Relatorio_Eng Quim e processos

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UNIFACS 			ENGENHARIA QUÍMICA 			2012-2 
ALUNAS: __Bruna da Cunha, Juliana dos Anjos, Lucy Jesus, Rafaela Vericimo____​​​​​_
PROF.: ___Jefferson Grangeiro______________________________________
Relatório – Processos Produtivos
Polietileno
INTRODUÇÃO
O Polietileno é um dos materiais sintéticos mais consumidos no mundo atualmente. É de baixo custo, versátil e pode ser reaproveitado ou reciclado com relativa facilidade.
O Brasil está entre os maiores produtores e consumidores desse material. Como pode ser visto na Figura 1 , o consumo nacional é perto de 10kg de Polietileno por habitante a cada ano (dados de 2008, citados por (MARQUES & MARTINS, 2011)1
Figura 1: Maiores consumidores de Polietileno no mundo
Dentre suas mais diversas aplicações, podem ser citadas a produção de embalagens, sacolas plásticas, contentores de resíduos, carcaças de bombas, etc.
Outro uso nobre é a fabricação de reservatórios de água, que substituíram as antigas caixas de amianto, hoje proibidas no Brasil. Exemplos de produtos fabricados a partir do polietileno são vistos na Figura 2.
Figura 2: Aplicações práticas para o Polietileno (fonte: Google images)
PROCESSO PRODUTIVO
EQUIPAMENTOS
Existem diversos tipos de polietileno (PE), apesar de serem produzidos a partir da mesma matéria-prima, o Eteno. A diferença entre os diversos tipos está no tipo de catalisador utilizado no processo de produção. A cada dia são inventados novos “grades” variando-se não só o catalisador como também os aditivos e os comonômeros que são adicionados à reação.
Outras substâncias utilizadas na fabricação de PE incluem: ciclohexano, hexeno, 1-buteno, isopentano, etc.
Tipos de PE:
Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE)
Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE)
Polietileno linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE)
Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE ou UTEC ® ) 
Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE)
PROCESSO PRODUTIVO
O PE é produzido por meio da polimerização do eteno, em condições operacionais específicas. Por sua matéria-prima ser um derivado de petróleo, ele faz parte da cadeia petroquímica (Figura 3).
Figura 3: Cadeia Petroquímica
A reação química de polimerização é relativamente simples, como pode ser visto na Figura 4. Contudo, o processo possui uma alta demanda energética, pois requer pressões elevadas. 
Figura 4: Reação química de polimerização do eteno.
As propriedades do produto final irão depender do grau de cristalinidade do polímero, que é dado pela conformação da cadeia, além da quantidade e tipos de ramificações.
Figura 5: Conformação das cadeias poliméricas. Citado por (MARQUES & MARTINS, 2011)1
O tipo de polimerização empregada para produzir Polietileno de alta e de baixa densidade envolve uso de catalisadores a base de metais de transição. Por isso, o processo é denominado “Polimerização por Coordenação”. A diferença entre as densidades se dará pela presença de co-polímeros como o 1-buteno ou o hexeno.
Figura 6: Reação de polimerização por coordenação (PEREZ, Caridad 2012)3
Os catalisadores mais importantes para a polimerização por coordenação são os catalisadores de Ziegler-Natta ou Ziegler e de Phillips. O catalisador de Ziegler combina um composto de metal de transição como o Ti ou o V com compostos organometálicos. Também são muito encontrados na indústria os catalisadores a base de alquil-alumínio.
EQUIPAMENTOS
Existem diversos tipos de processos para produzir polietileno. Serão apresentadas três tecnologias, que são as mais comuns 2,3.
Tecnologia 1 – Reator tipo autoclave
O reator consiste em um recipiente cilíndrico vertical com uma relação comprimento:diâmetro de 4:1 até 18:1. Os reatores para as plantas têm volume da aproximadamente 1 m3 e o tempo de residência resultante é de 30 a 60 s. 
A espessura da parede do reator é de 0,1 m, requerida para manter pressões de até 2100 bar, mas limita severamente a remoção do calor. 
Este tipo de reator está sujeito à formação de pontos de alta temperatura que podem causar um fenômeno chamado de decomposição, onde são gerados átomos de Carbono e hidrogênio a partir do polímero. Essa reação é altamente exotérmica, o que pode causar descarga repentina de pressão, explodindo o vaso. 
Por isso, nas paredes do reator estão montados discos de ruptura para providenciar a liberação do conteúdo do reator no caso de um aumento súbito de pressão devido à decomposição do eteno. 
Um exemplo de reator tipo autoclave pode ser visto na Figura 7
Figura 7: Reator tipo autoclave. Citado por (PEREZ, Caridad 2012)3
Tecnologia 2 – Reatores tubulares3
O reator tubular é um trocador de calor de um tubo duplo comprido. Os reatores industriais geralmente têm um comprimento entre 200 e 1000 m com diâmetro interno de 2,5 a 7 cm. Estes reatores são feitos pela união em linha reta de tubos de 10-20 m em série em forma de U como mostrado na Figura 8. 
Os tubos do reator estão dentro de outro tubo, pelo qual circula o fluido que fará a troca de calor, que pode ser vapor d’água ou outro produto, como um óleo térmico. 
