A descoberta do PVC

A descoberta do PVC foi acidental. Em 1926, Dr. Waldo Semon, professor assistente da Universidade de Washington, foi contratado pela BF Goodrich para desenvolver um produto que colasse borracha em metais e que fosse mais barato do que as colas existentes. No desenvolvimento da pesquisa o estoque de bromo acabou e Waldo passou a usar o cloro, material abundante no almoxarifado, em seus experimentos. Usando o cloro Dr. Waldo deparou-se com o que é hoje conhecido como PVC. Realizando experimentos com o produto, Dr. Waldo, fabricou salto de sapatos, usou como revestimento de fios e ferramentas, mas não conseguiu a cola que desejava e que era o objetivo principal de sua pesquisa. Os produtos de PVC alcançaram o mercado por volta de 1930. Hoje ele é o segundo plástico mais vendido no mundo depois do polietileno.

Semon nasceu em Demopolis, Alabama, em 10 de setembro de 1898. Em 1916 entrou na Universidade de Washington determinado a ser químico, porém, optou pelo curso de engenharia química por não gostar de ciência pura.Ele formou-se em 1920 sendo o estudante laureado da turma. Ainda na Universidade de Washington continuou os seus estudos obtendo o título de Ph.D. em engenharia química em 1923. Após um curto periodo como instrutor foi cointratado pela bF Goodrich em 1926. Aposentou-se em 1963 trabalhando como pesquisador na Kent State University ao longo de sua carreira obteve 116 patentes. Como reconhecimento do seu trabalho recebeu a medalha Goodyear da American Chemical Society.A medalha  Edward W. Morely, o prêmio  Thomas Midgely e o seu nome está escrito no Hall of Fame dos inventores americanos. Morreu aos 100 anos em 26 de maio num asilo em Ohio.

O PVC foi patenteado, em 1913, pelo químico alemão Friedrich Klatte que chegou ao PVC por via fotoquímica usando a luz solar. Isso levanta uma questão quanto a quem realmente descobriu. Por exemplo, Fleming não foi a primeira e nem a segunda pessoa a descobrir a penicilina. Foi a sexta, mas a partir da descoberta de Fleming que a penicilina foi para a escala industrial.

Como identificar os plásticos.

Uma forma é usando símbolos. Ele é constituído por um triangulo construído com três setas dobradas tendo um número dentro.  Este número pode variar de 01 até 07.  A identificação é importante, um frasco de PVC em 10 mil frascos de PET é bastante para arruinar o material fundido para fins de reciclo. A simbologia a seguir foi criada pela Society of Plastics Industries no final dos anos 80.  Teoricamente estes símbolos de identificação podem ser encontrados no fundo das embalagens.  O Brasil normalmente segue a norma americana.  Uma busca na cozinha olhando o fundo das embalagens nenhuma delas tinha o símbolo identificador.

Apelando para a força bruta tudo começa com um aquecimento até 250ºC.  Se fundir é termoplástico, se não fundir é provavelmente termofixo, portanto, não reciclável. A temperatura de fusão já dá uma boa ideia:  polietileno de baixa densidade(105ºC), polietileno de alta densidade (130ºC), PVC rígido (130ºC), PVC flexível (150ºC),  polipropileno (165ºC), PET (180ºC),

O segundo passo é colocar na chama de um bico de Bunsen e deixar queimar. Se não queimar não é nenhum dos listados a seguir. Se queimar, retirar da chama  para ver se a queima se sustenta. Se continuar queimando com fumaça preta e fuligem é poliestireno. Se continuar queimando com cheiro acre e chama amarela é polipropileno. Se continuar queimando com cheiro de vela é polietileno. Se a queima não se sustentar, a chama for azulada com ponta amarela, e aparecer um odor de cloro é PVC. O PET queima com chama amarela e cheiro de manteiga rançosa. 

 

PET (polietilenotereftalato) 

PE-HD (polietileno de alta densidade)

PVC (policloreto de vinila) -

PE-LD (polietileno de baixa densidade)

PP (polipropileno)

PS (poliestireno)

Outros

Para mais precisão o arsenal é bem sofisticado: análise elementar, espectroscopia IV, RNM e análise térmica diferencial.

Vantagens das vias biológicas de realizar transformações químicas

Algumas transformações químicas industriais são realizadas usando seres vivos, mais precisamente microrganismos.  Para a realização da transformação uma população microbiana é confinada num tanque juntamente com todos os nutrientes necessários. A matéria prima é geralmente um polissacarídeo, amido ou celulose, ou um açúcar, glucose ou frutose.

