Capítulo 4 Síntese de Processos Químicos

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1
Bibliografia
• Seider, W. D., Seader, J. D., Lewin, D. R., Widagdo, S. (2008). Product and Process Design Principles: Synthesis, 
Analysis and Design (3rd Edition). John Wiley & Sons. (Capítulo 3).
• Turton, R., Bailie, R. C., Whiting, W. B. & Shaeiwitz, J. A. (2009). Analysis, Synthesis and Design of Chemical 
Processes (3rd Edition). Massachusetts: Prentice Hall. (Capítulo 2).
• Douglas, J. M. (1988). Conceptual Design of Chemical Processes. McGraw-Hill
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
O objetivo deste capítulo é abordar etapas no projeto de novos produtos e processos químicos. Essas etapas são
passos em que as equipes de projeto concentram muito de seu esforço. Depois de estudar este capítulo, o aluno
deve:
1. Entender como gerenciar os dados de projeto e criar um banco de dados preliminar.
2. Ser capaz de implementar as etapas na criação de fluxogramas envolvendo reações, separações e operações de
mudança T e P. Ao fazê-lo, identificam-se muitas alternativas que podem ser montadas em uma árvore de síntese
contendo as alternativas mais promissoras.
3. Saber selecionar os principais equipamentos e criar um diagrama de fluxo detalhado do processo, com uma tabela
com os balanços de massa e energia e uma lista de itens de equipamentos principais.
4. Compreender a importância de construir uma planta piloto para testar equipamentos principais onde possa existir
alguma incerteza.
5. Ter um conceito inicial do papel de um simulador de processo na obtenção de dados e na realização de balanços
materiais e de energia.
2
Processo
de
Manufatura
Recursos
Naturais
(Commodities e Produtos 
Químicos Especiais, 
biomateriais, polímeros) 
Processo
de
Manufatura
Produtos 
Químicos 
Básicos
(Filmes, fibras, papéis, etc) 
Processo
de
Manufatura
Produtos 
Químicos 
Básicos e 
Industriais
(Cosméticos, sacolas e vasilhames
plásticos, remédios, pneus, etc)
Etileno, propileno, butadieno, metanol,
etanol, óxido de etileno, etileno glicol,
amônia, ácido acético, nylon, benzeno,
tolueno, fenol, querosene, diesel, gasolina.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.1 Introdução
Classificação dos Produtos Químicos
Produtos Químicos Básicos
Produtos Industriais
Produtos de Consumo
3
• Alguns produtos são descobertos por acaso. Ex: Teflon (polytetrafluoretileno) – DuPont.
Politetrafluoretileno (PTFE) é um polímero conhecido mundialmente pelo nome comercial teflon, marca
registrada da DuPont, descoberto acidentalmente por Roy J. Plunkett (1910-1994). Apresentado para fins
comerciais em 1946, o PTFE é um polímero similar ao polietileno onde os átomos de hidrogênio estão
substituídos por flúor, sendo assim um fluoropolímero e um fluorocarbono.
• Quando materiais baratos ou rejeitos são acumulados e engenheiros são chamados a desenvolver
um processo de transformação para tornar estes materiais úteis e rentáveis.
• Quando novos mercados são descobertos que demandam novos produtos.
• Quando um processo mais econômico é desenvolvido para produzir um produto já existente no
mercado.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.1 Introdução
Como novos produtos/processos são desenvolvidos?
4
Oportunidade
Investigar 
produto ou 
misturas que 
desenvolvam 
as 
propriedades 
desejadas
sim
não
Produto 
Conhecido?
Processo 
Conhecido?
Criação do 
Processo
não
Processo 
ainda Viável?
Projeto da Planta
Construção, StartUp e 
Operação
sim
não
sim
Projeto Detalhado, 
Dimensionar Equipamentos,
Otimização e Rentabilidade
Avaliação de 
Controlabilidade
Passos da Criação de 
um Processo/ Produto
Margem 
Bruta Viável?
rejeitar
alguns
não
Processo 
ainda Viável?
não
sim
Desenvolver 
Caso Base
Detalhar a Síntese do 
Processo – Algoritmos
Sistemas Sep. e Reação
Avaliação 
de Start Up
sim
Análise de 
Confiabilidade e 
Segurança
• Fluxogramas preliminares
contendo apenas as 
operações de reação, 
separação e mudanças de 
temperatura e pressão
• Seleção de equipamentos 
(Task Integration)
• Modo de Operação: 
contínuo ou batelada 
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• Criação de um PFD 
(correntes detalhadas, 
balanço material e de 
energia, lista de 
equipamentos)
• Balanço material e de 
energia com auxílio de 
simuladores
• Integração energética
• Possível construção de 
planta piloto (testes reais)
5
Tendo conduzido uma revisão da literatura sobre o processo/produto, a equipe de projeto normalmente
procura organizar os dados em um banco de dados compacto, que possa ser acessado com facilidade à
medida que a equipe começa a criar um fluxograma de processo. Este Banco de Dados deverá conter
informações das diversas matérias-primas, produtos e subprodutos sendo considerados:
Propriedades Físicas e Termodinâmicas
• peso molecular
• ponto de ebulição
• ponto de fusão
• propriedades críticas
• entalpia e energia livre de Gibbs de formação
• pressão de vapor
• densidades
• capacidades térmicas
• calores latentes em função da temperatura
• curvas de equilíbrio V-L e L-L, V-L-L, azeotropia
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
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Propriedades Físicas e Termodinâmicas – Base de dados
• Perry‘s Chemical Engineers‘ Handbook (Perry, R.H. e Green, D.W. 7th Ed, MacGraw-Hill, New York,
1997)
• Properties of Gases and Liquids (Poling B.E., Prausnitz, J.M. e O‘Connell, J.P., 5th Ed, MacGraw-Hill,
New York, 2001)
• Data for Process Design and Engineering Practice (Woods, D.R., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New
Jersey, 1995)
• Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, 13 Parts, DECHEMA, Frankfurt, Germany, 1980
• Azeotropic Data (Gmehling, J., VCH Publishers, Deerfield Beach, Florida, 1994.