Na primeira parte do reator, o eteno é aquecido entre 370 e 470 K. O calor de polimerização eleva a temperatura entre 520 e 570 K. Na parte final do reator a temperatura da mistura decresce. Iniciadores de reação, como peróxido por exemplo, podem ser adicionado em vários pontos ao longo do reator. Isto aumenta a conversão, mas também incrementa o comprimento do reator. A conversão de eteno típica está entre 15 e 22% com uma injeção única de iniciador e aumenta até 35% com a injeção múltipla. 
Para atingir a alta velocidade de transferência de calor requerida através da casaca de resfriamento, a pressão nos reatores é controlada por uma válvula que se abre periodicamente para reduzir a pressão de 3000 para 2000 bar. Uma vantagem adicional de este tipo de controle de pressão é que incrementando periodicamente a velocidade de fluxo através do reator se reduz a contaminação das paredes do reator com o polímero. O ciclo de pressão também tem desvantagens porque os tubos têm de suportar as mudanças de pressão e de temperatura através de suas paredes. Isso pode causar fadiga nos materiais, gerando corrosão ou ruptura.
Devido à baixa conversão do eteno, se requer um sistema de reciclo que é similar para ambos os tipos de reatores, a autoclave e o reator tubular. O separador a alta pressão separa a maior parte do polímero do eteno que não reagiu. O separador da corrente superior, contendo eteno e alguns polímeros de baixo peso molecular (ceras) é esfriado e são removidas as ceras. A corrente de eteno resultante é reciclada ao reator. 
A corrente de polímero que sai do separador a alta pressão é alimentada a um separado a baixa pressão (0,02 bar) onde a maioria do eteno remanescente é removida. Este eteno também é reciclado ao reator. Uma parte do eteno neste ponto é purgado para prevenir a acumulação de impurezas na alimentação. O polímero fundido que sai do separador a baixa pressão é alimentado a uma extrusadora que força a passagem do produto a traves de um disco com múltiplas perfurações. O polímero que sai é cortado em água em pellets de 3 mm de diâmetro e a seguir seco em um secador centrífugo. 
As propriedades físicas do polímero podem ser controladas pela temperatura, o tipo de iniciador e sua composição. Adicionalmente, as propriedades do polímero podem ser alteradas pela adição de co-monômeros, tais como o propeno, o isobuteno e o ácido acrílico. 
Este reator também está sujeito ao fenômeno da decomposição, porém em menor grau que o do tipo autoclave. 
Figura 8 - Produção de Polietileno de Baixa Densidade em reator tubular. Citado por (PEREZ, Caridad 2012)3
Tecnologia 3 – Reação em leito fluidizado com zona
de expansão2,3
Nesta tecnologia O reator é composto por uma zona de leito fluidizado e uma zona de seção expandida. Um trocador de calor é usado para remover o calor de reação do gás de reciclo. Após ser comprimido e resfriado, o gás de reciclo é misturado ao gás de alimentações e reinjetado na base do reator. O catalisador sólido é dosado e carregado por um fluxo de nitrogênio e injetado diretamente no leito. O produto é removido do leito fluidizado por um sistema de vasos de descarga que operam em ciclos determinados pela taxa de produção do reator. Na seção expandida, a composição do gás é analisada por cromatografia (SALAU, SECCHI, TRIERWEILER, & NEUMANNY, 2005)2.
A zona expandida promove um melhor controle da pressão. A reação em leito fluidizado permite um melhor contato entre os reagentes e o catalisador, que se encontra finamente dividido e em suspensão devido ao fluxo de nitrogênio. A desvantagem desse processo, assim como dos outros é que não é possível reaproveitar o catalisador, que termina saindo junto com o produto final. 
CONCLUSÕES
Foi realizada uma breve revisão da bibliografia com o objetivo de conhecer as diversas formas de se fabricar o polietileno. 
Percebeu-se que existe uma variedade grande de processos, tipos de catalisadores e de reatores. Para cada tipo de produto desejado, há um processo específico.
Neste trabalho, para fins de simplificação, optou-se por apresentar apenas três tipos de tecnologia que são utilizadas na fabricação de polietileno de alta e de baixa densidade.
REFERÊNCIAS
MARQUES, Maria de Fátima Vieira; MARTINS, Roberto de Souza. Polietileno - 5ª. Semana de Polímeros. IMA (Instituto de Macromoléculas), UFRJ, Rio de Janeiro, Out/2011
SALAU, Nina Paula Gonçalves; SECCHI, Argimiro Resende; TRIERWEILER, Jorge Otávio; NEUMANNY, Gustavo Alberto - COMPORTAMENTOS DINÂMICOS EM UM REATOR INDUSTRIAL DE POLIMERIZAÇÃO EM FASE GASOSA. Revista Controle & Automação, Vol.16 no.4. Outubro, Novembro e Dezembro 2005
Notas de aula – Capitulo 6 – Indústria de Polímeros - Profa. Caridad Noda Pérez . www.slideshare.com; acessado em 01/12/12
http://www.braskem.com.br/site.�� HYPERLINK "http://www.braskem.com.br/site.aspx/Braskem-Perfil" aspx�� HYPERLINK "http://www.braskem.com.br/site.aspx/Braskem-Perfil" /�� HYPERLINK "http://www.braskem.com.br/site.aspx/Braskem-Perfil" Braskem-Perfil. Acessado em 04/12/12
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