Reações mecanoquímicas

Consiste em moer o reagente sólido para obter um produto também sólido. Foi o que fez um grupo polonês usando um simples pilão. Isto é possível porque estes compostos formam estruturas cristalinas com fracas ligações não-covalentes. Durante a trituração a ligação se quebra e novos compostos químicos são criados.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=mecanoquimica-reacoes-compostos-solidos&id=010160101210

Neste blog tem uma classificação bem abrangente dos reatores químicos. Está na hora de ampliar esta classificação. Então os reatores químicos podem ser:

• reatores termoquímicos;
• reatores eletroquímicos;
• reatores fotoquímicos;
• reatores bioquímicos e …
• reatores mecanoquímicos.

Quem se habilita a fazer o balanço material e energético deste tipo de reator? Qual o equipamento que realizará este tipo de reação em larga escala. Impacto dará resultado melhor do que moagem ou não?

Diagramas de bifurcação

Considere a equação diferencial autônoma

Nesta equação t é o tempo, portanto, um escalar, e u pode ser um vetor N dimensional, mas, por enquanto, será um escalar. Os valores de u que satisfazem a equação

são pontos fixos da equação diferencial. Nestes pontos a derivada se anula. Os pontos fixos podem ser atratores e repulsores ou ter o caráter atrator-repulsor. O ponto fixo será repulsor se

Se a derivada for positiva o ponto fixo será repulsor. Se a derivada for nula então o sinal da segunda derivada deve ser considerado, mas isso é outro departamento.

Se a equação diferencial decorre de uma modelagem matemática então os pontos fixos atratores definem o regime estacionário do sistema modelado.

Na realidade das modelagens matemáticas a equação diferencial tem parâmetros considerados constantes. Em geral, mais de um. Em todo caso um pode ser selecionado e é denominado parâmetro privilegiado. Seja β este parâmetro. Ele pode ser um número adimensional. Neste caso, a equação diferencial fica

O ponto e vírgula alerta que β não é uma variável da equação diferencial. Os pontos fixos são as soluções da equação algébrica

O leitor mais perspicaz perceberá logo que os valores dos ponto fixos e sua natureza atratora/repulsora será função de β. O diagrama u versus β recebe o nome de diagrama de bifurcação. As curvas dos pontos atratores é, por convenção representado por uma linha cheia e as curvas dos pontos repulsores por linhas tracejadas. Abaixo temos uma curva de bifurcação de um reator do tipo tanque continuo adiabático. Neste caso o parâmetro privilegiado é a vazão de alimentação, um parâmetro facilmente manuseável ou diretamente ou na forma de tempo de residência na mistura no reator.

Quantas linguagens de programação existem?

Alguém entrou no blog com esta pergunta. A resposta é um bocado. Uma lista bem abrangente pode ser encontrada na Wikipédia em

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_programming_languages

A lista começa pela linguagem A, que é uma linguagem de programação matricial e vai até a linguagem ZZT-oops sem esquecer nenhuma letra do alfabeto. Se apenas o universo da engenharia química for considerado então são poucas: o Fortran, o Algol, o Basic, o Pascal, o C++ e o Java.

PET 17 – Pressões operativas

O petróleo é encontrado em formações porosas devidamente cercada por rochas impermeáveis denominadas trapas. A maioria do petróleo é encontrada em anticlinais e falhas. Na trapa o petróleo está em condições de temperatura e pressão determinada primariamente pela profundidade. A pressão na trapa é denominada pressão de formação.

Quando o petróleo é encontrado numa perfuração exploratória é esta pressão que empurra o petróleo para a superfície. O comportamento do poço é determinado em grande parte pela natureza desta pressão. Ela pode ser:

· Pressão hidráulica – Esta pressão é exercida pela água sob o lençol de petróleo. A medida que o petróleo vai sendo empurrado para fora do poço a água de formação vai ocupando o espaço deixado pelo petróleo. Esta força operativa pressupõe que a água de formação tem acesso a um grande lençol d’água ou a superfície de forma a ser reposta. Este contato com a superfície pode ocorrer a centenas de quilômetros. Esta pressão operativa pode ser mantida artificialmente mediante injeção de água no poço.

· Pressão gasosa – Esta pressão é exercida pela capa de gás e também empurra o petróleo para fora do poço. Esta pressão é determinada pela lei dos gases e depende do diagrama de fases do petróleo. Ela pode ser mantida artificialmente pela injeção de gás no poço.

Estas duas pressões acima são conhecidas como pressões de deslocamento. A estas pressões operativas podem ser acrescentada mais duas pressões associadas ao esgotamento do poço. São elas:

· Pressão gravitacional – É a pressão exercida no ponto de retirada pela coluna de petróleo. A pressão vai caindo a medida que a coluna vai diminuindo.

· Pressão do gás em solução – Esta pressão decorre da vaporização do gás em solução no petróleo. Esta pressão se esgota na medida em que o gás dissolvido também se esgota.

