aula 06

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PROCESSOS QUÍMICOS 
INDUSTRIAIS 
AULA 06 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof.ª Thaís Helena Curi Braga 
 
 
 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Nesta aula, abordaremos quatro setores da indústria química, escolhidos 
pelo grau de importância que têm no cenário econômico brasileiro. São eles: 
 Indústria petroquímica. 
 Indústria siderúrgica. 
 Indústria de produtos químicos. 
 Agroindústria. 
Além de fornecer produtos acabados para o consumidor final, como a 
gasolina que abastece nossos carros e o leite que tomamos no café da manhã, 
essas indústrias produzem matérias-primas para muitas outras unidades 
industriais. Qual delas você gostaria de conhecer? 
Figura 1 – Produção de iogurte em uma fábrica de laticínios 
 
 
TEMA 1 – REFINAÇÃO DO PETRÓLEO E PETROQUÍMICA 
A indústria do petróleo é uma das mais importantes indústrias orgânicas 
para a civilização técnica moderna. Ela fornece as matérias-primas para a 
fabricação de uma infinidade de substâncias químicas. 
Após a extração do subsolo, o petróleo cru segue para as refinarias e o 
gás natural para as unidades separadoras, onde passa por operações de 
destilação e craqueamento e reações químicas de polimerização, alquilação, 
dessulfurização, dessalinização, desidratação e hidrogenação. 
 
 
 
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Figura 2 – Jazida de petróleo e gás natural 
 
 
Constituintes do petróleo 
Figura 3 – Unidade separadora de gás natural 
 
O petróleo cru é constituído por diferentes substâncias químicas 
denominadas frações. Quando o petróleo deixa uma jazida subterrânea, é 
separado espontaneamente em gás natural e óleo cru, devido à diferença de 
volatilidade. Essa mesma diferença fundamenta o processo de fracionamento 
realizado em uma refinaria, onde acontece basicamente uma divisão por pontos 
de ebulição. 
Das frações mais leves até as mais pesadas, tem-se (Shreve, 1980): 
 gás natural e gasolina natural; 
 Gás Liquefeito do Petróleo (GLP); 
 destilados leves – gasolina automotiva, nafta, combustível de jato, 
querosene, óleos leves; 
 
 
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 destilados médios – óleos combustíveis pesados, óleo diesel, 
gasóleo; 
 destilados pesados – óleos minerais pesados, ceras, óleos 
lubrificantes; 
 resíduos – óleos lubrificantes, óleos combustíveis, petrolato, 
asfalto, coque. 
Figura 4 – Colunas de destilação 
 
 
No Anexo 1, disponível no material on-line, são apresentados alguns 
fluxogramas relacionados à refinação do petróleo. 
 
Petroquímicos básicos 
As frações do óleo cru obtidas por destilação podem sofrer craqueamento 
ou reforma e reações químicas para a obtenção de petroquímicos básicos, como 
eteno, propeno, buteno, benzeno, tolueno, xileno e naftaleno. Algumas 
operações unitárias utilizadas na obtenção de petroquímicos básicos são: 
 destilação e destilação extrativa para obtenção de eteno e buteno; 
 extração por solvente para obtenção de benzeno; 
 cristalização para obtenção de xileno; 
 adsorção para obtenção de eteno e parafinas. 
As refinarias, unidades separadoras de gás natural e produção de 
petroquímicos básicos, compõem os polos petroquímicos, considerados os 
 
 
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maiores complexos industriais do Brasil, e são denominadas indústrias de 
primeira geração, fornecendo matérias-primas para as indústrias de segunda 
geração. 
 