• CRC Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press, Boca Raton, FL, annual)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
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• CHEMCAD: é uma suíte de aplicativos para simulação de
processos químicos que amplia as capacidades de um
engenheiro e aumenta sua produtividade.
• Aspen Plus: Software para simulação de processos químicos
usado pela indústria bioquímica, de polímeros, química fina, de
especialidades para o projeto, operação e otimização de
instalações de produção segura e rentável.
• HYSYS: Aspen HYSYS é o principal softwarede simulação de
processos da indústria de energia, usado pelos principais
produtores de petróleo e gás, refinarias e empresas de
engenharia para a otimização de processos de projeto e
operações.
• PROII
• BATCH PLUS
• SUPERPRO DESIGNER
• UniSim
Simuladores Comerciais
(Banco de dados)
Acesso ao banco de dados do DECHEMA 
(dados de equilíbrio, regressão de dados 
para coeficientes de interação –
coeficiente de atividade/NRTL, UNIQUAQ, 
Wilson, etc).
Licença especial com acesso via internet
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
Propriedades Físicas e Termodinâmicas – Base de dados Adicionais
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Software Developer Applications Oper. System Licença URL
Advanced
Simulation Library
Avtech Scientific
Process data validation and reconciliation, real-time 
optimization, virtual sensing and predictive control
Windows, Linux, 
FreeBSD, Mac
open-source [1]
Ariane ProSim Utilities management and power plant optimization Windows [2]
APMonitor
Data reconciliation, real-time optimization, dynamic 
simulation and nonlinear predictive control
[3]
Apros
Fortum and VTT Technical 
Research Centre of Finland
Dynamic process simulation for power plants Windows Commercial [4]
Aspen Plus Aspen Technology Process simulation and optimization [5]
Aspen HYSYS Aspen Technology Process simulation and optimization [6]
ASSETT
Kongsberg Oil & Gas Technologies 
AS
Dynamic process simulation [7]
BatchColumn ProSim Simulation and Optimization of batch distillation columns Windows [8]
BATCHES Batch Process Technologies, Inc.
Simulation of recipe driven multiproduct and multipurpose 
batch processes for applications in design, scheduling 
and supply chain management
Linux Commercial [9]
BatchReactor ProSim Simulation of chemical reactors in batch mode Windows [10]
D-SPICE
Kongsberg Oil & Gas Technologies 
AS
K-Spice
Kongsberg Oil & Gas Technologies 
AS
Dynamic process simulation and multiphase pipeline 
simulation
[11]
CADSIM Plus Aurel Systems Inc. Steady-state and dynamic process simulation [12]
ChromWorks YPSO-FACTO
Chromatographic process design, simulation & 
optimization
[13]
CHEMCAD Chemstations Software suite for process simulation [14]
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Software Developer Applications Oper. System Licença URL
Cycle-Tempo Asimptote
Thermodynamic analysis and optimization of systems 
for the production of electricity, heat and refrigeration
[15]
COCO simulator AmsterCHEM Steady state simulation free of charge [16]
Design II for 
Windows
WinSim Inc. Process simulation [17]
Distillation expert 
trainer
ATR Operator training simulator for distillation process [18]
DWSIM
Daniel Medeiros, Gustavo León and
Gregor Reichert
Process simulator
Windows, Linux, 
Android, iOS
open-source
(Windows/Linux), 
free + in-app
purchases
(Android/iOS)
[19]
DynoChem Scale-up Systems Dynamic process simulation and optimization Windows Commercial [20]
EMSO ALSOC Project Modelling, simulation and optimisation Windows, Linux ALSOC License [21]
EQ-COMP Amit Katyal Vapor Liquid Equilibrium Software SAAS [57]
Dymola CATIA Systems Engineering Dynamic modelling and simulation software [22]
Flowtran simulation Monsanto
gPROMS PSE Ltd Advanced process simulation and modelling [23]
HSC Sim Outotec Oyj
Advanced process simulation and modelling, 
Flowsheet simulation
Windows [24]
HYD-PREDIC Amit Katyal Flow Assurance Software
HYDROFLO Tahoe Design Software Piping System Design with Steady State Analysis Windows
Free Academic -Std 
Commercial
[25]
INDISS RSI [26]
ICAS: integrated 
computer-aided 
system
CAPEC [27]
IDEAS Andritz Automation [28]
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Software Developer Applications Oper. System Licença URL
ITHACA Element Process Technology Dynamic chemical process simulator Windows Contact us [29]
iiSE Simulator VRTech
LIBPF C++ LIBrary for process flowsheeting
JModelica.org Modelon AB open-source
METSIM Proware
General-purpose dynamic and steady state process 
simulation system
Windows [30]
Mimic Simulation
Software
MYNAH Technologies
First-principles dynamic simulator built for software 
acceptance testing and operator training systems
[31]
Mobatec Modeller Mobatec
Advanced Dynamic (Steady-State) Process Modelling 
Environment
Windows Contact us [32]
NAPCON ProsDS Neste Jacobs Oy Dynamic process simulation Windows [33]
Clearview Mapjects
OLGA SPT Group (Schlumberger)
OLI Studio OLI Systems, Inc.
Chemical phase equilibrium simulation featuring 
electrolytes
Windows Commercial
Omegaland Yokogawa
OptiRamp Statistics & Control, Inc.
Real-time Process Simulation and Optimization, Multi 
variable Predictive Control
Windows Commercial [34]
OpenModelica Open-Source Modelica Consortium open-source
PIPE-FLO 
Professional
Engineered Software Inc. Piping System Simulation and Design Windows Commercial [35]
PEL Software Suite
Petro-SIM KBC Advanced Technologies [36]
PETROX Petrobras
General Purpose, Static, Sequential-Modular Process 
Simulator
Windows internal users only
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Software Developer Applications Oper. System Licença URL
Process Studio Protomation Simulation Suite for Modeling, Engineering & Training Windows Commercial [37]
Prode Properties Prode Software
Thermodynamic Library, Properties of pure fluids and 
mixtures, Multi phase Equilibria + process simulation
[38]
Prode simulator Prode Software Process Simulator [39]
ProSim Plus ProSim Process simulation and optimization Windows [40]
ProSimulator Sim Infosystems
Pro-Steam KBC Advanced Technologies
ProMax Bryan Research & Engineering
Process simulator capable of modeling oil & gas plants, 
refineries, and many chemical plants
Windows [41]
ProMax / TSWEET Bryan Research & Engineering Retired process simulators now incorporated in ProMax
PRO/II SimSci [42]
DYNSIM SimSci
ROMeo (process
optimizer)
SimSci
RecoVR VRTech
REX Optience Reactor Optimization and Kinetic Estimation Windows [43]
Simulis 
Thermodynamics
ProSim
Mixture properties and fluid phase equilibria 
calculations
[44]
SimCreate TSC Simulation
Real time, first principle and generic operator training 
simulations, plant specific emulations and OPC for live 
plant connections.
