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50b2a4	Nuno Oliveira	2025-01-27 12:07:41	1	# Introdução
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			3	Os Processos de Separação constituem, desde sempre, uma etapa fundamental dos
			4	Processos de Fabrico da Indústria Química. Para que o Processo Reaccional
			5	decorra de acordo com as especificações definidas previamente, é necessário que
			6	as matérias primas sejam introduzidas no Reactor com o grau de pureza adequado,
			7	o que implica, necessariamente, um processo prévio de tratamento/purificação
			8	das matérias primas. Ou seja, as correntes de entrada no reactor passam, quase
			9	sempre, por unidades prévias de separação. O mesmo se passa com os produtos da
			10	reacção. Na maior parte dos casos as correntes com os produtos da reacção
			11	transportam ainda alguma percentagem de reagentes podendo também ocorrer
			12	reacções paralelas que dão origem a produtos que não são os desejados. Também
			13	neste caso é necessário tratar essas correntes para separar o produto que foi
			14	inicialmente especificado, com o grau de pureza desejado. Outra área da
			15	instalação fabril onde são essenciais os Processos de Separação é no tratamento
			16	dos efluentes da unidade, sejam eles gasosos ou líquidos.
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			18	Os Processos de Separação são variados e a selecção do processo mais adequado
			19	para um determinado tratamento depende das características da alimentação
			20	a tratar e dos objectivos a atingir (nomeadamente o grau de pureza pretendido
			21	para a corrente de saída) assim como de factores económicos.
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			23	A noção de Processo de Separação está intimamente ligada à de **Operação
			24	Unitária**. Este conceito foi introduzido na Engenharia Química, pela primeira
			25	vez, por Arthur D. Little em 1915 ([História da Engª
			26	Química](index.php?option=com_content&task=view&id=124&Itemid=2)) e foi
			27	essencial para a sistematização do ensino dos Processos Químicos:
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			29	>Operação Unitária é toda a unidade do processo onde os materiais sofrem alterações no seu estado físico ou químico e que pode ser projectada com base em princípios físico/químicos comuns.
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			31	São diversas e cada vez em maior número as Operações Unitárias que se usam no
			32	processo de fabrico, mas podemos organizá-las em quatro grandes grupos, tendo
			33	em conta os princípios físico/químicos subjacentes:
			34	* Operações baseadas em Transferência da Quantidade de Movimento (por exemplo
			35	Sedimentação, Ciclonagem, Moagem, etc.);
			36	* Operações baseadas em Transferência de Massa (por exemplo Destilação,
			37	Extracção, Absorção, Adsorção, etc.);
			38	* Operações baseadas em Transferência de Calor (por exemplo os Permutadores
			39	de Calor);
			40	* Operações baseadas simultaneamente em Transferência de calor e Massa (por
			41	exemplo Evaporação, Cristalização, etc.).
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			43	Para além disso podemos ainda agrupar as Operações Unitárias tendo em conta
			44	a forma como se modela a transferência:
			45	* Com base no conceito de Andar em Equilíbrio (Equilibrium Based
			46	Operations);
			47	* Com base no conceito de Velocidade de Transferência (Rate Based
			48	Operations).
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			50	No primeiro caso o equipamento de separação considera-se dividido num conjunto
			51	de elementos que promovem a transferência produzindo correntes em equilíbrio,
			52	tal como esquematizado na Figura 1.
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			54	![Andar em Equilíbrio](../../images/SOU_figura_1.png)
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			56	Figura 1: Andar em Equilíbrio.
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			58	No andar $N$ entram as correntes $A_{N+1}$ e $B_{N-1}$ que, após o processo de
			59	transferência, dão origem às correntes $A_N$ e $B_N$ que estão em equilíbrio.
			60	O equipamento de separação considera-se constituído por um somatório de andares
			61	em equilíbrio. No esquema da Figura 1 está representado um Andar em Equilíbrio
			62	de um Processo em _Contra-Corrente_, mas também podemos ter andares em
			63	equilíbrio em Processos em _Co-Corrente_. As operações de Destilação, Extracção
			64	e Absorção, podem ser modeladas com base neste conceito. A forma como se
			65	concretiza fisicamente o Andar em Equilíbrio depende do processo em causa.