A estas quatro pressões podem ser acrescentadas as pressões elásticas: São elas:

· Pressão elástica do petróleo – Na pressão de formação o petróleo está comprimido o que reduz o seu volume, pois ele é um líquido elástico. A redução da pressão de formação faz com que o petróleo se expanda saindo do poço. Este efeito é pequeno, mas considerando o volume total do lençol pode representar uma boa quantidade de petróleo .

· Pressão elástica da água de formação – A água é também um fluido elástico. O raciocínio aplicado a pressão elástica do petróleo vale também para a água.

· Pressão elástica da rocha - Quando a pressão de formação a rocha também se expande elasticamente contribuindo também para a expulsão do petróleo .

No real a pressão operativa é uma combinação destas pressões que deve ser utilizadas para a maximização da produção. Quando estas pressões são perdidas o poço é dito maduro.

Poluição atmosférica: atmosfera

A indústria química tem um efeito colateral: produz rejeitos. Por rejeito entende-se qualquer material que não pode ser aproveitado. Ele pode ser sólido, líquido ou gasoso. Os rejeitos gasosos são invariavelmente eliminados na atmosfera, mas, se for solúvel o destino pode ser os cursos d’água e o mar. Os rejeitos líquidos são descartados também nos cursos d’água, mas, se forem combustíveis, podem ser queimados para eliminação na atmosfera. Os rejeitos sólidos vão para o solo, mas, se o rejeito for solúvel pode ir para a água, se queimar pode ir para a atmosfera.

Não há como eliminar um rejeito verdadeiro, que não tem absolutamente uma utilidade conhecida. A lei da conservação da matéria de Lavoisier não deixa. Então, o que se faz é o gerenciamento do resíduo. Gerenciar é decidir onde ele será descartado: no solo, na água ou no ar. O ar é o nosso primeiro objetivo, por isso, a atmosfera entrou na nossa alça mira.

A atmosfera é o manto gasoso que envolve o planeta. Ela vai da superfície até cerca de 1000 km, quando se confunde com o espaço interplanetário. Este manto se mantém pela ação da gravidade.

Considerando a pressão, esta declina exponencialmente com a altitude indo da pressão ao nível do mar, 1 atm, para zero. Tomando a pressão ao nível do mar como referencia, a pressão cai a 1/10 deste valor a 16 km, a 1/100 a 30 km, a 1/1.000 a  a 50 km, a 1/10.000 a 70 km, e a 1/100.000 a 90 km. Não existe uma fórmula exata, mas é possível chegar a uma fórmula aproximada desprezando a variação da temperatura

Na expressão acima m é a massa de uma molécula, g é a aceleração da gravidade, k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura.

Considerando a temperatura o negócio se complica um pouco. É a variação da temperatura que define as camadas da atmosfera. São elas:

· Troposfera – Nesta camada a temperatura declina, indo da temperatura superficial a menos 58°C. A espessura desta camada vai de 12 km nos polos a 20 km no equador. Cerca de 80% da massa atmosférica está nesta camada. Entre a troposfera e a camada seguinte existe um pequeno trecho de 10 km onde a temperatura é constante chamada tropopausa.

· Estratosfera – Na estratosfera a temperatura sobe de menos 58°C para menos 8 graus a 50 km. Esta elevação de temperatura é causada pela camada de ozônio cujas reações liberam calor. Entre a estratosfera e a camada seguinte ocorre um pequeno trecho de 5 km onde a temperatura é constante chamado estratopausa.

· Mesosfera – É a camada seguinte onde a temperatura volta a cair atingindo menos 90°C a 80 km. Este é o ponto mais frio da atmosfera. Em seguida vem um trecho de 10 km onde a temperatura é constante conhecido como mesopausa.

· Termosfera - A termosfera vai até cerca de 700 km. Nesta camada a temperatura vai de menos 90°C até cerca de 2000°C. Novamente surge um trecho onde a temperatura é constante chamado de termopausa.

· Exosfera - A partir dai aparece a exosfera que vai até não ser possível distinguir do espaço interplanetário.

Considerando a composição a atmosfera contém duas camadas: homosfera e heterosfera. Na homosfera a composição não varia. Os gases ais pesados, nitrogênio, oxigênio e argônio predominam Esta camada vai até cerca de 100 km abrangendo a troposfera, a estratosfera e parte da mesosfera. A composição do ar em ppm nesta camada é:

Nitrogênio: 780.800 ppm

Oxigênio: 209.500 ppm

Argônio: 9.300 ppm

Neônio: 18 ppm

Hélio: 5.2 ppm

Metano: 1.0 ppm

Criptônio: 1.0 ppm

Os outros gases estão abaixo de 1 ppm. O dióxido de carbono no ar é 5.2 ppm. A quantidade de água é variável.

A partir dai começa a heterosfera cuja composição varia com a altitude. Nesta camada os componentes leves, hidrogênio e hélio, passam gradualmente a predominar.

