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Processos de separação de misturas, ETA e

petróleo

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PARA COMEÇAR...

A escolha dos melhores métodos para a separação

de misturas exige um conhecimento

de algumas das propriedades das substâncias presentes.

• Dependendo da complexidade da mistura, será necessário usar vários processos diferentes em uma sequência baseada nas propriedades das substâncias presentes na mistura .

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O nosso dia a dia

Alguns exemplos:

Escolha dos grãos de feijão para uma feijoada do domingo (catação);

Remoção da casca do amendoim torrado por sopro (ventilação);

Separação das moedas em função de seus tamanhos nas máquinas dos bancos (tamisação/peneiração).

Métodos de separação de misturas heterogêneas

• SÓLIDO – SÓLIDO: – Catação – Ventilação – Levigação – Separação magnética – Cristalização fracionada – Dissolução fracionada – Peneiração – Fusão fracionada – Sublimação

• SÓLIDO – LÍQUIDO: – Decantação – floculação – Centrifugação – Filtração simples – Filtração à vácuo

• LÍQUIDO – LÍQUIDO:

– Decantação

• GÁS – SÓLIDO:

– Decantação – Filtração

Métodos de separação de misturas homogêneas

• SÓLIDO – LÍQUIDO: – Evaporação

– Destilação simples

• LÍQUIDO – LÍQUIDO: – Destilação fracionada

• GÁS – GÁS: – Liquefação fracionada

Catação

• É um método de separação bastante rudimentar, usado para separação de sistemas sólido-sólido.

• Baseia-se na identificação visual dos componentes da mistura e na separação manual ou com o auxílio de uma pinça.

• É o método usado na limpeza do feijão antes do cozimento .

Tamisação (peneiração)

• Usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes através de peneiras.

• Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações.

Ventilação

• Método de separação para sistemas sólido-sólido, no qual o sólido menos denso é arrastado por uma corrente de ar.

• Um bom exemplo é a separação das cascas de grãos de arroz, amendoim torrado, etc.

Levigação

• A água corrente arrasta o componente menos denso e o mais denso deposita-se no fundo do recipiente.

• É usada, por exemplo, para separar areia e ouro: a areia é menos densa e, por isso, é arrastada pela água corrente; o ouro, por ser mais denso, permanece no fundo da bateia .

Decantação

• Permite a separação de líquidos imiscíveis (que não se misturam) ou de um sólido precipitado num líquido.

• A fase mais densa deposita-se no fundo do recipiente.

• Pode ser feita de duas formas:

– Verte-se lentamente a mistura em outro frasco;

– Com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase menos densa para outro frasco (sifonação).

Decantação

• No laboratório, para misturas de líquidos imiscíveis, usa-se funil de decantação ou funil de separação).

• Num sistema formado por água e óleo, por exemplo, a água, por ser mais densa, localiza-se na parte inferior do funil e é escoada abrindo-se a torneira de modo controlado.

• Pode-se ainda usar-se do princípio da decantação para a separação de misturas sólido-gás (câmara de poeira).

• A mistura sólido-gás atravessa um sistema em ziguezague. O pó, por ser mais denso, deposita-se durante o trajeto .

Floculação

• é o processo onde a água recebe uma substância química chamada de sulfato de alumínio. Este produto faz com que as impurezas se aglutinem formando flocos para serem facilmente removidos.

Filtração

• É um método de separação muito presente no laboratório químico e também no cotidiano.

• É usado para separar um sólido de um líquido ou sólido de um gás, mesmo que o sólido se apresente em suspensão.

• A mistura atravessa um filtro poroso, onde o material particulado fica retido.

• A preparação do café, o uso de o aspirador de pó são exemplos de filtração .

Evaporação

• Método de separação de misturas sólido-líquido por evaporação do solvente, também conhecido como cristalização.

• Em recipiente aberto, simplesmente, permite-se que o solvente evapore, deixando-se o sólido.

• Nas salinas, o sal é obtido a partir da água do mar através desse processo .

Centrifugação

• Usado para separação de mistura de sólidos e líquidos quando a dimensão das partículas sólidas é tão pequenas que provoca obstrução dos poros do filtro e faz com que sejam retidas pelo líquido.

• Tubos de ensaio contendo a mistura são colocados em uma centrífuga, que os faz girar em posição quase horizontal à grande velocidade, aumentando assim a rapidez de depósito do sólido no fundo do tubo.