A imagem acima mostra uma planta de acido cítrico, localizada na Republica Tcheca, com capacidade de para 15.000 toneladas por ano. O ácido cítrico é produzido a partir do açúcar pela ação do microrganismo Aspergillus niger. Esta fermentação é muito sensível a traços de contaminantes.

A rota biológica apresenta uma série de vantagens, as principais são:

• Única rota possível de obtenção de alguns produtos tais como antibióticos, proteínas terapêuticas, vacinas;
• A transformação pode ser realizada em apenas um reator, a mesma reação realizada por uma rota química pode exigir vários reatores intercalados por etapas de separação e purificação;
• Embora alguns microrganismos, conhecidos como extremófilos, possam operar em condições de temperatura e pressão elevadas, as transformações químicas por via biológica são realizadas normalmente em condições próximas das ambientais;
• Em muitos casos a matéria prima é um componente de resíduos agrícolas e industriais;
• As transformações biológicas são muito especificas produzindo um dos isômeros ótico, as transformações químicas produzem misturas racêmicas.

Blog de Marcelo Melo

Gostei do Blog sobre engenharia química de Marcelo Melo, português de Maia, Porto, Portugal. Recomendo para todos os que se interessam por essa modalidade de engenharia. Agradável de ler e muito informativo.

http://engenharia-quimica.blogspot.com/

REF 012 - As reações usadas nas refinarias

O processamento do petróleo começa quando ele chega aos tanques de armazenamento da refinaria. Do tanque o petróleo é levado a dessalgadora para retirar a água e o sal nele contido. Atendido os requisitos quanto aos teores permitido de água e sal, o petróleo é levado para uma fornalha onde é aquecido até a temperatura máxima possível sem que ocorra quebra molecular. Parcialmente vaporizado o petróleo é levado a coluna atmosférica onde é fracionado. Para produzir mais frações ainda sem que ocorra quebra molecular, o petróleo é levado para uma fornalha para ser aquecido até o limite e enviado para a coluna de vácuo onde é novamente fracionado. Com isso se consegue um máximo de onze frações para serem processadas para produzir combustíveis e lubrificantes. Isso tudo já foi visto. Até aqui todo o esforço foi envidado no sentido de não quebrar moléculas. Agora esta restrição é retirada e quebrar e reformar moléculas por métodos químicos passa a ser válido.

O objetivo deste tópico é listar os processos químicos, por enquanto, sem entrar em detalhes. Não vamos listar todos, mas apenas os principais.

1. Alquilação – Visa a produção de uma mistura rica em isoctano para a produção de combustíveis de alta octanagem explorando o isobutano, o propileno e o butileno presentes em frações gasosas.

2. Pirolise – Consiste em aquecer a fração acima da temperatura de craqueamento molecular. Antes da invenção do craqueamento catalítico era a principal via para aumentar a produção de combustíveis brancos (gasolina e diesel) a partir de frações pesadas. Hoje é praticada com o objetivo de produção de olefinas sendo realizada usando misturas contendo etano, propano e butano, ou, então, usando a nafta leve. A matéria prima é escolhida de acordo com a demanda das principais olefinas pelo mercado.

3. Reforma catalítica – Consiste em ciclizar as moléculas aumentando o teor de naftenos e aromáticos na fração processada. É realizada com dois objetivos: aumentar a octanagem da fração ou produzir aromáticos visando a indústria petroquímica. No primeiro caso, a reforma é realizada na nafta leve e, no segundo, na nafta pesada.

4. Craqueamento catalítico – Realiza a quebra molecular não apenas por elevação da temperatura, mas, também, pelo uso de um catalisador especifico. A matéria prima explorada são os gasóleos produzidos nas colunas atmosférica e de vácuo.

5. Hidrocraqueamento – O craqueamento é feito juntamente com hidrogênio que evita o coqueamento do catalisador. O seu ponto fraco é a disponibilidade de hidrogênio. O principal produtor de hidrogênio na refinaria é a reforma catalítica mencionada acima que inexiste em muitas refinarias.

6. Hidrotratamento - Consiste em em reduzir os teores de olefinas e aromáticos mediante reação catalisada com o hidrogênio. As olefinas tendem a polimerizar e fedem. Também retira o enxofre e o nitrogênio poluentes atmosféricos na forma de SOx e NOx produzidos na combustão..

