ENG 1813 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS A Cecília Vilani Email: cvilani@puc-rio.br Horário: Seg / Qua 13-15h / Sala L 408 Horário de atendimento ao aluno: Terça-feira 13h-15h Casa 21- Vila dos Diretórios – Lab. Próximo a sala prof. Chico Número de créditos: 4 P1 = P2 = PFinal =

A indústria química recebe a(s) matéria(s) prima(s) e gera(m) o(s) produto(s) A matéria prima pode ser convertida: sofrendo transformação física sofrendo transformação química Essa transformação exige diversas etapas (ex.:reação, separação, aquecimento, resfriamento, evaporação) O conjunto de etapas (seqüência) constitui o Processo Químico

Um processo químico é um conjunto de ações executadas em etapas- envolvem modificações da composição química, (e/ou modificações físicas) ou de outra natureza, no material (ou materiais) que é (são) ponto de partida (matérias primas) para se obter o produto ou os produtos finais (ou acabados).

O conjunto dos equipamentos interligados constitui a Planta Industrial.

Classificações do Processo Químico

TRATAMENTO REAÇÃO SEPARAÇÃO PURIFICAÇÃO P SP R MP SP R P MP – Matérias primas / Reagentes P – Produto final ou intermediário SP – Subprodutos (menor valor) ou coprodutos (maior valor) R – Resíduos ou impurezas (subprodutos sem valor agregado)

O engenheiro A. D. Little (1915) apresenta um conceito interessante para as operações unitárias: “Qualquer processo químico, em qualquer escala, pode ser decomposto numa série estruturada de etapas do que se podem denominar, operações unitárias, como moagem, homogeneização, aquecimento, calcinação, absorção, condensação, lixiviação, cristalização, filtração, dissolução, eletrólise, etc.”

Operações individuais - operações unitárias Operações Físicas Eventualmente podem envolver reações químicas Permite o Engenheiro Químico: Escolher e criar equipamentos para o processo Dimensionar equipamentos para novas instalações Verificar capacidades e condições de operações de equipamentos Especificar equipamentos ( materiais, sentido de fluxo, detalhes internos, meios de controle, localização na planta, etc).

OPERAÇÕES MECÂNICAS 1.1 – Operações envolvendo sólidos granulares Fragmentação de sólidos; Transporte de sólidos; Mistura de sólidos; 1.2 - Operações com sistemas contendo sólidos Sólidos de sólido; Peneiramento Separação hidráulica (arraste – elutriação) Sólido de líquidos; Decantação Flotação (borbulhamento de ar) Floculação (sulfato de aluminio – aglutinação – flocos)

Separação centrífuga Filtração Hidrociclones Sólidos de gases Ciclones Filtração (para gases - filtros manga)

2 e 3 não pertencem à ementa de OPA 2 – OPERAÇÕES COM TRANSFERÊNCIA DE CALOR Aquecimento e resfriamento de fluidos Evaporação e Cristalização Secagem 3 – OPERAÇÕES COM TRANSFERÊNCIA DE MASSA Destilação Extração líquido-líquido Absorção de Gases 2 e 3 não pertencem à ementa de OPA

EMENTA ENG 1813 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS A Caracterização de partículas e sistemas particulados. Dinâmica da interação sólido-fluido. Elutriação. Câmara de poeira. Ciclones. Hidrociclones. Escoamento em Meios Porosos Filtração sólido-líquido. Sedimentação. Fluidização.

