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50b2a4 Nuno Oliveira 2025-01-27 12:07:41 1 
# Introdução
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Os Processos de Separação constituem, desde sempre, uma etapa fundamental dos
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Processos de Fabrico da Indústria Química. Para que o Processo Reaccional
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decorra de acordo com as especificações definidas previamente, é necessário que
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as matérias primas sejam introduzidas no Reactor com o grau de pureza adequado,
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o que implica, necessariamente, um processo prévio de tratamento/purificação
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das matérias primas. Ou seja, as correntes de entrada no reactor passam, quase
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sempre, por unidades prévias de separação. O mesmo se passa com os produtos da
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reacção. Na maior parte dos casos as correntes com os produtos da reacção
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transportam ainda alguma percentagem de reagentes podendo também ocorrer
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reacções paralelas que dão origem a produtos que não são os desejados. Também
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neste caso é necessário tratar essas correntes para separar o produto que foi
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inicialmente especificado, com o grau de pureza desejado. Outra área da
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instalação fabril onde são essenciais os Processos de Separação é no tratamento
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dos efluentes da unidade, sejam eles gasosos ou líquidos.
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Os Processos de Separação são variados e a selecção do processo mais adequado
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para um determinado tratamento depende das características da alimentação
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a tratar e dos objectivos a atingir (nomeadamente o grau de pureza pretendido
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para a corrente de saída) assim como de factores económicos.
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A noção de **Processo de Separação** está intimamente ligada à de **Operação
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Unitária**. Este conceito foi introduzido na Engenharia Química, pela primeira
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vez, por Arthur D. Little em 1915 ([História da Engª
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Química](index.php?option=com_content&task=view&id=124&Itemid=2)) e foi
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essencial para a sistematização do ensino dos Processos Químicos:
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>**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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São diversas e cada vez em maior número as Operações Unitárias que se usam no
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processo de fabrico, mas podemos organizá-las em quatro grandes grupos, tendo
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em conta os princípios físico/químicos subjacentes:
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* Operações baseadas em Transferência da Quantidade de Movimento (por exemplo
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Sedimentação, Ciclonagem, Moagem, etc.);
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* Operações baseadas em Transferência de Massa (por exemplo Destilação,
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Extracção, Absorção, Adsorção, etc.);
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* Operações baseadas em Transferência de Calor (por exemplo os Permutadores
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de Calor);
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* Operações baseadas simultaneamente em Transferência de calor e Massa (por
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exemplo Evaporação, Cristalização, etc.).
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Para além disso podemos ainda agrupar as Operações Unitárias tendo em conta
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a forma como se modela a transferência:
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* Com base no conceito de **Andar em Equilíbrio** (Equilibrium Based
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Operations);
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* Com base no conceito de **Velocidade de Transferência** (Rate Based
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Operations).
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No primeiro caso o equipamento de separação considera-se dividido num conjunto
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de elementos que promovem a transferência produzindo correntes em equilíbrio,
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tal como esquematizado na Figura 1.
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![Andar em Equilíbrio](../../images/SOU_figura_1.png)
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*Figura 1: Andar em Equilíbrio.*
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No andar $N$ entram as correntes $A_{N+1}$ e $B_{N-1}$ que, após o processo de
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transferência, dão origem às correntes $A_N$ e $B_N$ que estão em equilíbrio.
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O equipamento de separação considera-se constituído por um somatório de andares
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em equilíbrio. No esquema da Figura 1 está representado um Andar em Equilíbrio
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de um Processo em _Contra-Corrente_, mas também podemos ter andares em
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equilíbrio em Processos em _Co-Corrente_. As operações de Destilação, Extracção
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e Absorção, podem ser modeladas com base neste conceito. A forma como se
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concretiza fisicamente o Andar em Equilíbrio depende do processo em causa.
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![Torres de refinarias](../../images/SOU_imagem_1.png)
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![Coluna de destilação](../../images/SOU_imagem3.png)
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Em alternativa, podemos modelar as Operações Unitárias recorrendo ao conceito
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de **Velocidade de Transferência**. A **Velocidade de Transferência**
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é proporcional à **Força Motriz** (_Driving Force_) que descreve
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o afastamento do equilíbrio nas correntes entre as quais ocorre
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a transferência.
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![Força Motriz - Velocidade de Transferência](../../images/SOU_FORCA-MOTRIZ.png)
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Um exemplo de uma Operação que costuma ser modelada com base neste conceito
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é a Absorção. Neste caso o modelo é constituído por equações diferenciais,
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enquanto a aplicação do conceito de andar em equilíbrio é traduzida
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matematicamente por sistemas de equações algébricas.
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No portal existem simuladores para as operações de
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[Destilação](index.php?option=com_content&task=view&id=33&Itemid=142),
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[Extracção](index.php?option=com_content&task=view&id=34&Itemid=147),
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[Absorção](index.php?option=com_content&task=view&id=35&Itemid=152)
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e [Adsorção.](index.php?option=com_content&task=view&id=188&Itemid=450).
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Os novos processos industriais que, por um lado passaram a lidar também com
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materiais biológicos e que, por outro lado exigem que os processos de
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estruturação ocorram numa escala cada vez mais pequena (nanómetro), têm levado
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ao desenvolvimento de Novos Processos de Separação, como sejam: a Separação por
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Membranas - a Ultra Micro e Nano Filtração a Osmose Inversa e a Electrodiálise
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-, a Separação por Peneiros Moleculares, a Separação por Processos
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Cromatográficos (já não apenas uma técnica analítica), a Separação por Fluidos
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Supercríticos, etc. No portal são abordados alguns destes novos processos de
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separação na secção de [Processos
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Biológicos](index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=191).
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Outro desenvolvimento já amplamente implantado a nível industrial é o dos
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Processos de Separação Híbridos em que, no mesmo equipamento, se combinam
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simultaneamente mais do que um mecanismo. Um exemplo já bastante comum é o da
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_Destilação Reactiva_
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([www.engin.umich.edu/~cre/web_mod/distill/](http://www.engin.umich.edu/%7Ecre/web_mod/distill/)),
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utilizada por exemplo em processos de trans-esterificação (por ex. do ácido
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acético) e de isomerização, com a vantagem de permitir uma maior velocidade de
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separação, maior eficiência e conversões finais mais elevadas.
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![Sistema de nano filtração industrial para tratamento e recuperação de águas
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residuais](../../images/SOU_imagem_4.png)]
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![Equipamento de Osmose Inversa](../../images/SOU_imagem_5.png)]
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*Figura 2: Sistemas de membranas ([castion.com](https://www.castion.com/)).*
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Também ao nível da modelação dos Processos de Separação, os últimos
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desenvolvimentos encaminham-se para uma modelização baseada nos fenómenos que
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ocorrem ao nível molecular (_Molecular Based Simulation_, ver “[Osmosis
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Simulator](http://www.etomica.org/app/modules/sites/Osmosis)” e D. Babic e A.
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Pfennig 2004 e 2006), embora para os sistemas mais complexos tal abordagem
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ainda não se tenha traduzido em modelos com aplicação prática na indústria.
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## Referências
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1. **D. Babic**, **A. Pfennig**, "Direct Modelling of Unit Operations
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on Molecular Level", _Proc. 16th European Symp. Computer Aided
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Process Eng. and 9th Int. Symp. PSE_, Eds. **W. Marquardt**, **C.
127
Pantelides**, Elsevier, 359-364 (2006).
128
129
2. **A. Pfennig**, "Distillation Simulated on Molecular Level",
130
_Molecular Simulation_, 30(6), 361-366 (2004).