PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS II. (Parte II)

Transcrição

1 PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS II REAÇÕES QUÍMICAS E BALANÇO MATERIAL (Parte II)

2 PROCESSOS UNITÁRIOS REAÇÕES QUÍMICAS

3 Transformações Químicas Aspectos Qualitativos - Tipos de reação - Espécies em solução Aspectos Quantitativos - Quantidades de reagentes e produtos - Reagente limitante - Rendimento de reação

4 Tipos de reações (+ comuns) Tipos de reações -Reações de síntese (formação); -Reações de decomposição; -Reações de combustão; -Reações de complexação; -Reações Redox; -Reações de precipitação; -Reações de neutralização; -Reações Orgânicas;

5 Reações de Síntese a partir dos elementos: C(s) +O2(g) CO2(g) N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) Condições experimentais Algumas reações ocorrem à temperatura e pressão ambientes, enquanto outras exigem condições mais drásticas : altas TeP presença de catalisadores

6 Reações de Decomposição no estado sólido, em geral demandam energia térmica: BaCO3(s) BaO(s) + CO2(g) A partir da quantidade de gás liberado, pode-se determinar a pureza do material de partida. Rendimento da reação Em solução: Ag2CO3 HgO 2Ag+CO2+½O2 Hg+½O2 BaCO3(s) + 2H+(aq) Ba2+ (aq) + H2O(l) + CO2(g) BaO(s) + H2O(l) Ba2+ (aq) + 2OH-(aq)

7 Reações de Combustão Ocorre a oxidação de compostos moleculares através do oxigênio: CH 4 (g) +O2(g) CO2(g) + H2O(v) C6H 14 (l) +O2(g) CO2(g) + H2O(v)

8 Reações de complexação Pode ser considerada uma reação do tipo ácido-base : ÁCIDO + BASE ESPÉCIE COMPLEXA Receptor de par de elétrons BF3, Fe3+, Ni2+ Doador de par de elétrons NH3, O2, Cl-, CO32- Composto formado por ligações covalentes coordenadas Ni2+ Ácido de Lewis + 6 NH3 Base de Lewis

9 Reações Redox ou de óxido-redução Oxidação e redução Quando um metal sofre corrosão, ele perde elétrons e forma cátions: Ca(s) + 2H+(aq) Ca2+(aq) + H2(g) Oxidado: o átomo, a molécula ou o íon torna-se mais carregado positivamente. A oxidação corresponde à perda de elétrons. Reduzido: o átomo, a molécula ou o íon torna-se menos carregado positivamente. A Redução envolve o ganho de elétrons. barra de Zn mergulhada em solução de sulfato de cobre(ii)

10 Reações Redox Oxidação e redução

11 Reações de precipitação: formação de composto pouco solúvel Quandoduassoluçõessãomisturadas eumsólidoéformado,osólidoé chamado de um precipitado. Pb2+(aq) +2I-(aq) PbI2(s) Ba2+(aq) +SO42-(aq) BaSO4(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) AgCl(s) Para haver precipitação, a solubilidade do composto na solução tem que ser atingida.

12 Reações de precipitação Permitem, por exemplo, recuperar metais de águas e efluentes industriais, possibilitando seu descarte dentro das normas ambientais.

13 Reações de Neutralização Ácidos, Bases e Sais Dissociação = os íons componentes do sólido se separam em solução. Ionização = uma substância neutra forma íons em solução. Ácido = substâncias que se ionizam para formar H+ em solução (por exemplo, HCl, HNO3, CH3CO2H, limão, lima, vitamina C). Ácidos com um próton ácido são chamados monopróticos (por exemplo, HCl). Ácidos com dois prótons ácidos são chamados dipróticos (por exemplo, H2SO4). Ácidos com muitos prótons ácidos são chamados polipróticos (por exemplo, H3PO4).

14 Química Orgânica - Mecanismos de Reações Os mais importantes são : Mecanismo da Adição, Mecanismo da Eliminação, e Mecanismo da Substituição.

15 Existe ainda o mecanismo do REARRANJO que pode ser um coadjuvante dos três mecanismos anteriores!

16 1-ADIÇÃO Essa reação acontece pelo mecanismo de Adição :

17 As reações de adição Apresentam uma INSATURAÇÃO, que se rompe e recebe a outra molécula que também sofreu uma ruptura!