Estado Inicial Estado Final

Centrifugação

Líquido Portador

Líquido Flutuante

Base

Constituinte (líquido ou sólido)

Esquema do Princípio da Centrifugação

Sublimação

• Usado quando apenas um dos sólidos sublima (passa para o estado gasoso) quando aquecido.

• São substâncias que podem ser separadas por sublimação: iodo, enxofre e naftaleno (naftalina).

• Mais recentemente, tal propriedade passou a ser usada na impressão de camisetas.

• Com uma impressora especial é preparado um desenho em uma folha de papel e, através de uma prensa térmica, a tinta sublima e se transfere para o tecido.

• Tem a vantagem de não desbotar, mantendo a tonalidade original .

Destilação Simples

• Método usado quando se deseja separar a substância sólida dissolvida do solvente e não se deseja perder este último (como ocorre no processo de evaporação).

• Desta forma, o solvente é resfriado (condensado), sendo recolhido em outro frasco.

• Aquece-se a mistura até atingir o ponto de ebulição do solvente.

• Não existe necessidade de controle de temperatura, pois o ponto de ebulição do sólido é muito mais elevado que o do solvente .

Destilação Fracionada • Método usado para separação

de mistura de líquidos.

• Quanto mais distantes os pontos de ebulição dos componentes, mais eficiente será o processo de destilação.

• A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento, destilação ou retificação.

• A separação ocorre na ordem crescente dos pontos de ebulição (PE).

Destilação Fracionada

• Esse processo é muito usado, principalmente em indústrias petroquímicas, para separação dos diferentes derivados do petróleo. Neste caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos.

• Esse processo também é muito usado no processo de obtenção de bebidas alcoólicas (alambique).

Separação Magnética

• Também chamado de Imantação, nesse método de separação, um dos sólidos é atraído por um ímã.

• Esse processo é usado em larga escala para separar alguns minérios de ferro de suas impurezas, como, por exemplo, separar do lixo objetos de metal que serão reciclados.

• Outro exemplo simples é a separação de linha e agulha através de um imã.

Imagem: Oguraclutch/ GNU Free Documentation License.

Imagem: Palmer, Alfred T. / Public Domain.

Dissolução Fracionada

• Também é conhecido como extração por solvente, é usada quando apenas um dos componentes apresenta solubilidade num dado solvente.

• A mistura areia + sal é um bom exemplo de aplicação para este método.

• Adicionando-se água, obtém-se a solubilização do sal. • Após uma filtração, a areia é separada, bastando realizar uma

destilação simples ou evaporação para se separar o sal da água .

sal + areia

Adição de água

Filtração Vaporização

areia

água + sal sal

Exercícios

1 - Associe as atividades diárias contidas na primeira coluna com as operações básicas de laboratório e fenômenos contidos na segunda coluna.

Os números da segunda coluna, lidos de cima para baixo, são: a) 3, 2, 5, 4, 1 b) 1, 3, 4, 5, 2 c) 4, 3, 2, 1, 5 d) 3, 2, 4, 5, 1 e) 4, 1, 5, 3, 2

(1) Preparar um refresco de cajá a partir do suco concentrado.

(2) Adoçar o leite. (3) Preparar chá de canela. (4) Usar naftalina na gaveta. (5) Coar a nata do leite.

( ) sublimação ( ) diluição ( ) filtração ( ) extração ( ) dissolução

4 1 5 3 2

Exercícios

2 - Têm-se os seguintes sistemas: I. areia e água II. álcool (etanol) e água III. sal de cozinha (NaCl) dissolvido

em água. Cada um desses sistemas foi

submetido a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se:

a) Qual sistema deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo?

b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo?

a) Sistema I

A areia seria o resíduo sólido que seria retido pelo papel de filtro.

b) Sistema III

Após a evaporação da água, restaria apenas o NaCl no fundo de recipiente.

Pedra de sal cristalizado

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Tratamento de água

E suas separações de mistura

Definição

• Tratamento de Água é um conjunto de procedimentos físicos e químicos que são aplicados na água para que estas fique em condições adequadas para o consumo, ou seja, para que a água se torne potável. O processo de tratamento de água a livra de qualquer tipo de contaminação, evitando a transmissão de doenças.

a) Padrões de potabilidade A água própria para o consumo, ou água potável, deve

obedecer certos requisitos na seguinte ordem:

organolética: não possui odor e sabor objetáveis; física: ser de aspecto agradável; não ter cor e

turbidez acima do padrão de potabilidade; química: não conter substâncias nocivas ou tóxicas

acima dos limites de tolerância para o homem; biológica:não conter germes patogênicos.