A camada de ozônio se localiza na parte inferior da estratosfera indo de 10 a 30 km. A concentração de ozônio, nesta camada, varia entre 2 e 8 partes por milhão e 90% do ozônio existente na atmosfera está nela camada. Esta camada é importante para a vida no planeta por motivos que serão apresentados mais adiante.

A ionosfera é a camada entre 50 e 1000 km onde os componentes da atmosfera estão ionizados pela radiação solar. Ela é composta por íons e elétrons livres.

Mais tarde será visto a física e a química da atmosfera. Esclarecida a estrutura da atmosfera o destino da poluição atmosférica de origem industrial poderá ser discutido.

Burton, o inventor do craqueamento térmico do petróleo

Nasceu, hoje, em Cleveland, Ohio, em 1865, o químico Americano William Merriam Burton. Ele patenteou, em sete de janeiro de 1913, o processo de craqueamento térmico do petróleo que dobrava a gasolina produzida para atender a demanda da crescente indústria automobilística. Este processo foi usado até o advento do craqueamento catalítico em 1937. Nos 15 anos eu foi usado o processo Burton economizou cerca de 1 bilhão de barris de petróleo. O craqueamento térmico ainda é usado nas frações leves para atender a demanda de olefinas.

Burton obteve o bacharelado em química pela Western Reserve University em 1886. Obteve o título de Ph.D. pela John Hopkins University em 1889. Inicialmente trabalhou na refinaria da Standard Oil em Indiana. Progrediu sucessivamente para superintendente da refinaria, depois para diretor e vice-presidente, assumindo a presidência da empresa de 1918 até 1927 quando se aposentou. Burton morreu em Miami na Flórida em 21 de dezembro de 1954.

REF 11 - Craqueamento catalítico do petróleo

Voltando a coluna atmosférica. Ela fraciona o petróleo produzindo nafta leve, nafta pesada, destilado leve, destilado pesado, gasóleo atmosférico. Para a produção de gasolina e diesel as frações que interessam são as naftas e os destilados. Numa coluna que processe petróleo leve, isto é, com densidade API acima de 30, cerca de 50% do petróleo vai para o cru reduzido. Os outros 50% se dividem entre as naftas e os destilados e o gasóleo fica imprensado entre o destilado pesado e o cru reduzido.

Para aumentar as quantidades de combustíveis brancos (gasolina e diesel) e GLP, cuja demandas são maiores do que a de óleo combustíveis, o jeito é selecionar uma fração pesada e quebrar as moléculas reduzindo o seu tamanho. Esta operação é chamada de craqueamento. Na refinaria existe muitas operações que envolve quebra moleculares: craqueamento térmico, craqueamento catalítico, hidrocraqueamento, coqueamento retardado e visbreaking (redução da viscosidade por quebra molecular). A técnica básica consiste em levar a temperatura para um valor suficientemente alto de forma a favorecer a quebra molecular. É importante lembrar que o craqueamento nem sempre é realizado com o objetivo de elevar a produção de gasolina e diesel. O craqueamento que interessa no momento é o craqueamento catalítico. Ele é normalmente realizado nos gasóleos atmosférico e de vácuo. Originalmente o catalisador era baseado na alumina, mas hoje o catalisador é baseado em zeólita. O craqueamento é conduzido em temperaturas entre 660 e 760 graus Celsius.

Inicialmente será feita uma descrição bem sucinta do processo baseado no par craqueador-regenerador.

Na figura acima está representado esquematicamente um sistema craqueador-regenerador. No equipamento a esquerda ocorre a reação de quebra molecular catalisada. Esta reação ocorre com produção de coque que entope rapidamente o catalisador inutilizando-o. As partículas catalíticas são mantidas em regime de leito fluidizado. O gasóleo a ser craqueado é alimentado pela base e o gasóleo craqueado sai pelo topo.

Para evitar o coqueamento excessivo do catalisador as partículas do mesmo descem em direção a alimentação do regenerador onde encontram o fluxo de ar alimentado no regenerador. No interior do regenerador o coque é queimado e o catalisador é recuperado para retornar ao craqueador. As partículas descem e encontram o gasóleo ascendente.

Neste ponto, é interessante abrir parênteses para algumas explicações adicionais. O craqueamento molecular é uma reação endotérmica que necessita de temperaturas elevadas. Para isso, seria necessário fornecer calor ao craqueador. A reação de regeneração é uma reação fortemente energética. Então é interessante que o calor produzido no regenerador seja usado no craqueamento. O agente transportador são as partículas catalíticas. Elas são aquecidas no regenerador e esfriadas no craqueador. O par de equipamentos deve deve ser balanceado de tal forma que o calor “produzido” no regenerador seja igual ao calor “consumido” no craqueador.

O coque que era um estorvo passou a ser um componente importante do processo. Se fosse possível desenvolver um catalisador sem coqueamento, pelo visto isso é possível, o problema seria achar uma outra fonte de energia. Se existisse um premio Nobel para processos químicos com certeza este seria um dos ganhadores deste prêmio. Como é característica deste blog , mais adiante, em conta-gotas, mais informações sobre o craqueamento virão.