Windows Commercial [45]
SimCentral SimSci [46]
SPEEDUP Roger W.H. Sargent and students
SolidSim (Nowin 
Aspen Plus)
SolidSim Engineering GmbH Flowsheet simulation of solids processes [47]
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Software Developer Applications Oper. System Licença URL
SuperPro Designer Intelligen [48]
SysCAD [49]
System7 Epcon International [50]
UniSim Design 
Suite
Honeywell Process simulation and optimization Windows
Commercial and 
Academic
[51]
UniSim 
Competency Suite
Honeywell Opertator Competency Management and Training Windows
Commercial and 
Academic
[52]
Usim Pac Caspeo
Steady-state simulator for the mineral industry, 
biorefineries and waste treatment
Windows Commercial [53]
Virtuoso Wood Group
Multiphase dynamic process simulator for oil & gas 
production
Windows Commercial [54]
VMGSim Virtual Materials Group [55]
Wolfram 
SystemModeler
Wolfram Research Windows, Mac, Linux [56]
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[1]. http://asl.org.il/
[2]. http://www.prosim.net/en/software.php
[3]. http://apmonitor.com/
[4]. http://www.apros.fi/en/
[5]. https://www.aspentech.com/products/aspen-plus.aspx
[6]. https://www.aspentech.com/products/aspen-hysys.aspx
[7]. http://www.kongsberg.com/en/kogt/offerings/software/assett/
[8]. http://www.prosim.net/en/software-batchcolumn-9.php
[9]. http://bptechs.com/
[10]. http://www.prosim.net/en/software-batchreactor-4.php
[11]. http://www.kongsberg.com/en/kogt/offerings/software/k-spice/
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[13]. http://www.ypso-facto.com/
[14]. http://www.chemstations.com/Products/What_is_CHEMCAD/
[15]. http://www.asimptote.nl/software/cycle-tempo/
[16]. http://www.cocosimulator.org/
[17]. http://www.winsim.com/design.html
[18]. http://smartprocedures.com/distillation_expert
[19]. http://dwsim.inforside.com.br/
[20]. http://www.scale-up.com/
[21]. http://www.enq.ufrgs.br/trac/alsoc/wiki/EMSO
[22]. http://www.3ds.com/products-services/catia/capabilities/systems-engineering/modelica-systems-
simulation/dymola
[23]. http://www.psenterprise.com/
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[31]. http://www.mynah.com/
[32]. http://www.mobatec.nl/
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[34]. http://www.stctrl.com/
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[37]. http://www.protomation.com/
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[42]. http://software.invensys.com/products/simsci/design/pro-ii
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competency-suite/Pages/default.aspx
[53]. http://www.caspeo.net/usimpac
[54]. https://www.woodgroup.com/what-we-do/view-by-products-and-services/digital-solutions/virtuoso
[55]. http://virtualmaterials.com/VMGSim
[56]. http://www.wolfram.com/system-modeler
[57]. http://www.eq-comp.com/
16
Dados sobre reações químicas:
• principais reações
• taxa de reação/cinética da reação
• conversão e seletividade (distribuição dos produtos) em função do tempo de residência, 
temperatura e pressão
• desativação de catalisador
Ensaios de laboratório podem ser necessários para levantamento de dados.
Informações de Impacto Ambiental e de Segurança (Fispq ou MSDS)
• toxicidade
• efeito em animais e seres humanos
• flamabilidade com o ar
• temperatura de auto-ignição
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
17
Informações de Impacto Ambiental e de Segurança (Fispq ou MSDS)
As equipes de projeto precisam de dados de impacto ambiental e de segurança para matérias-primas, 
produtos, subprodutos e intermediários incorporados em um projeto de processo. Dados como:
• toxicidade
• efeito em animais e seres humanos
• flamabilidade com o ar
• temperatura de auto-ignição
Uma fonte de informação sobre esses produtos químicos é o Toxic Chemical Release Inventory (TRI), 
que é mantido pela Environmental Protection Agency (EPA) dos EUA e inclui mais de 600 produtos 
químicos. Uma lista destes produtos químicos está disponível no site da Internet: 
http://www.epa.gov/tri/chemical/index.htm
Outra fonte é a classificação fornecida pela National Fire Protection Association (NFPA) onde muitos
dados são fornecidos para muitos produtos químicos:
Woods, D. R. (1995). Data for Process Design and Engineering Practice. Prentice-Hall, Inc., New Jersey,
USA. 140 pages. ISBN 0-13-318149-9.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos (Fispq)
Fispq Gasolina Comum
TLV (THERESOLD LIMIT VALUE): referem-se às concentrações das
substâncias dispersas na atmosfera que representam as condições sob
as quais se acredita, que quase todos os trabalhadores possam estar
expostos continua e diariamente, sem apresentar efeitos adversos à
saúde. Os valores de TLV são calculados para um período de 8h por dia,
num total de 40h semanais, sem que isso traga danospara a sua saúde.
O TLV é uma média que permite flutuações em torno dela, desde que
no final da jornada de trabalho o valor médio tenha sido mantido. Os
principais tipos de TLV são:
• TLV – TWA (Time Weight Average) – É a concentração média
ponderada pelo tempo de exposição para a jornada de 8h/dia,
40h/semana, à qual praticamente todos os trabalhadores podem se
expor, repetidamente, sem apresentar efeitos nocivos.
