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Processos 
Químicos de 
Fabricação
5° semestre (EPQ15)
Aula adaptada do material do prof. 
Bruno Amaral
Programação:
- Conceitos de Processos Químicos 
Industriais
- A análise dos Processos Químicos
Conceitos de Processos Químicos Industriais
Dados químicos fundamentais
• Na síntese da amônia a 150 atm e 500 °C, 
o rendimento é frequentemente acima de 98% 
enquanto a conversão está limitada a cerca de 14%, 
o que significa que 86% da carga não reagem 
e devem ser recirculados.
N2 g + 3 H2 g ⇌ 2 NH3 g H
0 = −92,6 kJ/mol
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Fe
Conceitos de Processos Químicos Industriais
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Um dos reatores de alta pressão usados na síntese catalítica da amônia.
Fe
Conceitos de Processos Químicos Industriais
Dados químicos fundamentais
• Velocidade da reação: A rapidez do avanço de uma reação química é, às vezes, muito
baixa para ser econômica, sendo necessária, então, uma investigação sobre a catálise.
Conhecimento cinético da reação.
• Termodinâmica: troca de energia envolvidas na reação química e energia necessária
de fontes externas como calor ou potência.
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Tipos de operações
• Operação contínua: Opera com o mínimo de perturbações ou de paradas. É 
economicamente vantajoso manter o equipamento em operação contínua e 
permanente isto se dá em virtude da maior produtividade do equipamento e do 
consequente menor preço unitário do produto. Neste tipo de operação, o tempo não 
é uma variável na análise do processo. 
• petroquímicas, produção de papel em larga escala, usinas de eletricidade, de
tratamento de água.
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Tipos de operações
• Operação descontínua (bateladas): em operações de pequena
escala, ou em processos corrosivos, ou em razões de
segurança (como é o caso de explosivos), ou em outra razão
particular, nem sempre é conveniente manter uma operação
contínua;
• Esses processos propiciam uma cinética ótima e é
frequentemente mais fácil de ser controlado;
• Cada batelada é um sistema fechado e a massa de cada
batelada é fixa;
• A composição da batelada muda com o respectivo tempo;
• A batelada é uniforme a partir de um determinado tempo
devido a eficiente agitação;
• polimerização, fabricação de produtos farmacêuticos.
carga
descarga
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Tipos e regimes de operações
• Uma operação contínua, onde as condições operacionais em um dado ponto não 
variam com o tempo, é dita estar em regime permanente ou em estado estacionário;
• A operação descontínua é dita estar em regime transiente ou não-permanente ou em 
estado não-estacionário. 
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Tipos de operações
Operações semicontínuas:
Qualquer processo que não é nem contínuo nem em batelada. Exemplos: Permitir
que o conteúdo de um tanque pressurizado escape para a atmosfera; misturar
lentamente vários líquidos em um tanque sem nenhuma retirada.
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxogramas para representar um processo químico
• Os fluxogramas apresentam a sequência coordenada das conversões químicas unitárias 
e das operações unitárias, expondo, assim, os aspectos básicos do processo químico.
• Indicam os pontos de entrada das matérias-primas e da energia necessária e também os 
pontos de remoção do produto e dos subprodutos.
• O fluxograma deve conter as operações unitárias, as conversões químicas, o 
equipamento utilizado, o balanço de massa e de energia, mão-de-obra e utilidades.
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Tipos de Fluxogramas
1. Fluxogramas (diagrama) de blocos (block flow diagrams – BFD): são úteis na 
conceitualização de um processo ou de um número de processos em um grande complexo. 
Pouca informação sobre as correntes é fornecida, mas uma clara visão geral do processo é 
apresentada.
2. Fluxograma do processo (process flow diagram – PFD) 
3. Fluxogramas de tubulação e instrumentação (pipping and instrumentation diagram – P&ID)
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Diagramas de blocos: os blocos representam uma operação unitária ou processo unitário. Os 
blocos são conectados por linhas retas que representam as correntes de fluxo do processo entre 
as unidades. Essas correntes de fluxo podem ser misturas de líquidos, gases e sólidos fluindo em 
dutos ou sólidos sendo transportados em correias transportadoras.
Extrator
Misturador Reator Separador
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
CaF2.3Ca3(PO4)2 + 10 H2SO4 + 20 H2O → 10 CaSO4 + 2 H2O + 2 HF + 6 H3PO4
http://www.ifba.edu.br/professores/iarasantos/ENG%20504%20_%20Processos%20Qu%C3%ADmicos/PROCESSOS%20QU%C3%8DMICOS%20_aulas/Processo%20Qu%C3%AD
mico.pdf
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Conceitos de Processos Químicos Industriais
Fluxograma de processo
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Fluxogramas de tubulação e instrumentação (pipping and instrumentation diagram – P&ID)
Conceitos de Processos Químicos Industriais
Conceitos de Processos Químicos Industriais
https://www.professores.uff.br/ninoska/wp-content/uploads/sites/57/2017/08/UERJ_Instrumen_Diagrama_PID_2sem2014.pdf
Processos 
Químicos de 
Fabricação
Variáveis dos Processos 
Químicos Industriais
Aula adaptada do material do prof. 