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			67	![Torres de refinarias](../../images/SOU_imagem_1.png)
			68	![Coluna de destilação](../../images/SOU_imagem3.png)
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			70	Em alternativa, podemos modelar as Operações Unitárias recorrendo ao conceito
			71	de Velocidade de Transferência. A Velocidade de Transferência
			72	é proporcional à Força Motriz (_Driving Force_) que descreve
			73	o afastamento do equilíbrio nas correntes entre as quais ocorre
			74	a transferência.
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			76	![Força Motriz - Velocidade de Transferência](../../images/SOU_FORCA-MOTRIZ.png)
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			78	Um exemplo de uma Operação que costuma ser modelada com base neste conceito
			79	é a Absorção. Neste caso o modelo é constituído por equações diferenciais,
			80	enquanto a aplicação do conceito de andar em equilíbrio é traduzida
			81	matematicamente por sistemas de equações algébricas.
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			83	No portal existem simuladores para as operações de
			84	[Destilação](index.php?option=com_content&task=view&id=33&Itemid=142),
			85	[Extracção](index.php?option=com_content&task=view&id=34&Itemid=147),
			86	[Absorção](index.php?option=com_content&task=view&id=35&Itemid=152)
			87	e [Adsorção.](index.php?option=com_content&task=view&id=188&Itemid=450).
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			89	Os novos processos industriais que, por um lado passaram a lidar também com
			90	materiais biológicos e que, por outro lado exigem que os processos de
			91	estruturação ocorram numa escala cada vez mais pequena (nanómetro), têm levado
			92	ao desenvolvimento de Novos Processos de Separação, como sejam: a Separação por
			93	Membranas - a Ultra Micro e Nano Filtração a Osmose Inversa e a Electrodiálise
			94	-, a Separação por Peneiros Moleculares, a Separação por Processos
			95	Cromatográficos (já não apenas uma técnica analítica), a Separação por Fluidos
			96	Supercríticos, etc. No portal são abordados alguns destes novos processos de
			97	separação na secção de [Processos
			98	Biológicos](index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=191).
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			100	Outro desenvolvimento já amplamente implantado a nível industrial é o dos
			101	Processos de Separação Híbridos em que, no mesmo equipamento, se combinam
			102	simultaneamente mais do que um mecanismo. Um exemplo já bastante comum é o da
			103	_Destilação Reactiva_
			104	([www.engin.umich.edu/~cre/web_mod/distill/](http://www.engin.umich.edu/%7Ecre/web_mod/distill/)),
			105	utilizada por exemplo em processos de trans-esterificação (por ex. do ácido
			106	acético) e de isomerização, com a vantagem de permitir uma maior velocidade de
			107	separação, maior eficiência e conversões finais mais elevadas.
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			109	![Sistema de nano filtração industrial para tratamento e recuperação de águas
			110	residuais](../../images/SOU_imagem_4.png)]
			111
			112	![Equipamento de Osmose Inversa](../../images/SOU_imagem_5.png)]
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			114	Figura 2: Sistemas de membranas ([castion.com](https://www.castion.com/)).
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			116	Também ao nível da modelação dos Processos de Separação, os últimos
			117	desenvolvimentos encaminham-se para uma modelização baseada nos fenómenos que
			118	ocorrem ao nível molecular (_Molecular Based Simulation_, ver “[Osmosis
			119	Simulator](http://www.etomica.org/app/modules/sites/Osmosis)” e D. Babic e A.
			120	Pfennig 2004 e 2006), embora para os sistemas mais complexos tal abordagem
			121	ainda não se tenha traduzido em modelos com aplicação prática na indústria.
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			123	## Referências
			124	1. D. Babic, A. Pfennig, "Direct Modelling of Unit Operations
			125	on Molecular Level", _Proc. 16th European Symp. Computer Aided
			126	Process Eng. and 9th Int. Symp. PSE_, Eds. W. Marquardt, **C.
			127	Pantelides**, Elsevier, 359-364 (2006).
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			129	2. A. Pfennig, "Distillation Simulated on Molecular Level",
			130	_Molecular Simulation_, 30(6), 361-366 (2004).