• TLV –STEL ((Short Time Exposure Limit) – É a concentração na qual os
trabalhadores podem se expor, por um curto período, sem apresentar
efeitos adversos. O tempo máximo de exposição aos valores do TLV-
STEL é de 15 minutos, podendo ocorrer, no máximo, 4 vezes durante a
jornada, sendo o intervalo de tempo entre cada ocorrência de pelo
menos 60 minutos. O TLV – TWA não pode ser ultrapassado ao fim da
jornada.
19
Informações adicionais - Avaliação econômica preliminar: 
Dados econômicos estão frequentemente relacionados com a oferta e a procura. Para commodities os
mesmos variam e são muito mais difíceis de estimar. A maioria das empresas, entretanto, realiza
estudos de mercado e tem uma base para projetar o tamanho do mercado e os preços dos produtos
químicos. Em vista das incertezas, as análises econômicas são muitas vezes realizadas de maneira
conservadora, isto é, usando uma gama de preços de produtos químicos para determinar a
sensibilidade dos resultados a preços específicos.
Uma fonte amplamente utilizada de preços de produtos químicos é o Chemical Market Reporter.
Fornece preços atualizados para produtos químicos e está disponível na maioria das bibliotecas
universitárias. Note-se, no entanto, que estes preços podem não refletir a situação do mercado num
local. No entanto, eles fornecem um bom ponto de partida.
Para obter melhores estimativas, os fabricantes de produtos químicos devem ser contatados
diretamente. Preços mais baixos do que os listados podem muitas vezes ser negociados.
Em alguns casos, pode ser desejável estimar os preços dos serviços públicos, como vapor, água de
resfriamento e eletricidade, durante a criação do processo. Aqui também, os preços adequados podem
ser obtidos de empresas de serviços públicos locais.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
20
• Propriedades de transporte (condutividade térmica, coeficientes de transporte de massa, viscosidade)
• Informações adicionais relacionada ao dimensionamento de equipamentos
• Corrosividade
Informações não necessárias no estágio inicial de desenvolvimento do projeto. São necessárias antes do
detalhamento do projeto
Informações adicionais
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.2 Passo Inicias na Criação de um Processo Químico Novo
• Experimentos de laboratório fornecem dados valiosos para a equipe de projeto.
• As vezes experiências de laboratório não são representativos do processo real. Por isso, à medida
que o projeto conceitual torna-se mais atrativo, é comum experimentos em escala piloto ou
industrial.
• Experimentos de laboratório também podem ser necessários para auxiliar na seleção e preparação
preliminar das operações de separação (absorção, adsorção, destilação, extração etc.)
• Quando os sólidos estão envolvidos, testes laboratoriais iniciais de operações como cristalização,
filtração e secagem são essenciais.
• Dados obtidos em laboratório devem ser tabulados para permitir a adição à base de dados
preliminar para uso pela equipe de projeto na síntese de processo preliminar.
4.3 Experimentos
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.4 Especificações dos Estados
A equipe de projeto deve decidir sobre as especificações das matérias-primas e do produto. Estes são 
referidos como estados. Para definir o estado, são necessários valores das seguintes variáveis:
• Massa (vazão)
• Composição (fração em massa ou molar de cada espécie química)
• Fases (sólido, líquido ou gás)
• Forma (se fase sólida, por exemplo a distribuição de tamanho de partícula e forma de partícula)
• Temperatura
• Pressão
Além disso, podem ser necessárias algumas propriedades bem definidas, tais como viscosidade, peso
molecular médio, cor e odor de um polímero. Estes são muitas vezes definidos em conexão com a
departamentos de pesquisa e marketing, que trabalham para satisfazer os pedidos e exigências de seus
clientes. Não é incomum se especificar uma gama de condições e propriedades desejadas para atender
vários clientes. Quando este é o caso, deve-se ter cuidado para projetar um processo que seja
suficientemente flexível para atender às demandas variáveis.
22
• Processo Batelada é definido como aquele em que uma quantidade finita de produto é produzida ao
longo de várias horas ou dias.
• Normalmente, consiste de uma quantidade conhecida de alimentação em um vaso seguido por uma
série de unidades de operação (mistura, aquecimento, reação, destilação, etc.) que ocorrem em
intervalos discretos de tempo.
• Normalmente, consiste de uma quantidade conhecida de alimentação em um vaso seguido por uma
série de unidades de operação (mistura, aquecimento, reação, destilação, etc.) que ocorrem em
intervalos discretos de tempo.
• O equipamento é então lavado para estar disponível para o próximo processamento.
• Há registros de uma mesma planta produzir até 100 produtos diferentes com os mesmos
equipamentos.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.5 Processo Batelada
• No processo contínuo a alimentação é continuamente introduzida à uma série de equipamentos em 
que cada equipamento performa apenas uma operação
• A retirada e armazenagem de produto, subprodutos e resíduos também é feita de maneira contínua. 
4.6 Processo Contínuo
23
Fator Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo batelada
Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo contínuo
Tamanho/Dimensão volumes de processamento menores
favorecem o processo batelada. A medida
que o volume aumenta o tamanho dos
equipamentos também aumentam. Além
disso, as dificuldades técnicas de mover
grandes volumes de um equipamento para
outro também aumenta rapidamente
Economia de escala favorece processos
contínuos a medida que altos volumes de
processamento são necessários
Qualidade do 
produto
Operações em batelada são preferidas
quando a qualidade do produto de cada
batelada deve ser verificada e certificada.
Quanto maior as exigências de qualidade,
menor o tamanho das bateladas.
(Indústria de alimentos e farmacêutica)
Testes de qualidade do produto são feitos
continuamente ou periodicamente. Grandes
quantidades de produto fora de
especificação podem ser produzidas,
armazenados em tanques e reprocessados
quando possível
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.7 Processo Contínuo versus Batelada
24
Fator Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo batelada
Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo contínuo
Flexibilidade 
operacional
O mesmo equipamento pode ser usado para 
desempenhar múltiplas operações. Ex. Um 
tanque com agitador pode ser usado como 
um misturador, um reator, etc.
Flexibilidade em processos contínuos 
normalmente conduzem ao uso ineficiente de 
capital. 
