Slide Aula Processos Químicos 3

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Prof. Marcos Baroncini Proença
Princípios dos Processos 
Químicos Industriais
Aula 3
Conversa Inicial
Nesta aula, será feita uma introdução ao 
processamento químico e serão abordadas as 
primeiras noções de operações unitárias. Depois, 
fluxogramas, diagramas de blocos, noções de 
balanço de massa e noções de balanço de 
energia
Assim, ao final desta aula, você compreenderá 
conceitos técnicos iniciais de operações unitárias 
e balanços de massa e de energia de uma planta 
industrial, temas que são aprofundados em 
disciplinas específicas a fim de desenvolver 
competências e habilidades necessárias para o 
planejamento e controle da produção
Noções de Operações Unitárias
Todo processo industrial tem como função 
transformar matérias-primas em produtos de 
valor agregado
Isso não é diferente para processos químicos 
industriais, sendo que a matéria-prima passa 
por uma série de transformações, por processos 
químicos ou físicos, para gerar produtos de 
caraterísticas distintas dos reagentes. Cada 
etapa de transformação ocorre em um 
equipamento, que representa uma unidade de 
operação do processo, ou seja, uma operação 
unitária
Definição e classificação A primeira definição de operações unitárias foi feita 
no início do século XX por Arthur D. Little
Por sua definição, um 
processo químico seria 
dividido em uma série de 
etapas que pode incluir: 
transferência de massa, 
transporte de sólidos e 
líquidos, destilação, 
filtração, cristalização, 
evaporação, secagem, entre 
outras
CC/LICENÇA 3.0
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Envolvem procedimentos físicos para 
fragmentação, separação, mistura e 
transporte de sólidos e fluidos
Estas operações se subdividem em operações 
unitárias mecânicas com sólidos, operações 
unitárias mecânicas com sólido e fluido, e 
operações unitárias com fluidos
Operações unitárias mecânicas
São as operações unitárias de fragmentação, de 
transporte e de mistura de sólidos
As operações unitárias de fragmentação dos 
sólidos podem ser por compressão, por impacto, 
por atrito e por corte. Todas essas formas de 
cominuição são feitas em trituradores e moinhos
A primeira fase de quebra, normalmente de 
rochas, toras e outras materiais na forma mais 
bruta, é feita pelos trituradores
Operações unitárias mecânicas com sólidos
São máquinas que operam com grande 
potência e baixa velocidade e fazem o que se 
chama de redução grosseira dos tamanhos 
dos sólidos, em que não há uniformidade no 
tamanho dos particulados
Podem ser de rolo ou de mandíbula
Trituradores O triturador de rolo quebra 
materiais grosseiros por meio
de dois rolos dentados, que giram 
em sentidos opostos, com 
acionamento por motores de 
elevado torque e potência. Os 
dentes agarram o sólido e
puxam para a região entre os 
rolos, que, por pressão, fazem a 
fragmentação grosseira 
O triturador de mandíbula 
trabalha pela compressão de
duas placas dentadas articuladas, 
fragmentando o sólido
JEFFERSON SCHNAIDER
A trituração mais fina, chegando à 
pulverização, é feita pelos moinhos 
Os moinhos mais usados industrialmente 
são os moinhos cilíndricos e moinhos de 
martelo
Nos moinhos cilíndricos, a moagem é feita 
pelo choque de corpos moedores com a 
carga de sólidos, dentro do moinho que 
está em movimento de rotação. Esses 
corpos moedores se movem livremente 
dentro do moinho. As cargas moedoras 
podem ser de cilindro, de cylpebs e de bolas
Moinhos
denisik11/
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Bola
Cykpebs
Cilindro
Operações unitárias de separação mecânica 
consistem em processos de separação usando 
princípios físicos
Se dividem em dois tipos de processos: separação 
por meio de uma barreira, que pode ser uma peneira 
ou membrana, como uma tela ou filtro, que impede a 
passagem de um componente e permite que o outro 
passe; separação por gravidade, em que se usam as 
diferenças na taxa de sedimentação de partículas 
para separá-las conforme elas se movem através de 
um líquido ou um gás
Operações unitárias mecânicas de 
separação
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Peneiramento é um processo de separação 
por barreira no qual partículas de sólidos de 
diversas granulometrias são jogados contra 
uma tela cuja malha vai da mais grossa à 
mais fina. Partículas menores do que a malha 
