos, 
óxidos diversos e a família M41S e correlatos. 
Podemos aqui incluir os recém-sintetizados 
compósitos zeólita / peneiras mesoporosas e os 
zeogrids. 
 (a) Estrutura da zeólita Y (FAU): poros determinados pela estrutura cristalina; (b) Peneira mesoporosa: 
paredes constituídas por tetraedros aleatoriamente ligados; (c) Zeogrid: sistema mesoporoso com paredes 
zeolíticas; (d) Micrografia (MET) da zeólita Pt,Ni/HY; (e) Micrografia (MET) da peneira mesoporosa 
Pd/SBA-15 incluindo o padrão de difração; (f) Micrografia (MET) de um zeogrid com sistema 
micro/mesoestruturado (barra = 10 nm). 
 
e 
(a) (b) (c) 
(d) (e) (f) 
 Zeólitas são sólidos cristalinos microporosos tridimensionais, 
com estrutura bem definida e que contém Si, Al e O em sua 
estrutura. São de origem sintética ou naturais, e por sua 
estrutura regular e reprodutível, comportam-se de maneira 
predizível. Possuem cavidades ou poros de 3 a 20 Å. 
Faujasita ou 
zeólita Y : 
Aplicada no 
refino do 
petróleo. 
Mordenita 
Canais de 
5,2 x 5,6 Å 
Zeólita A 
Canais de 3 ou 4 Å 
ZSM-5 
Canais de 
5,1 x 5,5 Å 
Moléculas com dimensões 
similares aos microporos podem 
difundir e reagir num sítio ativo. 
Difusão do 
Benzeno na 
Zeólita Y. 
• Absorção 
 Podem absorver uma variedade de materiais, sendo usadas em 
processos de secagem, purificação e separação. 
 
• Troca iônica 
 Um de seus maiores usos, substituindo fosfatos como agentes de 
quebra de água dura. 
 Limpeza de água radioativa, removendo césio e estrôncio. 
 Remoção de amônia e íons amônio de efluentes 
 • Catalisadores 
 As zeólitas podem ser catalisadores extremamente 
seletivos com base no diâmetro molecular e são usadas no 
refinamento do petróleo e síntese petroquímica. 
 
 Genericamente, reator químico é um recipiente onde ocorrem 
reações químicas, transferências de massa e calor. 
 
 Em engenharia química 
• Reatores químicos são vasos projetados para conter reações 
químicas de interesse e escala industrial. 
• O projeto de um reator químico trata com múltiplos aspectos 
de engenharia química, sobre os quais os engenheiros 
químicos trabalham para obter a maximização dos valores 
possíveis para a reação dada. 
 
 Em engenharia química 
• Os projetistas garantem que a reação se processa com maior 
eficiência ao produto de saída desejado, produzindo o mais 
alto rendimento do produto, mas gerando o mínimo de custos. 
 
• As despesas normais de operação incluem 
 Fonte de energia; 
 Remoção (dissipação) de energia,; 
 Custos de matérias-primas; 
 Mão de obra, etc. 
 
Balanços 
 de Massa e Energia 
• Transferência de Massa 
• Transferência de Calor 
• Cinética 
Modelo Matemático 
do Reator 
e Simulação 
Escolha do Reator 
• Regime Estacionário 
• Otimização 
• Estrutura 
• Conversão 
• Regime Transiente 
• Controle de Processo 
• Partidas 
• Paradas 
Modo de Operação 
• Contínuo 
• Descontínuo 
• Semi-contínuo 
• Semi-descontínuo 
Tipo de Reator 
Número de Fases 
Geometria do Reator 
• Catalítico 
• Não catalítico 
• Homogêneo 
• Heterogêneo 
• Tanque com agitação 
• Tubular 
• Leito com enchimento – fixo ou móvel 
• Leito fluidizado 
Descontínuo 
• Reagentes adicionados no início da operação 
• Reação termina quando atinge o grau de conversão 
• Operação em regime transiente 
• Aplicado à indústria de pequena escala 
Contínuo 
• Reagentes adicionados ao longo da operação 
• Produtos retirados continuamente 
• Operação em regime estacionário (fora partida e término) 
• Aplicado à indústria de grande escala 
Semi-contínuo 
• Operação entre os dois tipos anteriores 
• Variação da composição da massa reagente 
• Adição de um reagente ou inerte ou purga de produtos 
• Aplicado aos sistemas complexos 
 O petróleo, no estado em que é extraído do solo, 
tem pouquíssimas aplicações. É uma mistura 
complexa de moléculas, compostas principalmente 
de carbono e hidrogênio – hidrocarbonetos – , além 
de algumas impurezas. 
 