7. Coqueamento retardado – Visa mais a produção de coque a partir das frações mais pesadas. Como subproduto resultam combustíveis leves. Porque retardado? Er … depois isso será explicado.

Tem mais, muito mais, mas devagar que o santo é de barro. O resultados destes processos químicos é a disponibilização de de diversas "gasolinas" para a formulação da gasolina comercial. São elas a gasolina alquilada, a gasolina de pirolise, a gasolina de reforma, a gasolina de craqueamento, a gasolina de coqueamento e por ai vai. O mesmo acontece com o diesel e outros combustíveis.

PET 018 - Lodo de perfuração

Na figura a seguir está representado de uma forma extremamente simples um poço sendo perfurado. O triangulo no fundo do poço é a broca que gira em torno do seu eixo fragmentando a rocha. O lodo de perfuração desce pelo eixo até a broca e retorna pela seção anular para a superfície onde é reprocessado e devolvido ao poço. Este lodo é conhecido como lodo de perfuração. Outros nomes são lodo ou fluido de lavagem,  fluido de perfuração.

O lodo de perfuração tem várias funções:

1. arrastar os fragmentos de rocha para a superfície;
2. limpar e esfriar a broca;
3. atuar como lubrificante onde houver atrito;
4. exercer uma contrapressão de forma a evitar a entrada de fluidos no poço;
5. evitar que os fragmentos de rocha se sedimentem no fundo nas paradas das perfurações;
6. obturar os orifícios das camadas porosas atravessadas na perfuração;
7. ser inerte em relação aos detritos;
8. ser bombeável;
9. proteger contra a corrosão e
10. ser formada por materiais baratos e disponíveis.

O lodo pode ser a base de água ou a base de óleo. A água leva a vantagem de ser mais disponível e refrigerar melhor e a desvantagem de encharcar tudo por onde passa desestabilizando a rocha. Os lodos a base de óleo tem a principal desvantagem de serem poluente.

Para dar propriedades pseudoplásticas ao lodo,  uma argila, por exemplo, bentonita, é adicionada à água. A xantana é um polissacarídeo usado para conferir propriedades não newtonianas. Os fluidos pseudoplásticos diminuem a viscosidade com a taxa de deformação. Assim, se comporta como um fluido pouco viscoso na região em torno da broca facilitando a suspensão e arraste dos debris e se comporta como um fluido muito viscoso dificultando a sedimentação fora da região da broca.  Para dar mais densidade ao lodo e aumentar a contrapressão um mineral denso, por exemplo, barita, pode ser adicionado. Outras substâncias podem ser adicionadas para adequar as camadas que vão sendo atravessadas.

Quem cuida disso é o engenheiro de lodo, um profissional devidamente qualificado para esta tarefa, que parece, mas não é simples.

A qualidade do lodo de perfuração é acompanhada usando o funil de lodo (marsh funnel). O tempo de escoamento neste funil é interpretado como uma viscosidade. para obter a viscosidade em centipoise  basta usar a formula:

onde a densidade é expressa em gramas por militro.O principio de funcionamento é similar a vários viscosímetros. O funil de lodo tem dimensões bem especifica e uma capacidade de 1,5 litro.

Olhando o topo do funil de lodo nota-se uma peneira. O lodo é introduzido no funil através desta peneira que retem as particulas maiores e evita que ocorram entupimentos.

TD 022 - Como converter calores específicos isobáricos em isocóricos e vice versa

Como foi dito, é mais fácil determinar o calor específico isobárico do que o isocórico. Dificilmente os dois serão encontrados juntos. Então um precisa ser calculado a partir do outro. A equação básica que liga os dois calores específicos é a equação do primeiro princípio, mas escrita de uma forma diferente:

Como a equação do primeiro princípio, esta equação se chama equação de Mayer. Se o material for um gás ideal, ele obedecerá à equação dos gases ideais, também conhecida como equação de Clapeyron,

Neste caso,

Se o material não for gás ideal então uma equação de estado a equação de estado apropriada deve ser buscada. A escolhida poderá a equação deverá ser uma das equações cúbicas, também conhecidas como equações da família de van der Waals. Dentre estas equações as mais apreciadas são as equações de Redlich-Kwong-Soave e Peng-Robinson. Considerando a própria equação de van der Waals a relação acima fica:

Como tanto R como a são positivos, o calor específico isobárico é sempre maior do que o isocórico. Na situação mais radical as derivadas necessárias devem ser obtidas diretamente de dados experimentais.