Química 12.º Ano Unidade 2 – Combustíveis, Energia e Ambiente
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QUÍMICA <strong>12.º</strong> ANO<br />
UNIDADE 2 <strong>–</strong> COMBUSTÍVEIS, ENERGIA E AMBIENTE<br />
<strong>12.º</strong> A<br />
26 de Janeiro de 2011
2<br />
Destilação fraccionada do petróleo<br />
<strong>Unidade</strong> 2 - <strong>Combustíveis</strong>, <strong>Energia</strong> e <strong>Ambiente</strong><br />
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3<br />
Destilação simples<br />
Processo de separação de componentes de uma mistura líquida<br />
baseado nas diferenças dos seus pontos de ebulição.<br />
Numa destilação simples, a fracção destilada contém uma<br />
percentagem maior do constituinte mais volátil do que a mistura<br />
inicial, porque o componente mais volátil passa primeiro ao estado<br />
gasoso.<br />
Se pegarmos nessa fracção destilada e a sujeitarmos a nova<br />
separação por destilação, o que acontece é que a nova fracção<br />
destilada vai conter uma percentagem maior do constituinte mais<br />
volátil do que a fracção destilada inicial.<br />
Após vários processos repetidos, obter-se-á o componente mais<br />
volátil, praticamente puro.<br />
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Destilação fraccionada<br />
É o equivalente a várias destilações simples em série, ou<br />
seja, com uma coluna de fraccionamento realiza-se o mesmo<br />
processo de separação, mas sem mudanças nem paragens.<br />
No interior é constituída por pratos, anéis, ou material inerte<br />
que aumenta a superfície de contacto com a fase de vapor.<br />
À medida que o vapor sobe entra em contacto com as partes<br />
superiores da coluna fria e condensa.<br />
O condensado vai então descer pela coluna em sentido<br />
contrário ao do vapor dando-se nova evaporação.<br />
No topo encontrar-se-á o componente mais volátil e na base<br />
o componente de maior ponto de ebulição.<br />
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Destilação do petróleo<br />
O petróleo é constituído por hidrocarbonetos, azoto, oxigénio e enxofre.<br />
Os hidrocarbonetos, em maior quantidade, são moléculas do tipo C 1 a C 30.<br />
A destilação (fraccionada) do petróleo é realizada aproveitando os diferentes<br />
pontos de ebulição dos diferentes hidrocarbonetos que o constituem.<br />
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6<br />
Destilação fraccionada do petróleo<br />
O tratamento do petróleo é feito nas<br />
refinarias e processa-se em três fases:<br />
Destilação<br />
Cracking<br />
Refinação<br />
Após a destilação principal costuma-se<br />
ainda realizar uma destilação a pressão<br />
reduzida (materiais pesados) e uma<br />
destilação a pressão elevada (materiais<br />
leves).<br />
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7<br />
A refinaria de Sines<br />
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Cracking catalítico<br />
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O que é o cracking?<br />
O cracking, também denominado por<br />
cracagem, consiste na transformação de óleos<br />
pesados em óleos leves por meio de<br />
processos químicos para elevar o rendimento<br />
em gasolina durante a transformação do<br />
petróleo.<br />
A ruptura das moléculas faz-se em<br />
determinadas condições de temperatura e de<br />
pressão e na presença de catalisadores.<br />
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Cracking catalítico<br />
É usado quando se pretende obter gasolina a partir de óleos pesados.<br />
A operação efectua-se sob aquecimento a 500 °C, a uma pressão próxima da<br />
atmosférica e na presença de um catalisador ácido (promove a ruptura<br />
assimétrica de ligações).<br />
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Porquê o cracking e a catálise?<br />
A principal vantagem do cracking do petróleo está relacionado com a obtenção de<br />
moléculas mais pequenas, do tipo da gasolina.<br />
Uma vez que o preço de uma molécula pequena do tipo gasolina é muito superior<br />
ao preço de uma molécula grande do tipo óleo, tenta-se produzir o máximo de<br />
moléculas pequenas.<br />
Se se utilizarem catalisadores, diminui-se a indesejável formação de gás (olefinas)<br />
e coque, aquando do craqueamento do petróleo.<br />
Antigamente usavam-se como catalisadores o ácido sulfúrico e o ácido fosfórico e<br />
mais tarde começou a usar-se argilas e géis mistos de dióxido de sílica.<br />
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Catalisadores actuais<br />
Aluminosilicatos (zeólitos)<br />
Os zeólitos são minerais comuns de composição semelhante à argila (Si <strong>–</strong> O <strong>–</strong> Aℓ)<br />