passam pelas aberturas da tela, enquanto as 
maiores ficam retidas. As peneiras podem ser 
lineares ou circulares
Peneiramento
Filtração é o processo de separação por 
barreira por meio da remoção de partículas 
sólidas de um fluido (líquido ou gás), por um 
filtro, no qual os sólidos são retidos
Os equipamentos de filtração são filtro de 
torta, filtro clarificador e filtro de fluxo 
cruzado
Filtração
No filtro torta, as partículas sólidas entram nos poros 
da malha filtrante e ficam retidas dentro delas. Isso 
irá formar uma torta de sólidos, que, a partir de 
determinada espessura, substituirá a malha como 
meio de filtração
Seu uso é para sistemas de fases sólido-líquido, 
tendo uso mais frequente na filtragem de lodos de 
tratamento de efluentes. Normalmente, operam 
compressão maior do que a da atmosfera. A maioria 
opera em regime de batelada
Filtro torta
JEFFERSON SCHNAIDER
No filtro clarificador, que normalmente 
funciona com vácuo, sólidos muito finos 
e bastante diluídos em fluidos são retidos 
nas malhas filtrantes, mas, em vez de 
acumularem tortas, pelo movimento giratório 
do filtro, irão de encontro a lâminas de 
raspagem, sendo retirados com baixos 
teores de umidade. São muito usados em 
indústrias cerâmicas, sendo que a maioria 
opera em regime contínuo
Filtro clarificador
JEFFERSON SCHNAIDER
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No filtro de fluxo cruzado, que funciona a 
elevada pressão, a solução sólido-fluido, que 
adquire velocidade alta devido à elevada pressão 
de escoamento da linha, flui paralelamente à 
superfície da malha filtrante. Uma pequena 
camada de sólidos se forma sobre a superfície da 
malha, mas, em função da pressão e da 
velocidade de escoamento, não irá
Normalmente, trabalha em regime contínuo. É 
bastante usado em indústrias de alimentos, em 
especial nas cervejarias
Filtro de fluxo cruzado
JEFFERSON SCHNAIDER
É o exemplo mais comum de equipamento de 
operação unitária de separação por gravidade
É um tanque largo e raso, com fundo plano ou 
cônico, com agitadores que giram lentamente, 
por ação de um potente motor, ao redor de um 
eixo central. O lodo alimentado move-se 
radialmente, sendo que as partículas sólidas vão 
se chocando com a parede interna, decantando 
no fundo do tanque, e o fluido clarificado escoa 
por uma comporta situada na borda superior do 
tanque opera em regime contínuo
Clarificador
Josefkubes/Shutterstock
Ciclones e hidrociclones são separadores em que 
a força g, que é uma força de aceleração em 
virtude da ação da gravidade, é intensificada 
pela força centrífuga que a mistura sólido-fluido 
(na maioria dos casos, partículas sólidas com ar) 
recebe quando está circulando neles. O efluente 
realiza um caminho em espiral descendo pelo 
corpo cilíndrico do ciclone. As partículas sólidas 
se movem radialmente em direção às paredes 
internas do ciclone, se chocando contra elas e 
decantando, saindo por um cone situado no 
fundo do equipamento
Ciclones e hidrociclones
JEFFERSON 
SCHNAIDER
Overblow
Tampa do
cabeçote
Curva do overflow
Curva do over
Cabeçote de
alimentação
Revestimento
do cabeçote
Alimentação
Cone
Revestimento
Do Cone
Cilindro
Revestimento do Cilindro
Alojamento do Apex
Apex
Underflow
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São normalmente vasos de fundo chato e 
topo cônico acoplados, no interior do 
equipamento, a discos cônicos espaçados e 
separados por uma membrana de filtração. 
Esses vasos executam um movimento 
giratório a velocidades extremamente altas, 
gerando uma força centrífuga elevada. (...)
Centrífugas
JEFFERSON SCHNAIDER
(...) A ação da força centrífuga decorrente do 
movimento giratório sobre a solução faz com 
que o líquido mais pesado seja jogado para 
fora, enquanto o mais leve é direcionado para 
o centro do vaso. Ambos escoam para fora da 
centrífuga por saídas distintas. Opera em 
regimecontínuo, sendo usado em indústrias 
farmacêuticas e de alimentos
As operações unitárias de mistura têm 
como objetivo misturar substâncias no 
estado gasoso, líquido ou sólido entre si ou 
umas com as outras. Pode ser realizada de 
diferentes maneiras, desde o escoamento de 
diferentes gases através de uma tubulação 
até a rotação no plano vertical (tombamento) 
de um misturador em formato de Y
Operações unitárias mecânicas de mistura
JEFFERSON SCHNAIDER
A maioria dos processos de mistura ocorre 
em vasos por meio de agitação mecânica. 