Um equipamento usado para um processo pode 
não ser usado para outro. Assim sendo, a 
produção através da campanha de um processo 
força um ou mais equipamentos a permanecer 
inoperante por meses.
Processos contínuos são projetados para produzir 
um conjunto de produtos fixos a partir de 
matérias primas específicas. Se houver 
necessidade de produzir novos produtos a planta 
deve sofrer retrofit
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4.7 Processo Contínuo versus Batelada
25
Fator Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo batelada
Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo contínuo
Equipamentos 
padronizados -
Múltiplos produtos 
Processos batelada podem facilmente ser 
modificados para acomodar a produção de 
diversos produtos
Processos contínuos são projetados para um 
conjunto fixo e pequeno de produtos. Os 
equipamentos também são projetados e 
otimizados para operar em uma quantidade 
pequena de condições operacionais. 
Eficiência de 
processamento
Requer programação e controle estritos, 
uma vez que vários produtos são produzidos 
no mesmo equipamento em sequência. 
Problemas na produção de um produto pode 
afetar a satisfação da demanda de algum 
outro produto. 
Integração energética não é possível. 
Reciclo de matéria prima é pouco provável.
Quanto maior o volume processado, mais 
eficiente se torna o processo.
Integração energética e reciclo de matéria 
prima não reagida são práticas comuns.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.7 Processo Contínuo versus Batelada
26
Fator Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo batelada
Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo contínuo
Manutenção e mão 
de obra
Demanda maior custo de mão de obra
devido aos processos de limpeza e 
preparação.
Os custos com mão de obra são 
comparativamente reduzidos para o mesmo 
processo operado continuamente.
Disponibilidade de 
matéria prima
Operações em batelada são favorecidas
quando a disponibilidade de matéria prima é 
limitada, tal como sazonal
Plantas contínuas tendem a ser grandes e 
operam ao longo de todo o ano. A única 
maneira de acomodar variações sazonais é 
através do uso de facilidades massivas de 
armazenamento, as quais são muito caras.
Demanda do 
produto
Demanda variável ou sazonal poder ser 
acomodada. Ex: Fertilizantes.
Durante o período de demanda baixa 
(sazonal), outros produtos podem ser 
produzidos.
Difícil de produzir outros produtos em 
períodos de baixa demanda. No entanto,
produtos similares mas diferentes podem ser 
produzidos (campanhas).
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.7 Processo Contínuo versus Batelada
27
Fator Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo batelada
Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo contínuo
Taxa de reação Processos batelada favorecem processos com
reações lentas e que necessitam de maiores 
tempos de residência. Ex: fermentação.
Reações lentas requerem equipamentos 
grandes. A vazão através do equipamento 
deve ser baixa se altas conversões forem 
necessárias e dispersão será um problema
Incrustação de
equipamentos
Quando um equipamento necessita
manutenção para limpeza devido à 
incrustação, processos em batelada são 
favorecidos, pois a limpeza de equipamentos 
é uma operação padrão e podem ser 
facilmente acomodada na programação.
Incrustação em processos contínuos é um 
problema sério. A maneira mais fácil de 
solucionar este problema é instalando 
equipamentos idênticos em paralelo. No 
entanto, aumenta-se o custo de investimento 
e de mão de obra
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.7 Processo Contínuo versus Batelada
28
Fator Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo batelada
Vantagens e desvantagens com relação ao 
processo contínuo
Segurança Normalmente, exposição de operadores a 
produtos químicos e erros de operação são 
maiores.
Treinamento de operadores é crítico, nesses 
casos.
Procedimentos de segurança são bem 
estabelecidos. No entanto, treinamentos de 
segurança são ainda de grande importância.
Controlabilidade É um ponto importante pelo fato do 
equipamentos servir diferentes funções 
como operação unitária e produzir diferentes 
produtos. A programação utilizada no 
equipamento se torna bastante importante.
Geralmente, processos contínuos são mais 
fáceis de serem controlados. Para processos 
complicados e altamente integrados, o 
controle se torna mais complexo e reduzida 
flexibilidade do processo também. 
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.7 Processo Contínuo versus Batelada
29
Operações Unitárias básicas sem explicitar o equipamento em detalhe:
① Reação química;
② separação de misturas químicas;
③ Separação de fase;
④ Mudança de temperatura;
⑤ Mudança de pressão;
⑥ Mistura e divisão de correntes ou bateladas;
⑦ Operações em sólidos tais como redução e aumento de tamanho.
Vistos como
blocos de 
construção do 
processo
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.8 Operações Básicas
Uma vez que estes são os “blocos” básicos de quase todos os processos químicos, é comum criar
fluxogramas envolvendo essas operações básicas como um primeiro passo na síntese do processo. Em
seguida as operações são combinadas quando possível para gerar um processo químico.
30
Dados os estados das matérias-primas e dos produtos, a síntese de processos envolve a seleção de
operações de processamento para converter as matérias-primas em produtos.
Cada operação envolve a eliminação de uma ou mais das diferenças de propriedade entre as matérias-
primas e os produtos desejados.
À medida que cada operação é inserida no fluxograma, as correntes efluentes dessa operação tem
estados mais próximos dos produtos.Por exemplo, quando uma operação de reação é inserida, a corrente de saída tem frequentemente os
tipos moleculares desejados, mas não a composição, a temperatura, a pressão e a fase requerida.
Para eliminar as diferenças restantes, são necessárias operações adicionais. À medida que as operações
de separação são inseridas, seguidas por operações para mudar a temperatura, pressão e fase, as
diferenças são reduzidas.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.9 Função das Operações e Equipamentos
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As Operações tem a função de diminuir a diferença de uma ou mais propriedades entre os produtos
desejados e matérias primas.
C2H4 + HCl  C2H5Cl
Mistura gasosa:
1 kmol/h
50% HCl
48% C2H4
2% N2
20 °C
15 atm
40 °C
15 atm
Pureza:
≥ 85% molar
Exemplo:
Cloreto de Etila
Forma molecular adequada,
mas composição diferente
da desejada neste ponto.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.9 Função das Operações e Equipamentos
32
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares.
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos.