Indústrias de segunda geração 
Os petroquímicos básicos sofrem conversões químicas nas indústrias de 
segunda geração para se transformarem em substâncias químicas, tais como: 
● amônia para a indústria de fertilizantes; 
● resinas termoplásticas como polietileno, polipropileno, policloreto 
de vinila (PVC), politereftalato de etileno (PET), poliestireno e borrachas 
sintéticas que seguirão como matérias-primas para a indústria de plásticos; 
● náilon, poliésteres e fibras acrílicas para a indústria têxtil; 
● outras substâncias para a indústria de solventes, tintas, produtos 
de limpeza, pneus e até alimentos. 
Todas as indústrias citadas são denominadas indústrias de terceira 
geração. 
Assista aos vídeos sugeridos: 
● Indústria de primeira geração. Disponível em: 
https://youtu.be/-ZwhXzUXBLk 
 
● Indústria de segunda geração (eteno). Disponível em: 
https://youtu.be/NTtyMoNftrg 
 
TEMA 2 – INDÚSTRIA DO AÇO 
O aço é uma liga de ferro e carbono. A fonte de ferro é o minério na forma 
de óxido de ferro encontrado na crosta terrestre, misturado com areia. O carbono 
também é abundante na natureza e pode ser de origem vegetal ou mineral. O 
carvão também é fonte combustível para o funcionamento dos fornos 
siderúrgicos. O aquecimento de ferro e carbono em fornos a altas temperaturas 
modifica as propriedades originais do ferro, criando uma liga metálica mais firme 
e resistente à corrosão. 
 
 
 
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Descrição do processo 
O ferro e o carbono passam por uma preparação, a fim de otimizar o 
processo de refino para a fabricação do aço. O preparo do minério de ferro é a 
sinterização, gerando um produto intermediário denominado sínter. Já o carvão 
mineral segue para as coquerias e é posteriormente destilado para obtenção do 
coque e subprodutos. O processo subsequente é a redução, para remoção do 
oxigênio do minério de ferro. Isso acontece no alto forno, onde o minério de ferro 
se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Os subprodutos 
desse processo são chamados de escória, matéria-prima para a fabricação de 
cimento. 
Figura 5 – Fluxograma de uma indústria siderúrgica 
 
Fonte: <http://www.ufrgs.br/>. 
 
 
Figura 6 – Etapa de laminação do aço 
 
A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa liquefeito é levado 
para a aciaria, onde se realiza o processo de refino em fornos a oxigênio ou 
 
 
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elétricos. A fase final do processo de fabricação do aço é a laminação, quando 
o aço, em processo de resfriamento e consequente solidificação, é deformado 
mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos finais, como chapas, 
barras, bobinas, perfis, arames, entre outros. 
Assista aos vídeos sugeridos e entenda melhor a indústria siderúrgica. 
 Impactos ambientais e sociais: 
https://youtu.be/GSz4lJsI5U8 
 
 Processo de produção do aço: 
https://youtu.be/Ye7UZ4dZ8j0 
 
 Votorantim siderurgia: 
https://youtu.be/F2azAmgMZC0 
 
 Usiminas Ipatinga: 
https://youtu.be/5gt5w0g6Tz8 
 
TEMA 3 – INDÚSTRIA DE PRODUTOS QUÍMICOS 
Em termos de operações unitárias, as indústrias de produtos químicos 
envolvem, além do reator, uso de fornos e cubas eletrolíticas para a quebra de 
moléculas, cristalizadores, granuladores, moinhos, separadores mecânicos para 
obtenção dos produtos finais da sua forma comercializável. 
Figura 7 – Produção de soda cáustica em membrana de troca iônica 
 
 
 
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Indústrias eletrolíticas e eletrotérmicas 
Nessas indústrias, a energia, na forma de eletricidade, provoca reações 
químicas ou elevadas temperaturas, tão altas quanto 4000°C. Os produtos 
fabricados com a ajuda da eletricidade vão desde substâncias também 
produzidas por outros métodos, tais como a soda cáustica, o hidrogênio e o 
magnésio, até substâncias que só podem ser obtidas economicamente por esse 
processo, como o alumínio e o carbeto de cálcio. 
 
Indústrias do fósforo, potássio e nitrogênio 
As propriedades dos compostos de fósforo são únicas, participando de 
muitos processos bioquímicos e da formação de superfosfatos e vários tipos de 
polímeros orgânicos e inorgânicos. A rocha fosfática é uma importante matéria-
prima para a fabricação de ácido fosfórico, de superfosfato e de outros 
compostos de fósforo.Os sais de potássio mais importantes são o cloreto, o sulfato, o carbonato 
e o tartarato de potássio, usados como matérias-primas de sabões, detergentes, 
vidro, corantes, pólvora. 
Os produtos derivados do nitrogênio incluem a cianamida, a amônia 
sintética, sais de amônio, ureia, ácido nítrico e nitratos. 
 