O agitador é um conjunto de pás ou hélices 
acopladas a um motor por meio de uma haste
Essa operação unitária tem diversos 
usos, dentre os quais se destacam a 
homogeneização, a aceleração de 
reação e a diluição
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Além dos transportadores, bombas e 
ventiladores já vistos, há outras formas de 
transportar materiais, como por elevadores 
de canecas, roscas transportadoras e 
transportadores pneumáticos
Transporte de sólidos e fluidos
Elevadores de caneca são compostos 
por uma correia ou corrente sem-fim, 
em que são fixadas as canecas, 
uniformemente espaçadas. Nesse 
elevador há, na parte superior e 
inferior, polias ou rodas dentadas, que 
movimentam a correia sem fim com as 
canecas na direção vertical. 
Normalmente, é usado para transporte 
de grãos para silos de armazenagem, 
mas também é usado em fábricas de 
cimento e transporte de minérios 
Elevador de caneca
JEFFERSON SCHNAIDER
A rosca transportadora é constituída 
basicamente por um tubo ou calha, dentro do 
qual se localiza uma rosca helicoidal, cujo eixo é 
apoiado, nas extremidades, em mancais de 
rolamento autocompensadores e, na parte 
intermediária, em mancais de deslizamento
São usadas para transporte tanto horizontal 
como inclinado, sendo que se dá por arraste, 
devido ao giro da rosca helicoidal
Rosca transportadora
JEFFERSON SCHNAIDER
Transporte pneumático ocorre por uma 
corrente de ar com alta velocidade, seja 
por ação de pressão positiva ou por ação 
de pressão negativa, em dutos fechados. O 
transporte pneumático pode ser com pressão 
positiva em fase densa, com pressão positiva 
em fase diluída ou com pressão negativa
Transporte pneumático Transporte pneumático com pressão positiva 
em fase densa é lento e seguro por longas 
distâncias, com maior eficiência de operação 
com o menor consumo de gás propulsor
Transporte pneumático com pressão positiva em 
fase diluída é o mais usado, por ter custo mais 
acessível e ser mais rápido, porém, pode gerar 
danos ao sólido transportado, principalmente se 
estiver transportando grãos
Transporte pneumático a pressão negativa 
(vácuo) também apresenta custo acessível 
e é indicado para distâncias curtas
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O transporte pneumático é bastante usado 
em fábricas de cimento e transporte de grãos
O processo de transferência de massa ocorre 
quando existe um transporte de soluto composto 
de uma ou mais substâncias químicas, de um 
dado solvente sólido, líquido ou gasoso, para 
outro. Esse transporte ocorre sempre do solvente 
mais concentrado para o menos concentrado, 
normalmente por mecanismo de difusão. O limite 
da transferência de massa é atingido quando os 
dois meios envolvidos alcançam a mesma 
concentração de soluto
Operações unitárias com transferência de 
massa
Duas operações unitárias de transferência de 
massa se destacam: a extração e a absorção
Extração é a retirada do soluto de uma 
mistura por meio de uma substância na qual 
ele é mais solúvel, sendo que esse solvente 
irá percolar o meio e arrastar consigo o 
soluto para fora da mistura. A extração pode 
ser sólida (lixiviação) ou líquida
Na extração sólida, as fases envolvidas são 
sólidas e líquidas e o objetivo é remover um 
soluto da fase sólida, fazendo percolar 
através dele um solvente. É uma operação 
unitária bastante usada na agroindústria, 
sendo seu principal exemplo a extração de 
óleos de soja, de milho, girassol e outros, 
com o solvente 13 hexano. (...)