Bruno Amaral
A análise dos Processos Químicos
• Dada uma unidade de processo ou um processo como um todo o problema básico é 
calcular as quantidades e propriedades dos produtos a partir das quantidades e 
propriedades das matérias primas ou vice-versa;
• A partir das variáveis de processo, serão estabelecidas as equações que as relacionam, a 
partir dos princípios universais da conservação da massa e energia e informações 
termodinâmicas. 
• Para tanto é fundamental ter em mente a forma de expressar as quantidades, através do 
estudo das dimensões e unidades.
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Unidades e dimensões
• Uma medida tem um valor (número) e uma unidade: 4 ft; 7 m; 1/3 s; 4 km, 6 carros;
• Uma dimensão é uma propriedade que pode ser medida, como: comprimento; tempo; 
massa; temperatura 
• Ou calculada, pela multiplicação ou divisão de outras dimensões: velocidade 
(comprimento/tempo) volume (comprimento3), massa/ comprimento3 (densidade).
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Conversão de unidades
• Para converter uma quantidade expressa em termos de uma unidade para seu 
equivalente em termos de outra, multiplica-se a dada quantidade pelo fator de 
conversão (nova unidade/velha unidade). Por exemplo:
• 36 mg p/ g
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Conversão de unidades
• Converta uma aceleração de 1 cm/s2 em seu equivalente em km/ano2
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Unidades
1. Unidades básicas para massa, comprimento, tempo, temperatura, corrente elétrica e 
intensidade de luz.
2. Unidades de múltiplo, que são definidas como múltiplos ou frações das unidades 
básicas, como minutos, horas e milissegundos, todos definidos em termos da unidade 
básica, o segundo. 
3. Unidades derivadas, obtidas de duas maneiras:
(a) multiplicando ou dividindo unidades básicas ou de múltiplo (cm2, ft/min, 
kg·m/s2, etc.). 
(b) definindo equivalentes de unidades compostas (por exemplo, 1 erg = l g·cm/s2
l lbf= 32,174 lbm·ft/s
2).
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Sistemas de unidade
• O sistema de unidades oficial atualmente é o Sistema Internacional (SI) e o Sistema 
Inglês. Entretanto existem outros ainda em uso: o sistema CGS (centímetro, grama e 
segundo) o e MKS (metro, quilograma-força e segundo).
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Unidades básicas
Quantidade Unidade Símbolo
Comprimento metro (SI), centímetro (CGS) m, cm
Massa quilograma (SI), grama (CGS) kg, g
Moles mol mol
Tempo segundo s
Temperatura kelvin K
Corrente elétrica ampère A
Intensidade de luz candela cd
Unidades derivadas
Quantidade Unidade Símbolo Equivalente em Termos de Unidades Básicas
Volume litro L 0,001 m3, 1000 cm3
Força newton (SI), dina (CGS) N, dina 1 kg·m/s2, 1 g·cm/s2
Pressão pascal (SI) Pa 1 N/m2
Energia, 
trabalho
joule (SI), 
erg (CGS), 
caloria
J, 
erg, 
cal
1 N·m = 1 kg·m2/s2; 
1 dina·cm = 1 g·cm2/s2; 
1 cal = 4,184 J = 4,184 kg·m2/s2
Potência watt W 1 J/s = 1 kg·m2/s3 24Processos e Variáveis de Processo
Para se projetar, supervisionar ou modificar um processo, precisa-se conhecer as quantidades, 
composições e condições dos materiais que entram e saem da unidade, bem como saber medi-las.
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Massa e volume
• A massa específica ou densidade (ρ) de uma substância é a massa por unidade de 
volume da substância (kg/m3, g/cm3 , lbm/ft
3, etc...)
• O volume específico é o volume por unidade de massa (m3/kg, ft3/lbm), e, portanto, o 
inverso da densidade.
• As massas específicas de líquidos e sólidos puros são essencialmente independentes da 
pressão e variam relativamente pouco com a temperatura (Perry' s Chemical Engineers' 
Handbook, páginas 2-7 a 2-47 e 2-91 a 2-120).
• Referência é a água a 4 °C em que ρ = 1,000 g/cm3 ou 1000 kg/m3
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Massa e volume
• A densidade (ρ) do tetracloreto de carbono é 1,595 g/cm3. 
a) qual massa de 20,0 cm3 de CCl4 é?
b) qual volume em 6,20 lbm de CCl4?
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Vazão
• Processos contínuos envolvem o movimento de materiais de um ponto a outro entre as 
unidades de processo. A vazão pode ser expressa em termos mássicos ሶ𝑚 (kg/s), 
representada normalmente por dada em massa/tempo ou volumétrica ሶ𝑉 (m3/s), 
expressa em termos de volume/tempo.
