A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

1 Introdução à Engenharia Química Professor: Francisco Moura/Roberto Carvalho/Cecília Vilani Bibliografia: Himmelblau, David M. e Riggs, James B.; Engenharia.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "1 Introdução à Engenharia Química Professor: Francisco Moura/Roberto Carvalho/Cecília Vilani Bibliografia: Himmelblau, David M. e Riggs, James B.; Engenharia."— Transcrição da apresentação:

1 1 Introdução à Engenharia Química Professor: Francisco Moura/Roberto Carvalho/Cecília Vilani Bibliografia: Himmelblau, David M. e Riggs, James B.; Engenharia Química - Princípios e Cálculos, 7 a edição, Editora LTC, 2006.

2 2 Relembrando A Engenharia de Química lida também com CÁLCULOS envolvendo processos ou operações de uma indústria química OBJETIVO: a transformação de matérias-primas em produtos. Estes CÁLCULOS permitem relacionar parâmetros que descrevem a quantidade e a qualidade de uma matéria-prima (entrada no processo) com a quantidade e a qualidade do produto formado (saída do processo). CÁLCULOS envolvem dados relativos às correntes de processo (elos de ligação entre equipamentos e pontos de entrada e saída de substâncias no processo) e aos equipamentos (tamanho, forma, tipo e condições de operação). Assim, antes de mais nada, precisamos de saber como representar de forma correta e coerente estes dados. Aparecem então os conceitos de dimensão e unidades.

3 3 Relembrando - Unidades e dimensões Dimensões: São os nossos conceitos básicos de medida, tais como: comprimento, tempo, massa, temperatura, etc.. Unidades:São os meios de expressar as dimensões, tais como: metro (m) ou pé (ft) para comprimento, horas (h) ou segundos (s) para tempo, etc. Sistema de unidades tera (T)10 12 centi (c)10 -2 giga (G)10 9 mili (m)10 -3 mega (M)10 6 micro ( ) quilo (k)10 3 nano (n)10 -9 Unidades múltiplas

4 4 DimensãoUnidadeSímbolo comprimentometro (SI) centímetro (CGS) pé (Sist. Inglês) m cm ft massaquilograma (SI) grama (CGS) libra (Sist. Inglês) kg g lb molesgrama-mol (SI) libra-mol (Sist. Inglês) mol ou g-mol lb-mol temposegundo (SI)s temperaturaKelvin (SI) Celsius Rankine (Sist. Inglês) Fahrenheit KoCoRoFKoCoRoF corrente elétricaAmpèreA intensidade de luzCandelacd Unidades básicas Unidades e dimensões - cont.

5 5 DimensãoUnidadeSímboloEquivalente em termos de unidades básicas VolumelitroL ou l0,001 m cm 3 ForçaNewton (SI) dina (CGS) N1kg. m. s -2 1g. cm. s -2 PressãoPascal (SI)PaN. m -2 = 1kg. m.s -2. m -2 = 1kg. m -1. s -2 Energia e trabalho Joule (SI) erg (CGS) caloria J erg cal 1N. m = 1kg. m.s -2. m = 1kg. m 2. s -2 1g. cm 2. s -2 4,184 J = 4,184 kg. m 2. s -2 PotênciaWattW1 J. s -1 = 1kg. m 2. s -3 Unidades derivadas Unidades e dimensões - cont. Conversão de unidades: Converter em

6 6 Mol é a quantidade de uma substância que contém tantas espécies elementares quanto existem de átomos em 12 gramas do 12 C. Em termos de mol (ou g-mol): Unidade molar Ex.: Um recipiente contém 2 lb de NaOH (PM= =40). Em termos de lb-mol: No SI e CGS:1 mol (ou 1g-mol) = 6, moléculas ou átomos. No Sist. Inglês:1 lb-mol = , moléculas ou átomos. Convenções em métodos de análises e medidas Se uma amostra contém N espécies, então o mol será =. Se a massa de uma amostra é m, então o seu mol será =.

7 7 Convenções em métodos de análises e medidas Densidade:É a razão da massa por unidade de volume (kg/m 3, g/cm 3 ou lb/ft 3 ) Obs.:Para sólidos e líquidos puros, a densidade é essencialmente independente da pressão e varia ligeiramente com a temperatura. Água(l)0oC0oC3,98 o C100 o C (g/cm 3 ) 0, ,000000,9838 Obs.:Muitas vezes se encontra o termo "densidade verdadeira ou absoluta", quando a medida é feita no vácuo, portanto eliminando o efeito do empuxo do ar, e "densidade aparente" quando é feita no ar. A diferença é desprezível. Obs.:Cuidado com o termo "densidade aparente! Se uma certa massa de areia é colocada em uma proveta, a relação entre esta massa e o volume lido também é chamada de densidade aparente. Não é a densidade real da substância areia, pois se conta no volume o ar contido nos espaços vazios entre os grãos de areia.

8 8 Gravidade específica ou densidade relativa: É a relação entre a massa da substância e a massa de igual volume de uma substância de referência a uma temperatura padrão. Convenções em métodos de análises e medidas Para sólidos e líquidos: a densidade de referência a da água a temperatura de 4 o C Para gases: costuma-se tomar como referência o ar a 0 o C e a 1 atm de pressão. Ex.: È a densidade relativa da substância a 20 o C com relação a água a 4 o C. Volume específico: É o inverso da densidade (m 3 /kg, cm 3 /g ou ft 3 /lb).

