Guia de Refino de Petróleo e Ciência dos Polímeros

O que acontece com o ponto de ebulição dos hidrocarbonetos à medida que aumenta o tamanho de suas moléculas?

Os pontos de ebulição aumentam com o crescimento dos pesos moleculares dos compostos.

A gasolina, quando aquecida à P = 1 atm, começa a ferver a 40 ºC e continua fervendo até por volta de 200 ºC. Já a água ferve a temperatura constante de 100 ºC. Como você explica essa diferença de comportamento?

A água, sendo pura a uma pressão de 1 atm, entra em ebulição a 100 ºC e sua temperatura não muda durante a evaporação (calor latente). Já a gasolina, como é uma mistura de hidrocarbonetos, a sua temperatura varia para a ebulição completa; os hidrocarbonetos mais leves entram em ebulição a temperaturas mais baixas, enquanto os mais pesados requerem uma maior energia para passar para o estado de vapor.

Quais as principais frações do petróleo?

• Pré-aquecimento e dessalinização;
• Destilação atmosférica;
• Destilação a vácuo;
• Craqueamento catalítico.

Qual a matéria-prima para a destilação a vácuo?

A matéria-prima do vácuo é constituída por um cru reduzido com elevadíssimo peso molecular.

O que é, e para que serve o craqueamento catalítico do petróleo?

Nesta etapa, o gasóleo pesado (GOP) entra em contato com um catalisador a uma temperatura elevada, ocorrendo a ruptura (cracking) das cadeias moleculares, dando origem a uma mistura de hidrocarbonetos que são posteriormente fracionados. Sua finalidade é produzir GLP e gasolina de alta octanagem. A reforma envolve a transformação química dos produtos obtidos na destilação. As reações que ocorrem modificam o tamanho e a estrutura das moléculas nas frações da destilação, produzindo materiais úteis a partir do resíduo e convertendo outros produtos a compostos com maior valor comercial.

Descreva as principais etapas da separação das frações do petróleo em forma de um fluxograma simplificado.

1. Óleo Cru: Matéria-prima inicial.
2. Dessalinização: Remover água suspensa, sal, barro e outras impurezas inorgânicas.
3. Refino: Onde o óleo é destilado tanto sob condições de pressão atmosférica como sob vácuo.
4. Reforma: Fornece alguns produtos comercializáveis, mas muitos componentes requerem conversões, nas quais a composição dos produtos é modificada.
5. Mistura: Processo que combina alguns dos produtos obtidos pela destilação direta com porções de produtos convertidos para obtenção de gasolina e outros produtos cujas composições precisam ser projetadas para fornecer as propriedades comerciais necessárias.

Por que são realizadas modificações estruturais no petróleo como a alquilação e a isomerização?

As reações de processamento ou de conversão são projetadas para quebrar moléculas grandes em moléculas menores, combinar moléculas pequenas para formar moléculas maiores através de reações de alquilação e polimerização, e rearranjar a estrutura das moléculas através de reações de reforma e isomerizações.

Caracterize a indústria de 1ª, 2ª e 3ª geração petroquímica quanto à matéria-prima, produtos e clientes.

• 1ª GERAÇÃO:
  • Matérias-primas: Nafta ou condensado.
  • Produtos: Produtos petroquímicos básicos (Ex: Eteno, Propeno, Butadieno, BTX).
  • Clientes: Indústria de 2ª geração.
• 2ª GERAÇÃO:
  • Matérias-primas: Produtos petroquímicos básicos.
  • Produtos: Polímeros (Ex: PP, PE, PS).
  • Clientes: Indústria de 3ª geração.
• 3ª GERAÇÃO:
  • Matérias-primas: Polímeros.
  • Produtos: Embalagens, frascos.
  • Clientes: Consumidores finais.

Qual o processo usado para transformar a nafta em seus derivados?

A nafta recebida da REFAP é transformada nos produtos petroquímicos através do craqueamento de suas moléculas. A redução das moléculas ocorre sob efeito de altas temperaturas. Todas as operações são feitas à custa de vapor, energia elétrica, água, ar comprimido e outras utilidades. No Craqueamento Pirolítico (cracking), a nafta é aquecida a altas temperaturas, ocorrendo a desidrogenação e posterior ruptura da ligação carbono-carbono.

Como os gases, por exemplo o eteno, são transportados da central de matérias-primas até a indústria de 2ª geração?

Sim, uma empresa de primeira geração, a partir das matérias-primas derivadas de petróleo (nafta, GLP, condensado), produz eteno, propeno, butadieno, benzeno, solventes e combustíveis, que por sua vez serão matérias-primas para grandes cadeias produtivas.

Quais são as diferenças entre polímeros termoplásticos e termorrígidos (termofixos)?

Polímeros denominados termoplásticos podem ser amolecidos, o que permite a deformação a partir da aplicação de pressão. Quando resfriados, retomam a sua rigidez inicial. Esse comportamento viabiliza a produção em larga escala através de extrusão e moldagem por injeção. Eles podem ser reciclados, pois são facilmente remodelados. São caracterizados por possuírem ligações químicas fracas (van der Waals) entre as cadeias. A solubilização é possível quando as interações solvente-polímero superam as interações entre as cadeias poliméricas.