 
Figura 8 – Fertilizantes minerais NPK (Nitrogênio, fósforo e potássio) 
 
Indústrias de ácido sulfúrico e clorídrico 
O enxofre é uma substância química encontrada na crosta terrestre, em 
minérios ou na forma elementar em calcários porosos. Também pode ser obtido 
 
 
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na purificação do gás natural ou do gás de coquerias e nas refinarias de petróleo. 
Entre seus principais usos está a fabricação do ácido sulfúrico, o uso como 
fertilizante e como ácido industrial. 
Figura 9 – O trio de ácidos mais importantes da indústria química 
 
O ácido clorídrico é um produto químico da indústria pesada tão 
importante quanto o ácido sulfúrico. Existem muitos caminhos de reação química 
para a obtenção do ácido clorídrico, tais como a queima do gás cloro em 
hidrogênio, cloração de hidrocarbonetos e reação do cloreto de sódio com ácido 
sulfúrico. 
 
TEMA 4 – AGROINDÚSTRIA 
A agroindústria é o conjunto de atividades relacionadas à transformação 
de matérias-primas provenientes da agricultura, pecuária, aquicultura ou 
silvicultura (cultivo de árvores). Observe que essas matérias-primas são todas 
de origem vegetal ou animal. Os produtos gerados pela agroindústria podem 
servir de matéria-prima para outras indústrias – a indústria de madeira alimenta 
a indústria moveleira – ou atingir diretamente o consumidor final. Algumas 
agroindústrias têm um planejamento que leva em consideração a sazonalidade 
de suas matérias-primas. As linhas produtivas também devem estar preparadas 
para absorver variações nas características das matérias-primas e necessidades 
especiais de armazenamento. 
Assista ao vídeo sugerido sobre o agronegócio brasileiro e as cadeias 
produtivas da Associação Brasileira do Agronegócio, disponível em: 
https://youtu.be/1rlN2nanUCE 
 
 
 
 
 
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A seguir, há alguns exemplos de agroindústrias. 
 Indústrias de alimentos de origem animal como frigoríficos, 
abatedouros. 
 Indústrias de alimentos de origem vegetal como arroz, milho, trigo, 
cevada. 
 Indústrias de beneficiamentos de grãos e óleos vegetais. 
 Indústrias de produtos lácteos. 
 Indústrias de processamento de alimentos como massas, pães, 
chocolates, doces, biscoitos, extratos, sucos, café, chá, refrigerantes. 
 Indústrias de bebidas alcoólicas. 
 Indústria madeireira. 
 Indústria dos biocombustíveis. 
Um dos principais segmentos da indústria de alimentos é a extração de 
óleos vegetais e a obtenção de óleos e gorduras animais. 
Figura 10 – Grãos de soja e óleo de soja refinado 
 
 
É possível realizar a extração de óleos vegetais por prensagem ou 
extração por solvente, sendo que essa última pode ser uma operação isolada ou 
seguir uma prensagem prévia. A obtenção dos óleos vegetais brutos envolve 
primordialmente operações unitárias. A refinação e os processamentos 
posteriores incluem reações químicas. 
No Anexo 2, você encontrará uma descrição detalhada do processo de 
extração do óleo bruto. 
Para compreender melhor a importância do agronegócio brasileiro, vamos 
citar alguns números da economia pesquisados, fornecidos pela Confederação 
 
