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Balanço de Massa e Energia Professor: Diógenes Ganghis.

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1 Balanço de Massa e Energia Professor: Diógenes Ganghis

2 2 Conteúdo Programático & Bibliografia Balanço Material –Balanços totais; –Balanços parciais; –Balanços com reação química; Balanço de Energia –Trocadores de Calor –Processos com reações químicas Equilíbrio Líquido Vapor –Lei de Antoine –Lei de Raoult –Lei de Henry Processos de Combustão Compostos de Enxofre Indústrias do Petróleo e Petroquímicas. Sais minerais Estequiometria Industrial - Reynaldo Gomide Engenharia Química Princípios e Cálculos - David M. Himmeblau.

3 3 Processos Industriais Complicados problemas industriais são resolvidos pela aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química, e de sua aplicação depende o SUCESSO da solução obtida. As técnicas de aplicação dos princípios básicos para resolver problemas de processo, e de operações unitárias, constituem, em seu conjunto, a ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL. A variedade de princípios colocados à disposição para resolução dos problemas de estequiometria industrial é muito grande, eles se dividem em: –balanços materiais; –balanços de energia; –reações de equilíbrio; –equações de velocidade de equilíbrio.

4 4 Balanços Materiais Lei da conservação da massa: A massa de um sistema fechado permanece constante durante os processos que nele ocorrem. Torna-se possível calcular a quantidade dos produtos obtidos, a partir das quantidades dos reagentes inicialmente adicionados ao sistema, desde que suas fórmulas químicas sejam conhecidas e bem como as reações que ocorrem durante o processo. Sistema MASSA QUE ENTRA MASSA QUE SAI ACÚMULO

5 5 A Técnica dos Balanços Materiais Imaginar o o que está ocorrendo no sistema, CONHECER O PROCESSO, é o primeiro passo para a resolução de um problema. Esquematizar o processos num FLUXOGRAMA simplificado, onde ilustre apenas as correntes que intervém no casos específico. Todos os os dados importantes disponíveis deverão ser colocados diretamente no fluxograma, dentre eles:vazões, composições, pressão, temperatura. ESTUDAR O FLUXOGRAMA E OS DADOS de modo a relacionar mentalmente as diversas correntes do processo e as quantidades das diversas substâncias que compõe estas correntes.

6 6 A Técnica dos Balanços Materiais Escolher a BASE DE CÁLCULO apropriada e indicá-la com clareza e destaque. –Base de cálculo é a quantidade arbitrária de reagentes ou produtos em relação à qual se referem todos os cálculos efetuados. Selecionar o SISTEMA em torno do qual serão feitos os balanços. Realizar os balanços, obtendo em resultado um número suficiente de equações que permita resolver o sistema, ou seja, o Nº DE EQUAÇÕES SEJA IGUAL AO Nº DE INCÓGNITAS.

7 7 Fluxograma Coluna de Destilação Água de Refrigeração Condensador Refervedor Vapor de Aquecimento Resíduo (W) Destilado (D) Alimentação(F) Sistema I Sistema II Sistema III

8 8 Tanque de Armazenamento Um tanque de armazenamento de água quente destinada a lavar lama de carbonato, numa instalação de recuperação de soda do processo sulfato para produção de celulose, recebe água de várias fontes. Num dia de operação, 240m 3 de condensado da fábrica são enviados para este tanque, 80m 3 de água quente contendo pequena quantidade de hidróxido de cálcio e soda cáustica vêm do lavador de lama e 130m³ são provenientes do filtro rotativo. Durante esse mesmo período, 300m³ são retirados para usos diversos, 5m³ e são perdidos por evaporação e 1m³ por vazamentos. A capacidade do tanque é de 500m³ e, no início do dia, está com líquido até a sua metade. Quanta água haverá no tanque no fim do dia?

9 9 Tanque de Armazenamento Condensado 240m³ Sol. Lavador 80m³ Filt. rotativo 130m³ Vazamento 1m³ Consumo diverso 300m³ Evaporação 5m³ Sistema

10 10 Produção de Gás Cloro A saída de um unidade produtora de soda ´caustica, analisa-se uma certa quantidade de gás cloro, constatando-se que o mesmo está misturado com 1,6 % (molar) de O 2. Em certo ponto da linha que transporta o gás cloro, injeta- se 10 g de O 2 durante 5 min e 33 seg... qual a produção da unidade se à saída da linha, nova análise mostra que, após a injeção de oxigênio, a porcentagem molar deste gás atingiu 3,6 %. Cl 2 O2O2 1,6% de O 2 3,6% de O 2 10 g de O 2 em 5 min e 33 seg..

11 11 Produção de Gás Cloro 1,6% de O 2 3,6% de O 2 10 g de O 2 em 5 min e 33 seg. Sistema

12 12 Licor Ácido O licor ácido resultante de um processo de nitração contém 23% de ácido nítrico e 57% de ácido sulfúrico. Este licor deve ser concentrado para conter 27% de ácido nítrico e 605 de ácido sulfúrico, em peso, pela adição de H 2 SO 4 a 93% e H 2 NO 3 a 90%. Calcular o peso do licor inicial e dos ácidos concentrados que devem ser misturados para obter 1000 kg de mistura final concentrada.

13 13 Licor Ácido Condição Inicial Condição Final

14 14 Separação por Membrana As membranas representam uma tecnologia relativamente nova na separação de gases. Uma aplicação que tem chamado atenção é a separação de nitrogênio e oxigênio do ar. A figura ao lado ilustra uma membrana nanoporosa, que é feita pela colocação de uma camada muito fina de polímero sobre uma camada de suporte porosa de grafite. Qual a composição da corrente de resíduos se esta totaliza 80% da quantidade que entra? Escoamento Alta Pressão Baixa Pressão EntradaSaída Corrente de Resíduos Membrana O2O2 N2N2


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