Por outro lado, polímeros termorrígidos não amolecem com o aumento da temperatura; uma elevação contínua leva à degradação do material (queima). São de difícil reciclagem e, após a forma final, apenas a usinagem é possível. Apresentam cadeias conectadas por ligações covalentes (ligações cruzadas), que são de alta energia e insolúveis, sofrendo apenas "inchamento" na presença de fluidos compatíveis.

Como se processam as reações de poliadição?

Nas reações de polimerização por adição, os reagentes se somam e não há perda de matéria; todos os átomos do monômero estão na molécula do polímero. Portanto, monômero e polímero têm a mesma composição centesimal e o peso do polímero é um múltiplo inteiro do peso molecular do monômero.

Quais são as etapas desse tipo de reação? O que são radicais livres? Como eles podem ser criados?

A polimerização se inicia geralmente através de agentes capazes de formar radicais livres (como peróxidos), que se decompõem com calor ou luz. Os radicais livres abstraem um elétron da ligação dupla do monômero, iniciando a propagação da cadeia. O término ocorre pela combinação de radicais livres ou por disproporcionação.

Como se processam as reações de policondensação?

As reações de condensação se notabilizam pela eliminação de uma pequena molécula (geralmente água). Um exemplo típico é a esterificação. Para a formação de polímeros, os reagentes devem ser bi ou polifuncionais. Um exemplo comum é a produção do poli(etileno tereftalato) (PET).

Descreva a função dos constituintes básicos em uma formulação polimérica.

• Cargas: Otimizam propriedades a custo mínimo.
• Plastificantes: Diminuem a temperatura de processamento e aumentam a flexibilidade.
• Modificadores de impacto: Aumentam a resistência ao impacto.
• Antioxidantes: Retardam a degradação por oxigênio e calor.
• Retardantes de chama: Evitam a inflamação ou propagação do fogo.
• Lubrificantes: Melhoram o escoamento e reduzem a aderência nos moldes.
• Estabilizadores: Protegem contra luz ultravioleta e calor.
• Corantes: Modificam a cor.
• Agentes de cura: Realizam a cura de termorrígidos.
• Agentes de expansão: Produzem polímeros celulares (espumas).
• Agentes antiestáticos: Impedem o acúmulo de eletricidade estática.

Como se obtém um produto polimérico expandido?

Os agentes de expansão são aditivos que formam gases quando aquecidos durante o processamento. Os mais empregados são compostos orgânicos nitrogenados, como hidrazidas e carbonato de amônio.

Qual a diferença entre carga de enchimento e de reforço?

Cargas de enchimento apenas reduzem o custo (ex: caulim, carbonato de cálcio); já as cargas de reforço alteram as propriedades mecânicas (ex: fibra de vidro, negro de fumo).

Qual a diferença entre sistema miscível e imiscível?

No sistema miscível, dois polímeros são compatíveis, formando uma base homogênea. No sistema imiscível, ocorre mais de uma fase devido à incompatibilidade (Ex: Nylon e Polipropileno).

Qual a diferença entre compósito e liga polimérica?

As ligas poliméricas ocorrem em sistemas miscíveis com compatibilidade total. Já os compósitos são sistemas imiscíveis constituídos por um componente estrutural e um matricial.

Quais as vantagens da utilização de compósitos e ligas poliméricas?

Melhoram propriedades como rigidez, resistência ao impacto, estabilidade dimensional, resistência às intempéries, processabilidade e resistência ao envelhecimento.

Cite exemplos de fibras utilizadas para reforço polimérico e suas aplicações.

Exemplos de fibras: celulose e vidro. Aplicações: material cirúrgico, painéis de porta de carro e partes de foguete.

Qual a diferença entre degradação física e química?

A degradação química ocorre por produtos químicos (ácidos, solventes, hidrólise). A degradação física é a quebra da estrutura por agentes físicos como calor, radiação ou tensão.

Quais polímeros apresentam maior resistência química para contato com alimentos?

PET, PEBD e PP são os mais recomendados.

Qual a definição para um material viscoelástico?

É o termo que descreve a propriedade de escoamento de um fluido, ou seja, o atrito das camadas internas que impõe resistência ao fluir.

Como é a curva tensão x deformação para um material polimérico?

Para baixa tensão, a deformação é linear; para alta tensão, a deformação é não linear.

Qual a influência da temperatura na tensão aplicada?

A contribuição elástica e viscosa depende da temperatura e da escala de tempo do experimento.

O que é ruptura da fluência?

É quando um plástico sujeito a tensão constante sofre deformação até o ponto de fratura do material.

O que é a estrutura amorfa e cristalina de polímeros?

Em um polímero amorfo, as moléculas estão orientadas aleatoriamente (como spaghetti cozido) e são geralmente transparentes. No estado cristalino, as moléculas estão arranjadas regularmente, embora a natureza macromolecular dificulte esse processo.

Qual a diferença entre Tg e Tm?

A Tm (temperatura de fusão cristalina) é onde as regiões ordenadas se fundem. A Tg (transição vítrea) está associada às regiões amorfas e representa a temperatura em que há mobilidade das cadeias.

Para um produto flexível à temperatura ambiente, qual Tg escolher?

Deve-se escolher um polímero com Tg menor que a temperatura ambiente, pois abaixo da Tg o material torna-se rígido.