Tratamento de água Etapas do Tratamento de água

1) Aplicação de cal e coagulante: na chegada à estação de tratamento,

a água bruta recebe, quando necessário, a aplicação de cal para a correção do pH. Aplica-se o coagulante ( Sulfato de alumínio) ao passar na calha parshall, que provoca a mistura rápida do coagulante à água, e faz-se a medição da água que está entrando na ETA( Estação de Tratamento de Água ).

2) Floculação - Após a mistura rápida ou a coagulação, a água segue para os tanques de floculação, onde a água vai ser ligeiramente agitada estimulando a produção dos flocos

3) Decantação - Logo depois de passar pelos floculadores, a água floculada entra nos tanques decantadores, onde os flocos, por serem mais pesados que a água, depositam-se no fundo e a água é recolhida na superfície.

4) Filtração - Depois da decantação, a água passa pelos filtros. Os filtros são compostos por camadas de carvão mineral e areia de várias espessuras para a retirada das partículas de sujeira ou mesmo microrganismos maiores que se encontram na água.

Após esta seqüência, são adicionados os seguintes produtos químicos: Cloro - É usado para desinfecção da água eliminando os microrganismos que podem prejudicar a saúde. Flúor - Atua na prevenção das cáries dentárias na faixa etária de 0 a 14 anos. Cal - Produto químico específico que funciona para eliminar a acidez da água devido aos produtos adicionados anteriormente. A partir destes processos a água estará tratada e própria para consumo. A água, depois de utilizada pela população, torna-se esgoto. E este, em sua maioria, é líquido pois é composto de águas servidas resultantes de lavagem de pisos, roupas, utensílios de cozinha, banho, etc.

Etapas do tratamento

• Laboratório : cada ETA possui um laboratório que processa análises e exames físico-químicos e bacteriológicos destinados à avaliação da qualidade da água desde o manancial até o sistema de distribuição. Além disso, existe um laboratório central que faz a aferição de todos os sistemas e também realiza exames especiais como: identificação de resíduos de pesticidas, metais pesados e plâncton. Esses exames são feitos na água bruta, durante o tratamento e em pontos da rede de distribuição, de acordo com o que estabelece a legislação em vigor.

Tempo de Decomposição

Formação do Petróleo

O petróleo se formou há milhões de anos, quando a matéria orgânica

derivada de organismos marinhos e terrestres e depositada em

ambientes sedimentares se maturou pela ação de micróbios, calor e

pressão. Assim, os tipos de compostos presentes refletem a fonte de

matéria-prima.

Como resultado, a natureza do petróleo varia com a sua localização

geográfica, fonte da matéria-prima, e história geológica.

O petróleo é considerado uma fonte de energia não renovável, de

origem fóssil e é matéria prima da indústria petrolífera e petroquímica

PETRÓLEO BRUTO CONTÉM EM MÉDIA:

Carbono - 84%

Hidrogênio - 14%

Enxofre - de 1 a 3% (sulfeto de hidrogênio, sulfetos,

dissulfetos, enxofre elementar)

Nitrogênio - menos de 1% (compostos básicos com

grupos amina)

Oxigênio - menos de 1% (encontrado em compostos

orgânicos como o dióxido de carbono, fenóis, cetonas

e ácidos carboxílicos)

Metais - menos de 1% (níquel, ferro, vanádio, cobre,

arsênio)

Sais - menos de 1% (cloreto de sódio, cloreto de

magnésio, cloreto de cálcio)

O petróleo bruto possui em sua composição uma

cadeia de hidrocarbonetos, cujas frações leves

formam os gases e as frações pesadas o óleo cru.

A distribuição destes percentuais de hidrocarbonetos

é que define os diversos tipos de petróleo existentes no

mundo.

Os produtos que podem ser obtidos a partir de um barril de óleo cru

típico, que contém 42 galões ou 159 litros, são mostrados abaixo:

O petróleo bruto, tal como sai do poço, não tem

aplicação direta. Para utilizá-lo, é preciso fracioná-

lo em seus diversos componentes, processo que é

chamado de refino ou destilação fracionada.