 Encontrado em depósitos sedimentares sob a forma 
de : 
 Gás ( gás natural ) 
 Líquido ( óleo cru ) 
 Sólido ( xisto, hidrocarbonetos pesados, ... ) 
Prospecção Perfuração e 
completação 
Lençol 
Petrolífero 
Transporte 
Refino 
 Combustíveis : 
 geração de energia 
 
 Lubrificantes : 
 máquinas e equipamentos 
 
 Solventes: 
 indústria de tintas e correlatos 
 
 
 Pavimentação 
 Subprodutos 
 fabricação de tecidos 
sintéticos (poliéster,... ) 
 
 borracha sintética 
 
 tintas e plásticos 
 
 fabricação de fertilizantes 
( N, P, K ) 
 
 Inseticidas 
 
 Medicamentos , ... 
 Funções Principais: 
Fracionamento do óleo cru ( frações do 
petróleo ). 
Transformar as frações em produtos refinados 
para posterior processamento. 
Direcionar a produção de acordo com a 
demanda econômica. 
 
 
 Localizam-se geralmente 
próximas às fontes 
produtoras ou do mercado 
de consumo. 
 
 
 Processos de Separação Física 
Destilação 
Extração por solventes 
Cristalização por resfriamento 
Filtração 
Absorção 
 
 Processos de Alteração Química 
 Craqueamento ou Cracking 
 Reforma ou Reforming, ... 
 
 Processos de Purificação 
 Fração Temperatura de 
Destilação 
Número de 
Carbonos 
 GLP < 20 ºC C1-C4 
 Éter do Petróleo 20 – 60 ºC C5-C6 
 Nafta Leve 60 – 100 ºC C6-C7 
Nafta 
 
Gasolina Natural 40 – 205 ºC C5-C10 
 Nafta pesada 127 – 204 ºC C8 – C12 
 Querosene 175 – 325 ºC C12- C18 
 Gasóleo > 275 ºC > C12 
 
 Óleo de 
Lubrificação 
 
 - Cadeias longas e 
complexas 
 Asfalto ou coque 
de petróleo 
Sólidos Estruturas 
policíclicas 
 
 
 
 
 
 1914 - Fabricação de Amônia 
 ( F.Haber e C. Bosch ) 
 1923 - Síntese Carboquímica do Metanol 
 (BASF) 
 1923 - Síntese Carboquímica de Hidrocarbonetos 
 ( F. Fisher e H. Tropsch ) 
 1955 - Polimerização do Eteno 
 ( K. Ziegler e G. Natta ) 
 1976 - Controle de poluição de motores a combustão 
 ( Programa Interindustrial ) 
 1934 - Craqueamento catalítico ( E. Houdry ) 
 catalisador: Al2O3 / SiO2 (sílica-alumina amorfa ) 
 1950 - Reforma Catalítica ( V. Haensel ) 
 catalisador: Pt / Al2O3 
 1964 - Craqueamento com Zeólitas ( Union Carbide ) 
 catalisador: Zeólita Y impregnada com terras raras 
 E vários processos em evolução ... 
Alifáticos 
ou ciclos 
saturados 
Aromáticos 
Mo2O3 / Al2O3 , 560 º C, 20 atm 
ou Pt / Al2O3 em condições similares 
Exemplo: 
 n-C7H16 
 n-heptano 
CH3 
+ 4 H2 
tolueno 
A reforma catalítica também inclui: 
desidrogenação, ciclização e isomerização. 
 Pirólise das parafinas ( decomposição pelo calor ). 
Alcanos pesados Alcanosleves + Alcenos (C2H4) 
NAFTA ou GASÓLEO 
Aumenta 
rendimento a 
Gasolina 
Síntese de 
Alifáticos por 
Reforma 
Catalítica 
Craqueamento Térmico: ação somente do calor. 
Craqueamento Catalítico: Utiliza catalisadores para auxiliar no 
craqueamento ( sílica -alumina, Zeólita Y estabilizada com terras raras ). 
Craqueamento a vapor : Hidrocarboneto em vapor d’água ( 700 - 900 ºC ). 
Hidrocraqueamento: Hidrocarboneto em H2 (altas pressões , 250 - 450 ºC ). 
Catalisadores para gases de 
combustão de automóveis 
 Catalisadores suportados: metais 
oxigenantes (Pd,-Rh, Pd-Mo) sobre suporte 
de cerâmica (colméia ). 
 Eliminação de CO e produtos que não foram 
consumidos na combustão. 
 Obrigatoriedade de instalação a partir de 
1982. 
 Pesquisas avançadas no IPT.