Extração sólida (lixiviação)
JEFFERSON SCHNAIDER
(...) Plantas com equipamentos de extração em 
série são comuns e denominadas baterias de 
extração
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Na extração líquida, o processo é o mesmo, 
diferindo apenas pelo fato de as duas fases 
serem líquidas e de que, posteriormente, o 
solvente é tratado com uma solução tampão 
para recuperação do soluto. É bastante usada 
na indústria farmacêutica, por exemplo, para 
a produção da penicilina. Este processo é 
feito em colunas de extração
Extração líquida
JEFFERSON
SCHNAIDER
Destilação é o processo físico de separação 
de diversos componentes de uma solução, 
por meio das diferenças entre seus pontos 
de vaporização e condensação. Na área da 
tecnologia orgânica, é um processo de 
fracionamento de uma substância em outras, 
pela quebra das cadeias carbônicas. Pode ser 
uma destilação simples ou uma destilação 
fracionada
Destilação
Na destilação simples, duas substâncias que 
compõem uma solução serão separadas por 
destilação
Na destilação fracionada, também chamada 
de craqueamento, o processo é mais 
controlado, pois os tamanhos de cadeia 
carbônica interferem diretamente nos 
pontos de vaporização e de condensação, a 
exemplo do que acontece com o petróleo
Destilação simples e fracionada
BlueRingMedia/Shutterstock
Evaporação é a operação unitária com 
transferência de calor, cujo objetivo é aumentar 
a concentração de um soluto não volátil pela 
evaporação de um solvente volátil. Assim, será 
obtida uma solução concentrada. Normalmente, 
o solvente é água e o produto de interesse 
é a solução concentrada. Os equipamentos 
usados para essa operação unitária são os 
evaporadores, que podem ser de simples 
efeito ou de múltiplo efeito
Evaporadores
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Nos evaporadores de simples efeito, o vapor 
gerado é condensado e descartado
Nos evaporadores de múltiplo efeito, o vapor 
gerado alimenta o sistema de aquecimento 
do evaporador subsequente e a solução 
concentrada segue para esse evaporador, 
para continuar o processo
Podem ser conectados vários evaporadores, 
sendo que o fluxo de alimentação da solução 
e o fluxo de vapor determinam o tipo de 
processo de evaporação de múltiplo efeito. 
No escoamento paralelo, a alimentação 
entra no primeiro evaporador e segue 
paralelamente ao fluxo de vapor de 
aquecimento. No escoamento contracorrente, 
a alimentação entra no último evaporador e 
segue em contracorrente ao fluxo de vapor 
de aquecimento
JEFFERSON SCHNAIDER
Fluxograma de Processo
A representação de uma planta industrial na 
qual os equipamentos das operações unitárias 
são desenhados de forma padronizada e as 
tubulações aparecem como linhas de processo 
unindo os equipamentos é chamada fluxograma 
de processo
Nos fluxogramas, são indicados não só o fluxo 
do processo, mas também todos os dados de 
alimentação e saída de cada operação unitária 
com relação ao balanço de massa e balanço de 
energia da planta industrial
Definição
Um fluxograma de processo de produção, 
usado na engenharia química e engenharia 
de processos, tem seu uso direcionado para 
apresentar, melhorar ou dimensionar não só 
as operações unitárias de um processo, mas 
também para fazer todos os balanços de 
massa e de energia da planta industrial
Características
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Embora possam variar, atendendo a 
especificidades locais, há um padrão de 
representação de equipamentos e processos 
que se recomenda utilizar. Este padrão é 
normatizado por agências como a ISO 
(International Standard Organization), 
pela norma ISO 10628 - Diagramas de fluxo 
para processos de plantas: Regras gerais
Símbolos
Esta representação pode ser dividida em 
símbolos de equipamentos, símbolos de 
tubulação, símbolos de recipientes, símbolos 
de trocadores de calor, símbolos de bombas, 
símbolos de instrumentos e símbolos de 
válvulas
Os equipamentos são compostos por 
diversas unidades de produção, tais como 
compressores, esteiras, motores, turbinas, 
aspiradores e outros aparelhos mecânicos
Equipamentos
ISO 10628-2
Axial compressor Centrifugal
compressor
Centrifugalcompressor
Centrifugal
compressor
Drum Tank Centrifugal
blower
Alkylation
Boom loader Fluid catalytic cracking Fluid
cooking
Fluidized
reactor
Tubular Reformer Mixing Reactor Hydrodesulferization
Plate tower Hydrocracking Packed tower Chimney tower
Furnace Counterflowforced draft
Counterflow
natural draft
Crossflow
inducted
Oil burner
Automatic
stoker
Reciprocatio
compressor
Rotary
compressor
Rotary
compressor
Positive
displacement
Overhead
conveyor
Scraper
conveyor
Screw
conveyor
Conveyor
Positive
displacement