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição. Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase.
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação.
Passo 0 - Escolher entre processo contínuo e batelada
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4.10 Passos na Síntese de Processos
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.10 Passos na Síntese de Processos
Tratamento de águas e 
de efluentes
Utilidades frias 
e quentes
Sistema de recuperação 
de calor
Sistemas de 
separação e reciclo
Sistemas de 
reação
34
Fluxograma do 
Processo
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Matéria Prima
?
Produto Desejado
C2H3Cl
Tóxico
Levantamento de um banco de dados de informações: propriedades físicas, cinética de 
reação, toxicidade, questões ambientais e de segurança
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
35
Processo Contínuo
• Volume de produção
• Disponibilidade de matéria prima 
(Não sazonal)
• Demanda do produto (não 
sazonal)
Passo 0: Escolher forma de operação => Contínuo X Batelada
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
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Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação 
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
37
• Custo da(s) matéria(s) prima(s);
• Valor dos subprodutos;
• Complexidade do processo;
• Segurança;
• Impacto ambiental.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
Aspectos Importantes na Seleção de Rotas de Produção
38
C2H2 = Acetinelo, C2H3Cl = Cloreto de Vinila
Alternativa 2: Rota 2
C2H2 + HCl C2H3Cl • reação exotérmica
• conversão de 98% a 150°C com o catalisador
HgCl2 impregnado em carbono ativado a 1 atm
Passo 1: Eliminar diferenças entre tipos moleculares
Reação Química
baixo rendimento e 
baixa seletividade
Alternativa 1: Rota 1
• ocorre espontaneamente a algumas centenas de °C
• baixo rendimento.
• vários subprodutos como dicloroetano (C2H4Cl2).
• um átomo de cloro (caro) gera um subproduto de
baixo valor.
C2H4 + Cl2 C2H3Cl + HCl
C2H4 = Etinelo, C2H3Cl = Cloreto de Vinila
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
39
Alternativa 3: Rota 3
• conversão da 1ª reação = 98% a 90°C, 1 atm e
FeCl3 (catalisador).
• 2ª reação é um craqueamento térmico
espontâneo a 500°C e 60% conversão.
• dicloroetano não reagido pode ser reciclado.C2H4 + Cl2  C2H3Cl + HCl
C2H4 + Cl2  C2H4Cl2
C2H4Cl2  C2H3Cl + HCl+
Alternativa 4: Rota 4
• 1ª reação é a oxicloração do etileno com
conversão de 95%. Reação exotérmica a 250°C
e CuCl2 (catalisador).
• 2ª reação é um craqueamento térmico
espontâneo a 500°C e 60% de conversão
(pirólise).
C2H4 + HCl + 1/2O2  C2H3Cl + H2O
C2H4 + 2HCl + 1/2O2 C2H4Cl2 + H2O
C2H4Cl2  C2H3Cl + HCl+
C2H4Cl2 => Di-cloro Etano
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
40
Alternativa 5: Rota 5
• combina as rotas 3 e 4
• converte ambos os átomos de cloro em cloreto de vinila
• todo o HCl produzido na pirólise é consumido na oxicloração do etileno
C2H4 + Cl2  C2H4Cl2
2C2H4Cl2  2C2H3Cl + 2HCl
2C2H4 + Cl2 + 1/2O2  2C2H3Cl + H2O
C2H4 + 2HCl + 1/2O2 C2H4Cl2 + H2O
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processode Produção de Cloreto de Vinila
41
Cálculo da Margem Bruta para diferenciar as rotas remanestences:
Margem Bruta = Venda dos produtos e subprodutos – Custos de matéria prima
• Custos com matéria prima normalmente correspondem de 33 a 88% do custo 
total dos produtos
• Estrutura de Entrada e Saída ajuda na estimativa do Potencial Econômico
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
42
Custos de compra ou venda considerados a granel:
Componente Peso Molecular Custo Cents/lb
Etileno (C2H4) 28,05 18
Acetileno (C2H2) 26,04 50
Cloro (Cl2) 70,91 11
Cloreto de Vinila (C2H3Cl) 62,5 22
Ácido Clorídrico (HCl) 36,46 18
Água (H2O) 0
Oxigênio (O2) 0
Dicloroetano (C2H4Cl2) 98,93 --
Chemical Market Reporter
Jornal quinzenal que traz preços
atualizados dos preços de comércio
de produtos químicos
(disponível na biblioteca
de algumas universidades)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
43
Cálculo da Margem Bruta para a Rota 3
Reação C2H4 + Cl2  C2H3Cl + HCl
lbmol 1 1 1 1
Peso Molecular 28,05 70,91 62,50 36,46
lb 28,05 70,91 62,50 36,46
lb/lb de C2H3Cl 0,449 1,134 1 0,583
Cents/lb 18 11 22 18
Total 8,082 12,474 22 10,494
Margem Bruta/lb C2H3Cl 22 + 10,494 – 8,082 – 12,474 = 11,94/lb de C2H3Cl
OBS: Assume-se reação em proporções estequiométricas, conversão completa 
(100%) e nenhuma reação em paralelo (side reation)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
44
Margem Bruta de cada rota para produzir 1 lb de Cloreto de Vinila:
Rota Reação Global Margem Bruta (Cents/lb de Cloreto de Vinila)
2 C2H2 + HCl C2H3Cl - 9,33
3 C2H4 + Cl2  C2H3Cl + HCl 11,94
4 C2H4 + HCl + 1/2O2  C2H3Cl + H2O 3,42
5 2C2H4 + Cl2 + 1/2O2  2C2H3Cl + H2O 7,68
Rota mais lucrativa
•Alto custo dos reagentes, especialmente o acetileno
•Mercado de HCl flutua muito em decorrência de sua 
disponibilidade, as vezes obtido como subproduto 
de outros processos (necessita análise de mercado 
para considerá-lo)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
45
Primeiros passos na intenção de construir um fluxograma para a Rota 3
Capacidade da Planta (Requerimento)
~ 750.000.000 lb/ano
(330 dias/ano – fator Utilização 0,94)
Valores considerando 
conversão igual a 100%
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
46
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
47
Conversão de apenas 60%. 