 
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Nacional de Agricultura e Pecuária do Brasil (CNA) e pelo Centro de Estudos 
Avançados em Economia Aplicada (CEPEA): 
O Produto Interno Bruto do agronegócio brasileiro registrou alta de 2,45% 
no primeiro semestre deste ano, em comparação com o igual período de 2015. 
O crescimento semestral se deve principalmente à alta na cadeia produtiva da 
agricultura, que registrou avanço de 3,64%. 
Todos os setores do agronegócio tiveram avanços no primeiro semestre, 
mas o setor primário se destacou, com expansão de 3,05% atribuída à alta dos 
preços agrícolas, o que compensou a queda na produção, especialmente de soja 
e milho, afetada pela seca. 
Já o PIB da agroindústria registrou alta de 2,28% no primeiro semestre de 
2016 em comparação com o mesmo período de 2015, principalmente devido à 
indústria de processamento vegetal, que teve aumento de preços no semestre. 
Os serviços, que incluem a comercialização e distribuição de produtos primários 
e agroindustriais, também tiveram alta de 2,27%. 
O setor de insumos também cresceu 1,84%, impulsionado pela indústria 
de rações. 
TEMA 5 – IMPACTOS AMBIENTAIS 
Quando considerações ambientais são feitas desde o início do projeto de 
uma unidade industrial, os sistemas de tratamento de resíduos em geral são 
mais simples. Mas, infelizmente, as questões ambientais são deixadas para 
etapas mais avançadas do projeto, conduta que leva a problemas ambientais 
difíceis que exigirão soluções complexas. 
Figura 11 – Emissões gasosas de uma indústria 
 
 
 
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Os efeitos da poluição podem ser diretos, como as emissões tóxicas 
afetando a vida de peixes, animais e seres humanos, ou indiretos, como 
matérias tóxicas não biodegradáveis, tais como o resíduo das indústrias de 
inseticidas e pesticidas que, uma vez dispostos no meio ambiente, são 
absorvidos por bactérias e entram na cadeia alimentar. Esses compostos 
podem permanecer no ambiente por longos períodos de tempo, lentamente 
sendo concentrados a cada estágio da cadeia alimentar até que por fim se 
provem fatais, geralmente a predadores no topo da cadeia alimentar como 
peixes e pássaros. 
Figura 12 – Mortalidade de peixes devido à poluição 
 
Assim, as emissões não devem exceder níveis considerados perigosos. 
Há duas abordagens para lidar com emissões: 
1. Tratar o efluente usando incineração, digestão biológica etc. para 
uma forma adequada para disposição no meio ambiente, chamada tratamento 
de fim de linha. 
2. Reduzir ou eliminar a produção do efluente na fonte por 
minimização de resíduos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 13 – Tanque de aeração em uma estação de tratamento 
 
O problema dos tratamentos de fim de linha reside no fato de que, uma 
vez criado o resíduo, ele não pode ser destruído. Pode ser concentrado ou 
diluído, sua forma química ou física modificada, mas não é possível destruí-los. 
Por exemplo, soluções aquosas contendo metais pesados podem ser tratadas 
por precipitação para remoção dos metais. Se o sistema de tratamento for 
projetado e operado corretamente, a corrente aquosa pode ser descarregada no 
corpo receptor ou seguir para tratamento posterior. Mas o que fazer com o lodo 
metálico precipitado? A questão ambiental será mais bem abordada 
considerando-se primeiramente a minimização de resíduos. Gerar menos para 
tratar menos, reduzindo custos com tratamento e com matérias-primas. 
Os processos industriais geram dois tipos de resíduos: 
 Resíduos de processo: subprodutos, purgas, correntes de reciclo 
nos reatores e equipamentos de separação. A inicialização e parada de 
processos contínuos, mudança de escala, operações de limpeza e manutenção, 
enchimento de tanques também geram resíduos de processo. 
 Resíduos de utilidades: produtos das reações de queima de 
combustíveis, em fornos, caldeiras, turbinas a gás, motores a diesel. Esses 
produtos contêm dióxido de carbono, óxidos de enxofre e nitrogênio e material 
particulado que contribuem de várias formas para o efeito estufa, chuva ácida e 
formação de névoa. 
 
Saiba mais 
Assista aos vídeos sugeridos, caso tenha interesse em outros setores 
industriais: 
 
 
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 Indústria de vidro: 
https://youtu.be/hZ09jrXfEXY Indústria de papel: 
https://youtu.be/74VxLuF2L9g 
 Indústria farmacêutica: 
https://youtu.be/RJyggOdcM3Q 
 Indústria de cimento: 
https://youtu.be/kPYOm6kKxMg 
 22 casos de inovação da indústria: 
https://youtu.be/A21c7Cb2J4o 
 
NA PRÁTICA 
A seguir, serão apresentados fluxogramas de unidades de processamento 
industrial diversas. Vamos fazer um exercício visual, tentando identificar algumas 
das operações unitárias apresentadas nas aulas 3 e 4, de acordo com as 
descrições das operações e dos processos industriais. 
Começaremos apresentando um diagrama simplificado do processo de 
extração de óleo de soja, descrito detalhadamente no Anexo 2 desta aula. Entre 
as operações unitárias descritas, quais você consegue reconhecer como uma 
etapa do processo ilustrado abaixo? 
A partir da descarga do caminhão, temos: peneiramento, descorticação, 
quebra, cozimento, laminação, extração, destilação, centrifugação. 
 