AULA Nº DATA DESCRIÇÃO 1 12/08 Apresentação da estrutura do curso Sólidos Particulados – caracterização: amostragem, densidade, tamanho, formas, diâmetro equivalentes, diâmetros estatísticos, volumes equivalentes 2 14/08 (continuação) Sólidos Particulados – caracterização: esfericidade, superfícies, circularidade, fragilidade, número de partículas, porosidade, picnometria 3 19/08 Peneiramento, análise granulométrica – distribuição do tamanho de partícula, distribuição de frequência, 4 21/08 (continuação) Modelos estatísticos: distribuição cumulativa, distribuição normal, distribuição Log-Normal, distribuição Rosin-Tammler-Bennett, distribuição Gates-Gaudin-Schulmann, distribuição sigmóide, modelo de Weibull. 5 26/08 (continuação) Modelos estatísticos: distribuição Gates-Gaudin-Schulmann, distribuição sigmóide, modelo de Weibull 6 28/08 Interação partícula – fluido:Dinâmica, velocidade terminal da partícula, correlações para determinar velocidade terminal da partícula

AULA Nº DATA DESCRIÇÃO 7 02/09 (continuação) Interação partícula – fluido: Trabalho de Stokes, diâmetro de Stokes, coeficiente de arraste e Reynolds 8 04/09 (continuação) Interação partícula – fluido: efeitos simultâneos que influenciam a interação partícula – fluido 9 09/09 Eficiência de coleta e diâmetro de corte 10 11/09 Sistemas diluídos: Elutriação: Princípio de funcionamento 11 16/09 Câmera de Poeira: Princípio de funcionamento

AULA Nº DATA DESCRIÇÃO 1a PROVA 12 18/09 (continuação) Câmera de poeira: Avaliação, eficiência de coleta e projeto da câmera de poeira. 13 30/09 Ciclone: Princípio de funcionamento, tipos de ciclones 14 02/10 Ciclone: Eficiência de coleta e projeto de ciclone 15 07/10 (continuação) Ciclone: Eficiência de coleta e projeto de ciclone. 16 09/10 Hidrociclone: Princípio de funcionamento, tipos de hidrociclones. 17 16/10 (continação) Hidrociclone: eficiência de coleta, avaliação e projeto de hidrociclone. 18 21/10 1a PROVA 19 23/10 Centrífuga: Princípio de funcionamento, tipo de centrífugas, projeto de centrífuga

AULA Nº DATA DESCRIÇÃO 20 28/10 Sistemas Concentrados Escoamento em meios porosos: Equação da Continuidade e a Equação do Movimento via Mecânica do Contínuo, Equação de Darcy e determinação dos parâmetros de permeabilidade e geométricos 21 30/10 (continuação) Escoamento em meios porosos: Correlações empíricas para determinação de parâmetros de permeabilidade e geométricos, Meios porosos e Equação de Bernoulli. 22 04/11 Filtração: Princípio de funcionamentos e tipos de filtros 23 06/11 (continuação) Filtração: Projeto e avaliação 24 11/11 25 13/11 Sedimentação: Princípio de funcionamentos 26 18/11 27 25/11 Fluidização: Princípio de funcionamentos

AULA Nº DATA DESCRIÇÃO 2a PROVA PROVA FINAL 28 27/11 Fluidização: Continuação 29 02/12 2a PROVA 30 09/12 PROVA FINAL

BIBLIOGRAFIA ENG 1813 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS A CREMASCO, M. A. Operações Unitárias em sistemas particulados e fluidomecânicos; São Paulo, Blucher, 2012. MASSARANI, G. Fluidodinâmica em Sistemas Particulados; Rio de Janeiro: e-Papers, 2002. Perry, R.H.; and Green, D.W. Chemical Engineering Handbook. 5a edição. McGraw-Hill, New York. 1999 MCCABE, W. L.; SMITH, J.C.; HARRIOTT, P.  Unit Operations of Chemical Engineering 7th edition; New York: McGraw-Hill, 2005.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ENG 1813 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS A Allen, T. ; Particle Size Measurement. 3a edição. Chapman and Hall, 1981. Coulson, J.M. and Richardson, J.F. :Chemical Engineering, vol. 2 3a edicao. Pergamon Press, Oxford, 1978. Svarovsky, L.; Solid-Gas Separation. Elsevier Scientific P. Co. 1981. FOUST, Alan S.; WENZEL, Leonard A.; CLUMP, Curtis W.; MAUS, Louis; ANDERSEN, L. Bryce. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro, 1983, Guanabara Dois. 2ª ed.