Engenharia das Reações Químicas

        A palestra “Conceitos básicos da Engenharia das Reações Químicas”, ministrada pela professora e doutora Vanessa Mendes Santos, apresentou brevemente os conhecimentos necessários envolvidos por trás da Engenharia das Reações Químicas, exemplificando a descoberta de um produto em laboratório e expondo o passo a passo para produzi-lo em escala industrial.

Primeiramente, explicou-se a função da Engenharia Química na indústria, limitando-se a dizer que ela trata da transformação da matéria-prima em produto, após uma sucessão de tratamentos. Citou-se como exemplo a transformação da celulose em papel, do nitrogênio e hidrogênio em amônia, entre outros. A matéria prima, antes de ser transformada em produto, passa por uma preparação com um intuito de eliminar os reagentes indesejáveis, isto é, as impurezas. Após, sofre a reação, etapa que ocorre em um reator, e por fim, é purificada, etapa que separa o produto dos subprodutos.

As etapas de transporte da matéria-prima, bem como seu preparo e a purificação do produto consistem em operações unitárias, a qual pode ser definida como sequencias de operações físicas necessárias à viabilização econômica de um processo químico. As operações unitárias são comuns a diferentes tipos de indústrias químicas e são estudadas com base em princípios físicos e químicos, independente do produto que estão sendo manufaturado. Essa observação de que todos os processos de transformação se davam a partir de operações com o mesmo princípio foi feita por Arthur Little, que também inseriu o termo operações unitárias na Engenharia Química pela primeira vez. Essa contribuição de Little otimizou o estudo da engenharia química, formando um profissional mais completo, capaz de atuar em qualquer processo. Além disso, também tornou possível desenvolvimento das especializações.

A disciplina que estuda a Engenharia das Reações Químicas já recebeu o nome de processo unitários, no entanto nela apenas estudava-se o mecanismo das reações, por exemplo, de hidrogenação, neutralização, alcoólise, entre outras. Todavia, o estudo das reações químicas vai além e engloba conhecimentos da termodinâmica, cinética química, fenômenos de transporte e análise econômica.

Para lançar um produto, que fora descoberto em um laboratório, no mercado e produzi-lo em escala industrial uma série de problemas da engenharia devem ser respondidos. Entre eles, tem-se: Como a reação deve ser feita? Em um único reator ou em vários? O processo vai ser contínuo ou descontínuo? A reação produz ou libera calor? Então, quando de calor deve ser fornecido ou retirado? Para responder a essas perguntas estuda-se a cinética da reação, o modo de contato e a equação de desempenho do reator, que relaciona os dados de saída com os dados de entrada do reator para diversas cinéticas e modo de contato.

A cinética química é responsável por estudar a velocidade das reações químicas. A velocidade de uma reação química relaciona-se com a variação do número de mols de uma determinada (reagente ou produto) espécie em uma unidade de tempo. Os demais objetivos da cinética química são o estudo do mecanismo da reação e dos fatores que influenciam em sua velocidade, entre eles estão a superfície de contato e a temperatura.

Já o modo de contato é a forma como os materiais interagem e escoam dentro do reator, logo, depende do modelo do reator. O tipo do reator depende se o processo será contínuo ou em batelada, mas os principais tipos de reatores ideias são o Batch (para descontínuo), o CSTR e o PFR, ambos para processo contínuo. No Batch tem-se uma mistura uniforme. No CSTR também tem-se uma mistura perfeita, no entanto ele é continuamente carregado e descarregado. O PFR é um reator tubular, sem agitação, em que os reagentes são continuamente consumidos à medida que avançam no reator.