Química Industrial, Processos Bioquímicos e Energias Alternativas
Núcleo conceitual
A química industrial integra rotas de síntese, catálise, matérias-primas e escala. Processos-chave: refino de petróleo (destilação atmosférica e a vácuo, craqueamento, reforma), produção de amônia (Haber-Bosch), ácido sulfúrico (contato), cloro-soda, poliolefinas. Bioprocessos usam microrganismos ou enzimas em biorreatores, com cinética de Monod e rendimento celular.
Conceitos exigidos
- Balanço de nitrogênio/hidrogênio na síntese de amônia; reciclo e purga.
- Processo de contato para H₂SO₄ (catalisador V₂O₅, conversão em leitos).
- Fermentação: Monod μ = μ_max S/(K_s + S), rendimento Y_{X/S}, produtividade.
- Biocombustíveis: etanol (fermentação, destilação, desidratação), biodiesel (transesterificação).
- Hidrogênio verde, eletrólise, células a combustível.
Armadilhas típicas
- Ignorar purga em reciclos de amônia (inertes acumulam).
- Confundir rendimento teórico com rendimento real.
- Usar Monod em concentrações inibitórias (necessário modelo com inibição).
- Desprezar demanda energética da destilação de etanol.
- Tratar “hidrogênio verde” como sinônimo de qualquer hidrogênio de baixo carbono.
Regra de ouro e exemplo
Regra: em processos com reciclo, sempre inclua purga para inertes; sem ela, o processo não atinge estado estacionário.
Exemplo: na síntese de amônia, N₂ e H₂ reagem em proporção 1:3. Se a alimentação tem traços de argônio e metano, esses inertes se acumulam no reciclo. A purga contínua mantém a concentração em nível tolerável, com perda de reagentes. O cálculo da purga equilibra custo de perda e acúmulo. Em bioprocessos, se S = 10 g/L, K_s = 2 g/L e μ_max = 0,4 h⁻¹, então μ = 0,4 × 10/12 ≈ 0,33 h⁻¹ - abaixo do máximo, indicando limitação por substrato.