e que podem ser muito ácidos, quanto maior for a proporção de Aℓ/Si.<br />
São catalisadores selectivos devido à sua estrutura constituída por uma rede de<br />
canais.<br />
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Índice de octano<br />
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Significado de IO<br />
Consiste num indicador da capacidade de um produto resistir a altas pressões<br />
sem que ocorra explosão espontânea.<br />
Para se determinar o índice de octano, recorre-se à comparação entre o<br />
combustível em estudo e dois outros combustíveis considerados padrão:<br />
Heptano → detona com muita facilidade e atribui-se o índice 0<br />
Isooctano → tem grande resistência à detonação e atribui-se o índice 100<br />
Método MON (Motor Octane Number)<br />
• Avalia a resistência da gasolina à detonação por compressão quando é queimada em<br />
condições de funcionamento mais exigentes<br />
Método RON (Research Octane Number)<br />
• Avalia a resistência da gasolina à detonação por compressão sob condições mais suaves<br />
de trabalho<br />
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Interesse em aumentar o IO<br />
Evitar a queima incompleta do combustível que se depositaria sob a forma de<br />
depósitos nas câmaras de combustão.<br />
Obtenção de mais potência no motor (melhorias de 8 a 17%, média e máximo,<br />
respectivamente).<br />
Melhorar a capacidade do combustível aguentar motores com taxas de<br />
compressão elevadas.<br />
Garantir uma vida mais saudável ao motor (sistema de admissão mais limpo) e<br />
reduzir o consumo (melhorias de 4,5 a 6%, média e máximo, respectivamente).<br />
Reduzir emissões nocivas para a atmosfera (8% em hidrocarbonetos, 11% em<br />
monóxido de carbono, 3% em óxidos de azoto e 2% em dióxido de carbono).<br />
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A gasolina 95 e 98<br />
Usar uma gasolina de 95 octanas significa que o rendimento do motor será o<br />
mesmo que se utilizássemos uma mistura de 5% de heptano e 95% de isooctano.<br />
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17<br />
Aditivos da gasolina<br />
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Compostos de chumbo<br />
Tetrametilchumbo e tetraetilchumbo.<br />
Antigamente usavam-se compostos de chumbo como<br />
aditivos à gasolina, no entanto, legislações ambientais<br />
forçaram o uso de gasolinas sem chumbo.<br />
Metanol Etanol MTBE<br />
Aditivos sem chumbo<br />
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Metanol, Etanol e MTBE<br />
Os aditivos oxigenados têm como objectivo aumentar o índice de octano e<br />
diminuir a poluição atmosférica.<br />
São aditivos menos prejudiciais para o ambiente, que permitem uma boa<br />
rentabilidade do motor e são economicamente viáveis.<br />
No entanto, o MTBE apresenta alguns problemas: é cancerígeno, solúvel em<br />
água, incolor e bastante persistente no ambiente.<br />
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Alternativas ao uso do MTBE<br />
MTBE<br />
Methyl tert-butyl ether<br />
ETBE<br />
TBE<br />
Ethyl tert-butyl ether<br />
Tert-butyl ether<br />
TAME<br />
TBA<br />
Tert-amyl methyl ether<br />
Tert-butyl alcohol<br />
Etanol<br />
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Gasolina de Verão e de Inverno<br />
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Diferenças<br />
Gasolina de<br />
Verão<br />
Menos volátil<br />
(composição)<br />
Evita libertação de vapores<br />
(originaria mau<br />
funcionamento dos motores)<br />
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Gasolina de<br />
Inverno<br />
Mais volátil<br />
(composição)<br />
Facilita a combustão inicial<br />
(boas condições de<br />
detonação)
23<br />
Preços<br />
Porque é mais cara a produção de gasolina de Verão?<br />
A composição da gasolina de Verão é diferente da<br />
composição da gasolina de Inverno: contém mais<br />
aditivos oxigenados para reduzir a poluição.<br />
As refinarias na altura do Verão fecham antes de<br />
iniciarem a produção do novo combustível.<br />
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Composições<br />
RVP (Pressão de Vapor de Reid) serve<br />
para estimar a volatilidade da gasolina e<br />
mede a pressão de vapor da gasolina a<br />
100 °F.<br />
Quanto maior o RVP mais tendência a<br />
gasolina tem para se evaporar (pressão<br />
atmosférica é 14,7 psi).<br />
Gasolina de Verão tem um RVP diferente<br />
da gasolina de Inverno.<br />
RVP do butano é 52,0 psi (composto<br />
barato e abundante).<br />
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QUÍMICA <strong>12.º</strong> ANO<br />
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