9 9 Obs:Quando trabalhamos com misturas o conceito de concentração torna-se importante. Concentração molar ou molaridade é o número moles do soluto A por litro de solução. Molalidade é o número de moles do soluto A por kg de solvente. Convenções em métodos de análises e medidas Fração molar: É a razão estabelecida entre o número de moles da espécie j (n j ) e o número de moles da solução (n).

10 10 Convenções em métodos de análises e medidas Ex:a composição química do ar é 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio (incluindo Ar, CO 2, Kr, Ne, etc.) em base molar ou volumétrica. Determinar a fração em massa. ComponentemolesPeso molecular (g/mol) g% em peso Oxigênio (O 2 ) ,3 Nitrogênio (N 2 ) ,7 Total Base de cálculo é uma referência escolhida que facilita os cálculos de um determinado problema. Assim, a base de cálculo escolhida é igual a 100 moles de ar. Fração mássica: É a razão estabelecida entre a massa da espécie j (m j ) e a massa da solução (m).

11 11 Convenções em métodos de análises e medidas Partes por milhão (ppm) e partes por bilhão (ppb) é uma forma de expressar concentrações de soluções extremamente diluídas (traços de espécies). ppm ou ppb se refere a razão em massa (usual para sólidos e líquidos) ou molar (usual para gases) e significa tantas partes (gramas ou mols) da espécie j por milhão ou bilhão de partes (gramas ou mols) da mistura. Assim, Onde Y j é a fração molar. Ex:15 ppm de SO 2 : são 15 mols (usual para gás) de SO 2 por milhão de mols de ar. Em termos de fração molar:

12 12 Convenções em métodos de análises e medidas Temperatura A temperatura de uma substância em um estado particular de agregação (sólido, líquido e gasoso) é uma medida da energia cinética média das espécies que a compõe. A temperatura é medida indiretamente através da propriedade física de uma substância que de alguma forma conhecida depende da temperatura. Medindo a temperatura Termômetro de mercúrio: Variação da densidade do mercúrio com a temperatura. Termopar:A voltagem produzida pela junção de dois condutores diferentes varia com a temperatura. Pirômetro: Espectro da radiação emitida pelo corpo quente.

13 13 Convenções em métodos de análises e medidas Pressão A força exercida por um gás sobre uma superfície é devido a seqüência incessante de colisões das partículas que o constituem sobre esta superfície. Muitas colisões F constante p constante Medindo a pressão Barômetro: Instrumento utilizado para medir a pressão atmosférica. É um tubo cheio de mercúrio (Hg), selado numa extremidade, mergulhado com a outra extremidade aberta numa cuba cheia de Hg. (Torricelli, discípulo de Galileu). (equilíbrio mecânico)

14 14 Manômetros: Instrumento utilizado para medir a pressão de uma amostra de gás no interior de um recipiente (vaso). Manômetro de tubo aberto Manômetro de tubo fechado Manômetro de tubo em U Manômetro de Bourdon Convenções em métodos de análises e medidas Ex:O manômetro marca 87psi e a pressão barométrica local é de 28 inHg. Qual é a pressão absoluta.

15 15 Convenções em métodos de análises e medidas Vazão mássica (massa/tempo) e volumétrica (volume/tempo) Os medidores de vazão se classificam de acordo com o método de medição: - Diferença da pressão: Placa de orifício, Tubo de Venturi, etc. - Medidores de área variável: Rotâmetros - Deslocamento positivo: palhetas rotativas, engrenagem, disco, etc. - Velocidade: vórtice, eletromagnéticos, ultra-sônicos, etc. - Medidores de massa: Coriolis, térmicos Obs.: A densidade pode ser usada para converter vazão mássica em volumétrica e vice-versa. Placa de orifício Rotâmetro

16 16 Convenções em métodos de análises e medidas Equação química e estequiometria C 7 H O 2 =7CO 2 + 8H 2 O HeptanoReage com OxigênioPara formar dióxido de carbono e água 1 molécula de C 7 H moléculas de O 2 7 moléculas de CO 2 8 moléculas de água 1 mol de C 7 H moles de O 2 7 moles de CO 2 8 moles de água 1 Nm 3 de C 7 H * Nm 3 de O 2 7 Nm 3 de CO 2 8 Nm 3 de água moléculas de C 7 H moléculas de O moléculas de CO moléculas de água ( ) = 100 gramas de C 7 H (2. 16) = 352 gramas de O 2 7.( ) = 308 gramas de CO 2 8. ( ) = 144 gramas de água 452 gramas 452 kg 452 libras 452 toneladas * medidos na CNTP

17 17 J. H. Perry, Chemical Engineer´Handbook, McGraw-Hill N. A. Lange, Handbook of Chemistry, McGraw-Hill R. C. Reid e J. K. Sherwood, The Properties of Gases and Liquids HSC Chemistry® programa de Cálculos Termodinâmicos da Outotec Research. NIST - National Institute of Standards and Technology (http://www.nist.gov) Propriedades Físico-químicas de Compostos


Carregar ppt "1 Introdução à Engenharia Química Professor: Francisco Moura/Roberto Carvalho/Cecília Vilani Bibliografia: Himmelblau, David M. e Riggs, James B.; Engenharia."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google