158.300/(158.300+x) = 0,6
x = 105.533,33 lb/h
Passo 2: Distribuir os componentes químicos
Mistura
Obtidos por dados de 
calores de formação e 
capacidades térmicas em 
função da temperatura
(Aspen Plus / Hysys / 
UniSim )
A pressão foi escolhida acima 
da atmosférica a fim de evitar 
vazamentos do ar atmosférico 
para dentro do reator, o que 
poderia atingir o limite de 
flamabilidade do etileno
Este calor não pode 
ser usado na reação 
de pirólise por estar 
a uma temperatura 
mais baixa 
A pressão de 26 atm foi selecionada com 
base em uma patente, a qual não deixa 
clara a razão de tal pressão. No entanto, 
deve haver uma relação com a eficiência 
da pirólise.
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
Nestas condições, a 
conversão real é 98%, 
sendo 2% a conversão 
em subprodutos.
48
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
49
Passo 3: Eliminar diferenças em composição
Separação
Pressões recomendadas por uma patente.
(Parte do banco de dados de informações 
preliminares obtidas)
Uma T mais adequada 
poderia ser 35°C, ou 
maior, para usar água de 
resfriamento no efluente 
da pirólise, o que faria 
com que a alimentação 
entrasse na coluna 
parcialmente vaporizada. 
No entanto, necessitaria 
mais refrigeração no 
condensador da coluna 
Outras opções de sistema 
de separação poderiam 
ser propostos: separar o 
dicloroetano na primeira 
coluna, separação dos três 
componentes em uma 
mesma coluna com saída 
lateral na coluna, absorção 
para recuperar HCl (1 atm) 
com H2O.
Destilação é sugerida como 
operação unitária de 
separação pelo fato dos 
componentes 
apresentarem pontos de 
ebulição distintos 
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
50
Composto Ponto de 
Ebulição 
Normal
(1 atm, °C)
Ponto de Ebulição (°C) ConstantesCríticas
4,8 atm 12 atm 26 atm Tc (°C) Pc (atm)
HCl -84,8 -51,7 -26,2 0 51,4 82,1
C2H3Cl -13,8 33,1 70,5 110 159 56
C2H4Cl2 83,7 146 193 242 250 50
50 atm
26 atm
242°C 250°C
Ponto Crítico
C2H4Cl2
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
51
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
52
Passo 4: Eliminar diferenças em temperatura, pressão, fase
Processo de mudança de temperatura, pressão, fase
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
53
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para 
cada operação
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
54
Passo 5: Selecionar os equipamentos
Task Integration
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
PFD do Processo
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
Sumário de Correntes (Cloreto de Vinila)
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4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
Sumário de Correntes (Cloreto de Vinila)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
Utilidades (Cloreto de Vinila)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.11 Criação do Processo de Produção de Cloreto de Vinila
Sumário de Equipamentos (Cloreto de Vinila)
60
tPA é produzido através de uma célula recombinante (recombinação de genes), a qual resulta da recombinação de
DNA. tPA evita a formação de coágulos no sangue. O tPA é utilizado em doenças que apresentam coágulos de
sangue, tais como embolia pulmonar, infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral, em um tratamento médico
chamado trombólise.
Preço de Venda: $200/ 100 mg
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
É uma proteína terapêutica recombinante 
composta de 562 aminoácidos.
61
i. Após extensiva pesquisa em laboratório bioquímico o gene do tPA foi isolado de células humanas de 
melanoma.
ii. Patente americana apresentada pela Genentech (Informações qualitativas e quantitativas) 
Biorreator aeróbico
Crescimento das células no meio de nutrientes
contaminante que causa 
respostas inflamatórias em 
animais
controla o pH
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Produto
62
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação e escolher entre processo contínuo e discreto
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
63
Passo 1: Eliminar diferenças entre tipos moleculares - Reação Química
Alternativa 1: Rota 1
• células mamárias com o tPA_DNA inserido
• as células secretam altos níveis de tPA recombinado
• 0,39 x 106 células/mL /dia
• taxa de consumo de O2 é de 0,2 x 10
-12 mol/célula/h
• taxa de produção de tPA é de 50 picogramas/célula/dia
• tPA é gradualmente secretado no meio líquido 
sequência detPA_DNA + Células CHO Células selecionadas tPA-CHO
Células selecionadas tPA-CHO + meio de nutrientes + O2Multiplicação do número de células
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Alíquotas de 1 mL
são inoculadas no 
biorreator (-70°C)
64
Alternativa 2: Rota 2
• células bacteriais com o tPA_DNA inserido
• as células secretam altos níveis de tPA recombinado
• taxa de produção de tPA é de 5-50 miligramas/L de meio
• A Escherichia Coli deve ser rompida para extrair o tPA (mais difícil de separar – cell debris)
• E. Coli não adiciona grupos de açúcar ao tPA como na Rota 1
sequência de tPA_DNA + Escherichia Coli  Células selecionadas tPA-E. Coli 
Células selecionadas tPA-E. Coli + meio de nutrientes + O2Multiplicação número de células
Passo 1: Eliminar diferenças entre tipos moleculares - Reação Química
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Alíquotas de 1 mL
são inoculadas no 
biorreator (-70°C)
65
Rota 1
-70°C
Passo 1: Eliminar diferenças entre tipos moleculares - Reação Química
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
66
Componente kg/kg tPA $/kg
tPA 1 2.000.000
Meio de nutrientes 287,2 233
H2O 2.228 0,12
Ar 46,8 1.742
CO2 3,7 1.447
Células tPA-CHO - *
* não incluído na análise de potencial econômico. É um custo associado 
como custo de pesquisa. É adicionado como custo operacional.
Margem Bruta
2.000.000
- 287,2 x 233
- 2.228 x 0,12
- 46,8 x 1.742
- 3,7 x 1.447
$1.846.000/ kg tPA
Passo 1: Eliminar diferenças entre tipos moleculares - Reação Química
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Rota 1 - Custos de compra ou venda considerados:
67
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação e escolher entre processo contínuo e discreto
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4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
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Passo 2: Distribuir os componentes químicos - Mistura
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Pó
Somente uma 
operação de mistura
69
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação e escolher entre processo contínuo e discreto
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
70
Passo 3: Separar o produto desejado - Separação
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Separar
Várias formas de separação existem. A seguir apresentamos uma delas.