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Vazão
• No entanto, a massa m o volume V de um fluido - neste caso, o fluido que passa pela 
seção transversal a cada segundo - não são quantidades independentes, mas estão 
relacionadas através da massa específica do fluido, ρ:
• Então, a massa especifica de um fluido pode ser usada para converter uma vazão 
volumétrica conhecida de uma determinada corrente na vazão mássica desta corrente 
ou vice-versa.
ρ = m/V = ሶ𝑚 / ሶ𝑉
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Vazão
• A vazão mássica de n-hexano (ρ = 0,659 g/cm3) em uma tubulação é 6,59 g/s. Qual é a 
vazão volumétrica?
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Composição química (mol e massa molecular)
• Um grama-mol ou mol de uma espécie química é a quantidade dessa espécie cuja 
massa em gramas seja numericamente igual à sua massa molecular.
• Outros tipos de mol podem ser usados conforme a conveniência e são similarmente 
definidos.
• Exemplo:
• Monóxido de carbono (CO) tem massa molecular igual a 28.
• 1 mol CO contém 28 g
• 1 kmol CO contém 28 kg
• 1 lb-mol CO contém 28 lbm
• 1 ton-mol CO contém 28 ton
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Composição química (mol e massa molecular)
• A massa molecular de uma espécie pode ser usado para relacionar a vazão mássica de 
uma corrente desta espécie à sua correspondente vazão molar. 
• Por exemplo, se o dióxido de carbono (CO2, M = 44,01 g/mol) flui através de uma 
tubulação com uma taxa de 100 kg/h, então a vazão molar do CO2 é
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Fração mássica e fração molar
• São pouco frequentes as correntes de processo que contêm apenas uma substância. É mais 
comum serem constituídas de misturas de líquidos ou gases, ou soluções de um ou mais solutos 
em um solvente líquido. Os seguintes termos são usados para definir a composição de uma 
mistura de substâncias incluindo a espécie A:
yA
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Fração mássica e fração molar
Exercício: Tem-se uma solução 15% A em massa e 20% B em mols. Calcule:
a) a massa de A em 175 kg de solução.
b) a vazão mássica de A na corrente que está fluindo à vazão de 53 lbm/h.
c) a vazão molar de B numa corrente de 1000 mols solução/min.
d) a vazão total de solução que corresponde à vazão molar de 28 kmol de B/s.
e) a massa da solução que contém 300 lbm de A.
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Fração mássica e fração molar
Exercício: Tem-se uma solução 15% A em massa e 20% B em mols. Calcule:
a) a massa de A em 175 kg de solução.
b) a vazão mássica de A na corrente que está fluindo à vazão de 53 lbm/h.
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Fração mássica e fração molar
c) a vazão molar de B numa corrente de 1000 mols solução/min.
d) a vazão total de solução que corresponde à vazão molar de 28 kmol de B/s.
e) a massa da solução que contém 300 lbm de A.
Concentração
• Concentração mássica de um componente em uma mistura ou solução é a massa deste 
componente por unidade de volume da mistura (g/cm3, lbm/ft3, kg/m3, ...).
• Concentração molar de um componente em uma mistura ou solução é o número de 
mols deste componente por unidade de volume da mistura (mol/cm3, lb-mol/ft3, kg-
mol/m3).
• Molaridade de uma solução é o valor da concentração molar do soluto expressa em 
mol soluto/litro de solução. Por exemplo, uma solução 2 mol/L (2 M) de A contém 2 
mol de A por litro de solução.
• Vazão molar de um componente é expressa em número de mol desse componente por 
unidade de tempo. É igual ao produto da vazão volumétrica pela concentração molar do 
componente.
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Conversão de Composição Mássica a Composição Molar
• Uma mistura de gases tem a seguinte composição mássica:
• Qual é a composição molar?
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Conversão de Composição Mássica a Composição Molar
• Base: 100 g da mistura (O2 = 16,0%; CO = 4,0%; CO2 = 17,0%; N2 = 63%) 
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Massa molecular média
• A massa molecular média de uma mistura, M (kg/kmol, lbm/lb-mol, e a razão entre a 
massa de uma amostra da mistura (mt) e o número de moles de todas as espécies (nt) na 
amostra. Se yi é a fração molar do componente i na mistura e Mi é a massa molecular 
deste mesmo composto, então
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Conversão entre as vazões molar, mássica e volumétrica 
de uma solução
• Uma solução aquosa 0,50 M de ácido sulfúrico entra em uma unidade de processo com uma 
vazão de 1,25 m3/min. A densidade da solução é 1,03 g/mL. Calcule:
a) a concentração mássica do H2SO4 em kg/m
3, 
b) a vazão mássica de H2SO4 em kg/s
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Referência
• FELDER, R. M.; ROSSEAU, R. W.; BULLARD, L. G. Princípios elementares dos 
processos químicos. 4.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 
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