Elevator Elevator Hoist
Skip hoist Motor Diesel Motor Eletric Motor
Liquid Ring
Vacum
Turbine Driver Double Flow Turbine Agitator or
Mixer
Uma linha de tubulações pode ser constituída 
de um ou diversos dutos, dutos de canais 
múltiplos, separadores e outros tipos de 
aparelhos de tubulação
Linha de produção
ISO 10628-2
One to many Multi-lines Mid-arrow Butt weld
Top to top Sonic signal Nuclear Pneumatic
Hydraulic signal line Mechanical link Soldered/Solvent Double containment
Flange Flange 2 End Cap End Cap 2
Breather Electronically
insulated
Reducer
Inline mixer
End Cap 2
Separator Bursting disc Flame arrester Flame
arrester
2
Detonation arrester Drain silencer Triangle separator Triangle separator 2
Tundish Open vent Siphon drain Removable spool
Y type strainer Diverter Valve Pulsation dampener Duplex strainer
Basket strainer Vent silencer Inline silencer Steam trap
Desuperheather Ejector or eductor Exhaust head Rotary valve
Expansion joint
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Trocador de calor é um equipamento 
projetado para transferir calor de modo 
eficiente entre fluidos. Podem ser caldeiras, 
evaporadores, condensadores e outros 
trocadores de calor
Trocador de calor
ISO 10628-2
Boiler Boiler Reboiler Condenser
Condenser Evaporative
condenser
Cooling
tower
Heat
exchanger
Air coole
exchanger
Hairpin
exchanger
Plate and frame
heat exchanger
Spiral heat
exchanger
U-tube
Heat
exchanger
Double
pipe heat
Shell and
tube heat
Shell and
tube heat
Shell and
tube heat
Single
pass heat
Heater
Válvulas são equipamentos que regulam, 
direcionam e controlam o fluxo de um fluido 
ao abrir, fechar ou obstruir parcialmente ou 
totalmente as passagens para linhas de 
transmissão de fluidos
Válvulas
ISO 10628-2
Gate valve Gate valve Globe valve Control valve
Back pressure Needle valve Butterfly valve Butterfly valve
Ball valve Diaphragm Plug valve Gate valve
Globe valve Check valve Check valve 2 Angle valve
Angle valve Angle valve Powered valve Solenoid valve
Hydraulic valve Motor-operated valve Float-operated valve Needle valve
3-way plug valve 4-way valve Gauge Bleeder valve
Orifice Rotameter
O fluxograma de processo usa símbolos para 
representar toda uma planta de produção 
industrial, aliando a estes símbolos dados de 
balanço de massa e de balanço de energia
Fluxograma de processo
JEFFERSON SCHNAIDER
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Diagrama de Blocos É uma forma simplificada do fluxograma de 
processo, na qual os equipamentos, os 
processos e as tubulações com o sentido 
do fluxo produtivo são representados por 
figuras geométricas e por setas
Características
A simbologia do diagrama de blocos também é 
normatizada pela ISO 10628, mais especificamente 
pela ISO 10628-1
Símbolos
Figura Significado
Retângulo Processos, etapas dos processos, operações unitárias, 
equipamentos, plantas industriais ou etapas de plantas industriais.
Cilindro
Início e final de processo.
Seta
Tubulações e sentidos de fluxo.
O diagrama de blocos pode ser usado apenas para 
análise de fluxo produtivo. Neste caso, apresentará 
apenas informações básicas
Diagrama de blocos
ISO 10628-2
Additive
(25 kg/h)
Crushing
Raw material
(1.545 kg/h)
Dissolution
(2.580 kg/h)
Dissolution
Solvent
(10 kg/h)
Waste gas
(10 kg/h)
Reaction
1 Mpa
200 ºC
Solvent
(1.000 kg/h)
Waste ga
scrubbing
Intermediate
Product
(2.570 kg/h)
Concentration
Recovery
Recycle
(1.055 kg/h)
Waste water 
(55 kg/h)
Residue (15 
kg/h)
Distillation
Concentrate
(1.515 kg/h)
Final product
(1.500 kg/h)
Também é usado para balanços de massa e de 
energia, tendo assim de apresentar mais 
informações técnicas do processo 
Noções de Balanço de Massa
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Para se fazer o balanço de massa, utiliza-se a 
equação geral que é fundamentada na lei de 
conservação da massa, expressando o que 
acontece na unidade de processamento 
industrial, ou seja, em cada operação unitária
Sua expressão geral é:
Entrada – saída + geração – consumo = 
acúmulo
Definição Balanço de massa
XA = 0,55
XB = 0,45
50 kg/h EVAPORADOR
P
XB = 0.65
V
XA = 1,0
Noções de Balanço de Energia 
Assim como o princípio que fundamentou o 
balanço de massa foi a lei da conservação da 
massa, o princípio que fundamenta todos os 
balanços de energia é a lei da conservação de 
energia. Essa lei estabelece que a energia não 
pode ser criada ou destruída, apenas 
transformada
A equação do balanço de energia fica:
Energia final – energia inicial = energia 
transferida
Definição
A expressão do balanço de energia pode ser 
escrita, levando em consideração as vazões 
de alimentação(A), de vapor (V) e do produto 
(P), como:
ṁA . cpA. ΔTA= ṁV . ΔHV + ṁP . cpP. ΔTP
Balanço de energia