18 2-ELIMINAÇÃO Essa reação acontece pelo mecanismo de Eliminação :

19 - molécula inicial que Apresentam uma possui um grupo diferente de H -INSATURAÇÃO... Além de formar uma outra molécula (Hidrogênio) e... de menor peso molecular!

20 3-SUBSTITUIÇÃO Essa reação acontece pelo mecanismo de Substituição :

21 4-REARRANJO Também dita de transposição, é uma reação onde a estrutura do carbono de uma molécula é rearranjado:

22 Reações orgânicas Tipificação: -Polimerização -Esterificação -Saponificação -Acidificação -Halogenação -Hidrogenação -Dentre várias outras;

23 BALANÇO MATERIAL

24 Recursos, PROCESSO QUÍMICO

25 BALANÇO MATERIAL Balanço material em reações químicas

26 Reciclo Corresponde ao processo de retorno de uma corrente material a jusante para processos a montante. Pode ser de duas formas: Reciclo sem reação química: apenas para interação física Reciclo com reação química: retorno de reagentes para abastecer reação química

27 ByPass e Purga ByPass: Corresponde ao desvio de processo com corrente de fluxo sendo direcionada para etapas a jusante de processo. Pode ser usada para controlar a composição da corrente final para obter um produto em composição desejada. Purga: Corresponde a uma corrente de retirada do processo de materiais indesejados

28 Resumo

29 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Estratégia para solução de problemas de balanço industrial

30 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Estratégia para Resolução de Problemas 1. Leia e entenda o enunciado - Exemplo: Quantos meses têm 30 dias?

31 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Estratégia para Resolução de Problemas 1. Leia e entenda o enunciado - Ex: Quantos meses têm 30 dias? 2. Esboce um diagrama e especifique as fronteiras do sistema -Ex: Um misturador contínuo mistura NaOHcom H 2 O para produzir uma solução aquosa de NaOH. Determine a composição e a vazão do produto, sabendo que a vazão de NaOHé de 1000 kg/h e que a razão entre a vazão de H 2 O e a solução produzida é de 0,9. Fronteira do sistema H 2 O Misturador NaOH Produto

32 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Estratégia para Resolução de Problemas 3. Coloque rótulos no diagrama de processo (símbolo, números e unidades). - Ex. Um misturador contínuo mistura NaOHcom H 2 O para produzir uma solução aquosa de NaOH. Determine a composição e a carga do produto, sabendo que a carga de NaOHé de 1000 kg/h, e que a razão entre a carga de H 2 O e a da solução é de 0,9. Fronteira do sistema W kg H 2 O 100% Misturador F = 1000 kg NaOH 100% Produto

33 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Estratégia para Resolução de Problemas 4. Obtenha os dados necessários para resolver o problema. (levante todos os dados que considera necessários para isso) 5. Escolha uma base (Por exemplo: no caso do exemplo do item 3 a base poderia ser 1 hora. Ou seja, a base é uma referência para realizar o cálculo) 6. Determine o número de variáveis que os valores são desconhecidos (incógnitas) 7. Determine o número de equações independentes e faça uma análise dos graus de liberdade.

34 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Estratégia para Resolução de Problemas 8. Escreva as equações a serem resolvidas em termos de variáveis conhecidas e incógnitas. 9. Resolva as equações e calcule as quantidades requeridas pelo problema. 10. Verifique as respostas.

35 BALANÇO MATERIAL Solução de Problemas Exemplo: No processo de fabricação de cimento, uma de suas primeiras etapas corresponde a produção de cal (CaO (s) ). Para isso, adicionou-se Carbonato de cálcio (CaCO 3(s) ) com 60% de pureza em um forno rotativo à 850ºC de Temperatura de queima, com uma carga de 100 kg/h. O tempo de reação é de 30 minutos e o rendimento de reação é de 70%. A impureza desta reação é liberada na forma de gases. Desta forma, Esboce o diagrama de sistema e a reação realizada e responda (a)qual a massa produzida de Cal em 24 horas? (b) Qual a massa de sobra de calcário? (c) E qual a massa de gás de impureza liberada?