Para isso, aproveitam-se os diferentes pontos de

ebulição das substâncias que compõem o óleo,

separando-as para que sejam convertidas em

produtos finais

REFINO DO PETRÓLEO

O processo de refino

A primeira etapa do refino, consiste na destilação fracionada que é feita

na Unidade de Destilação Atmosférica, por onde passa todo o óleo cru a

ser refinado. O óleo pré-aquecido penetra na coluna ou torre de

fracionamento que possui uma série de pratos. O petróleo aquecido sobe

pela coluna e à medida que vai passando pelos pratos sofre

condensação, separando-se em diversas frações

As frações e seus pontos de ebulição

Esquema completo

A indústria petroquímica é definida basicamente, em função de

suas matérias-primas, com a indústria orgânica sintética, que

obtém seus produtos a partir de frações do petróleo e do gás

natural.

A petroquímica engloba mais de 1.000 produtos individuais,

produzidos em gerações sucessivas que interligam as

matérias-primas petrolíferas com as indústrias de

transformação, produtos de bens de consumo final

A indústria petroquímica: conceituação

Podem ser distinguidos três gerações industriais na cadeia

produtiva da atividade petroquímica:

Indústrias de 1ª geração

Fornecem os insumos petroquímicos brutos, tais como eteno, propeno,

butadieno, etc;

Indústrias de 2ª geração

Transformam os insumos petroquímicos brutos nos chamados insumos

petroquímicos finais, como polivinilcloreto (PVC), poliésteres, óxido de

etileno, resinas poliéster, etc;

Indústrias de 3ª geração

Transformam os insumos petroquímicos finais em produtos

quimicamente modificados que serão fornecidos como produtos de

consumo. São subdivididas em 5 segmentos básicos, conforme os

tipos de produtos e os mercados atingidos. São eles:

-Fertilizantes

-Plásticos

-Fibras

-Elastômeros

-Detergentes

NAFTA

É uma fração líquida e incolor do refino do petróleo, ou do próprio gás natural

tratado, os sofisticados processos petroquímicos são capazes de quebrar,

recombinar e transformar as moléculas originais dos hidrocarbonetos presentes

no petróleo ou no gás, gerando, em grande escala, uma diversidade de produtos,

os quais, por sua vez, irão constituir a base química dos mais diferentes

segmentos da indústria em geral. É a matéria-prima básica para a produção do

plástico.

A Petrobras é a única produtora de nafta petroquímica no Brasil, atendendo à

demanda nacional com produção própria e por importações.

INSUMOS PARA A PETROQUÍMICA

PRÉ-SAL

Entenda o que é a camada pré-sal

A chamada camada pré-sal é uma faixa que se

estende ao longo de 800 quilômetros entre os Estados

do Espírito Santo e Santa Catarina, abaixo do leito do

mar, e engloba três bacias sedimentares (Espírito

Santo, Campos e Santos). O petróleo encontrado

nesta área está a profundidades que superam os 7 mil

metros, abaixo de uma extensa camada de sal que,

segundo geólogos, conservam a qualidade do

petróleo (veja figura abaixo).

Vários campos e poços de petróleo já foram

descobertos no pré-sal, entre eles o de Tupi, o

principal. Há também os nomeados Guará, Bem-Te-Vi,

Carioca, Júpiter e Iara, entre outros.

Um comunicado, em novembro do ano passado, de que Tupi

tem reservas gigantes, fez com que os olhos do mundo se

voltassem para o Brasil e ampliassem o debate acerca da

camada pré-sal. À época do anúncio, a ministra Dilma Rousseff

(Casa Civil) chegou a dizer que o Brasil tem condições de se

tornar exportador de petróleo com esse óleo.

Tupi tem uma reserva estimada pela Petrobras entre 5 bilhões

e 8 bilhões de barris de petróleo, sendo considerado uma das

maiores descobertas do mundo dos últimos sete anos. Para termos de comparação, as reservas provadas de petróleo e

gás natural da Petrobras no Brasil ficaram em 13,920 bilhões

(barris de óleo equivalente) em 2007, segundo o critério adotado

pela ANP (Agência Nacional do Petróleo). Ou seja, se a nova

estimativa estiver correta, Tupi tem potencial para até dobrar o

volume de óleo e gás que poderá ser extraído do subsolo

brasileiro.

Estimativas apontam que a camada, no total, pode abrigar algo

próximo de 100 bilhões de boe (barris de óleo equivalente) em

reservas, o que colocaria o Brasil entre os dez maiores produtores

do mundo.

A Petrobras planeja instalar um projeto-piloto para a exploração da área de Tupi entre 2010

e 2011; a exploração comercial está prevista para 2013. Inicialmente, a unidade produzirá

100.000 barris diários de óleo, mas ainda não está definido o verdadeiro potencial comercial

da jazida. Analistas estimam que os poços poderiam gerar cinco vezes mais.