71
Visto que proteínas 
perdem suas atividades 
com a temperatura, os 
processos de separação 
são mantidos a 4°C, um 
pouco acima da T de 
solidificação da água
A arginina evita a 
agregação do tPA
O tPA é adsorvido sobre uma 
resina e a resina é lavada com 
um amino ácido (Glicina). Uma 
solução de PBS e NaCl é 
adicionada para estabilidade 
de equilíbrio
A endotoxina é 
separada através de 
adsorção sobre uma 
resina, a qual é 
lavada com a 
solução de NaOH
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Passo 3: Eliminar diferenças em composição - Separação
Liofilização
72
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para cada 
operação e escolher entre processo contínuo e discreto
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
73
Passo 4: Eliminar diferenças em temperatura, pressão, fase - Processo de mudança de 
temperatura, pressão, fase.
Os nutrientes são 
dissolvidos em H2O a 
4°C antes de receber 
as células. 
Não há variação de 
pressão apreciável neste 
processo. Também não há 
mudança de fase. 
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
74
Passo Operação
1 Eliminar diferenças entre os tipos 
moleculares
Reação Química
2 Distribuir os compostos químicos ao 
combinar fontes e destinos
Mistura
3 Eliminar diferenças em composição Separação
4 Eliminar diferenças em temperatura, 
pressão e fase
Processo de mudança de temperatura, 
pressão e fase
5 Proceder o Task Integration, ou seja, selecionar unidades de processo para 
cada operação e escolher entre processo contínuo e discreto
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4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
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Área de Reação
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4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Passo 5: Selecionar os equipamentos - Task Integration
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Área de Separação
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.12 Criação do Processo de Produção de tPA (Fármaco - tissue plasminogen activator)
Passo 5: Selecionar os equipamentos - Task Integration
77
1
2
3
4
5
Rota de reação
Distribuição de 
componentes
Separação
Mudança de 
temperatura, pressão
e fase
Task Integration
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.13 Árvore de Síntese
78
Alternativa para o segundo passo (Mistura) na síntese do processo de produção do Cloreto de 
Vinila - Linha amarela da árvore de síntese anterior 
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.13 Árvore de Síntese
79
Exemplo de uma alternativa para o segundo passo (Mistura) na síntese do processo de produção 
do Cloreto de Vinila - Linha azul da árvore de síntese anterior 
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.13 Árvore de Síntese
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
Lista de Exercícios:
Exercícios 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 e 3.6 do Livro Texto:
Seider, W. D., Seader, J. D., Lewin, D. R., Widagdo, S. (2008). Product and Process Design
Principles: Synthesis, Analysis and Design (3rd Edition). John Wiley & Sons. (Capítulo 3).
Sugestão: Usar o UniSim.
81
• A metodologia empregada pela engenharia para o desenvolvimento de um novo processo
recomenda iniciar pela solução de problemas simples e paulatinamente adicionar
camadas que incorporam mais detalhes.P
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.14 Hierarquia de decisão do projeto de processos
Hierarquia de Decisões na Síntese de Processos
① Decidir se o Processo será contínuo ou Batelada.
② Identificar a estrutura de entrada e saída do processo.
③ Identificar e definir a estrutura de reciclo do processo.
④ Identificar e projetar a estrutura geral do sistema de separação:
a) Sistema de recuperação de vapor
b) Sistema de recuperação de líquido
⑤ Identificar e projetar a rede de trocadores de calor ou o sistema de 
recuperação de energias (Integração Energética)
82
• Ao sintetizar um novo processo, seguimos os passos 1 a 5 nessa ordem.
• Alternativamente, ao olhar para um processo existente, podemos trabalhar para trás a
partir do passo 5 e eliminar ou simplificar muito o PFD e, portanto, revelar muito sobre a
estrutura do processo subjacente.
• Para verificar este procedimento, ilustraremos o estudo partindo de um processo do seu
estado final e conduziremos os passos em caminho inverso até chegar às considerações
iniciais de um projeto.
• O processo adotado para este estudo é de produção de benzeno a partir do tolueno
(Hidrodealquilação de Tolueno)
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.14 Hierarquia de decisão do projeto de processos
Reação Principal: C7H8 + H2 C6H6 + CH4
Tolueno Hidrogênio Benzeno Metano (gás natural)
Reação Paralela: 2C6H6 (C6H5)2 + H2
Benzeno Difenil Hidrogênio


não considerada neste estudo
83
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.15 O processo de Hidrodealquilação de Tolueno
84
Corrente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Temperatura (°C) 25 59 25 225 41 600 41 38 654 90
Pressão (bar) 1,9 25,8 25,5 25,2 25,5 25,0 25,5 23,9 24,0 2,6
Fração de vapor 0,0 0,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,0
Vazão mássica 
(ton/h)
10,0 13,3 0,82 20,5 6,41 20,5 0,36 9,2 20,9 11,6
Vazão molar 
(kmol/h)
108,7 144,2 301,0 1204,4 758,8 1204,4 42,6 1100,8 1247,0 142,2
Vazão por componente (kmol/h)
Hidrogênio 0,0 0,0 286,0 735,4 449,4 735,4 25,2 651,9 652,6 0,02
Metano 0,0 0,0 15,0 317,3 302,2 317,3 16,95 438,3 442,3 0,88
Benzeno 0,0 1,0 0,0 7,6 6,6 7,6 0,37 9,55 116,0 106,3
Tolueno 108,7 143,2 0,0 144,0 0,7 144,0 0,04 1,05 36,0 35,0
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Capítulo 4: Síntese de Processos Químicos
4.15 O processo de Hidrodealquilação de Tolueno – Passo 1: Contínuo ou batelada
Sumário de Correntes do Processo HDA
85
Corrente 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Temperatura (°C) 147 112 112 112 38 38 38 38 112
Pressão (bar) 2,8 3,3 2,5 3,3 2,3 2,5