Figura 14 – Fluxograma da extração de óleo comestível 
 
 
 
 
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O fluxograma acima representa a produção de cerveja. Quais as 
operações unitárias envolvendo sólidos particulados que você consegue 
identificar? 
 Redução de tamanho – moagem e trituração 
 Mistura 
 Separação por meio filtrante – filtração 
 Separação por sedimentação 
 
Figura 15 – Fluxograma de produção de cerveja 
 
Fonte: Gauto, 2011 
Um método muito comum de extrair o sal das salmouras é por meio de 
evaporadores a vácuo de múltiplo efeito seguidos de separação mecânica em 
filtro de tambor rotativo a vácuo. No fluxograma acima, a solução concentrada 
por evaporação triplo efeito segue para um tanque receptor que funciona como 
um cristalizador para obtenção do sal na sua forma sólida, que posteriormente é 
lavado e filtrado. 
Figura 16 – Fluxograma de produção de sal 
 
Fonte: Shreve, 1982 
 
 
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No fluxograma a seguir, estão assinaladas em vermelho as operações de 
mistura, evaporação, filtração, secagem, cristalização, centrifugação, 
sedimentação e a célula eletrolítica, responsável pela quebra da molécula de 
NaCl. No balão azul, estão apresentados dados de balanço de massa e de 
energia. 
Figura 17 – Fluxograma de produção de soda cáustica e cloro 
 
Fonte: Shreve, 1982 
As principais etapas do processo de obtenção da soda cáustica e do cloro 
podem ser listadas pelas seguintes operações unitárias e conversões químicas 
(Shreve, 1980): 
Purificação da salmoura: para eliminação de cálcio, ferro e magnésio da 
solução de NaCl, a fim de diminuir o entupimento da célula eletrolítica. 
Eletrólise da salmoura: realizada em célula eletrolítica, onde o cloro é 
produzido no anodo e o hidrogênio, juntamente com o hidróxido de sódio, no 
catodo. O hidrogênio é frequentemente transformado em outros produtos como 
ácido clorídrico e amônia. 
Evaporação e separação do sal: concentração por evaporação múltiplo 
efeito da solução de NaOH obtida na célula eletrolítica de 10% até 50% e 
recuperação do NaCl devido à baixa solubilidade na solução de NaOH. 
 
 
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Evaporação final: Concentração da soda cáustica até 70-75%. 
Purificação especial da soda cáustica: por cristalização para remoção de 
traços de NaCl. Nessa etapa, também podem ser usados filtros ou extratores. 
Secagem do cloro: o cloro que deixa o anodo da célula eletrolítica arrasta 
vapor de água e deve ser resfriado para condensação do vapor e secado em 
uma torre na presença de ácido sulfúrico. 
SÍNTESE 
A sexta aula de Processos Químicos Industriais apresentou aos alunos de 
Engenharia de Produção uma descrição completa de quatro setores industriais, 
a indústria petroquímica, a siderúrgica, a indústria de produtos químicos e a 
agroindústria. A fim de tratar de um aspecto muito importante da atualidade, 
finalizamos falando sobre impactos ambientais. Expanda seus conhecimentos 
lendo os anexos das rotas de aprendizagem e pesquisando o assunto nas 
referências. 
REFERÊNCIAS 
GAUTO, M. A.; ROSA, G. R. Processos e operações unitárias da 
indústria química. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2011. 
SHREVE, R. N.; BRINK JR., J. A. Indústrias de processos químicos. 4. 
ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1980. 
WONGTSCHOWSKI, P. Indústria química. Riscos e oportunidades. 2. 
ed. São Paulo: Edgard Blucher Ltda., 2002.