OPERAÇÕES UNITÁRIAS Definição de operações unitárias

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1 OPERAÇÕES UNITÁRIAS Definição de operações unitárias
Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de operações unitárias Processo químico é dividido em uma série de etapas, ex: Transferência de massa Transporte de sólidos e líquidos Destilação Filtração Cristalização Evaporação Secagem Moagem outros

2 OPERAÇÕES UNITÁRIAS Operações unitárias são cada uma das etapas sequenciais numa linha de produção industrial. O conjunto das operações unitárias forma um processo unitário Operações unitárias são as operações físicas necessárias á realização de um processo químico Tipos de operações unitárias: Mecânicas (transporte e separação de fluidos) Transferência de calor (operações de aquecimento ou resfriamento) Transferência de massa (separação ou mistura de fluidos miscíveis)

3 Tipos de operações unitárias
Mecânicas Definição de fluido: substância que ao ser submetida a uma diferença de pressão escoa. Os fluidos escoam sob uma força ou pressão enquanto os sólidos não. Fluidos são basicamente líquidos, gases e partículas fluidizadas (em sispensão em um líquido ou gás) Para o estudo das operações de transporte e separação de fluidos, deve-se estudar a mecânica dos fluidos (comportamento dos fluidos quando submetidos a ação de uma força) mecânica dos fluidos – as características mais importantes para dimensionamento dos equipamentos de processo são densidade, viscosidade e pressão.

4 Tipos de operações unitárias
Mecânicas Exemplos de operações unitárias mecânicas: Bombeamento (centrífugas a rotor ou a pistão) Válvulas de controle ou bloqueio Medidas de vazão Pressurização de vasos (reatores) Filtração Sedimentação (separação de líquido e um sólido) Moagem

5 Tipos de operações unitárias
Transferência de calor Operações de troca térmica entre dois fluidos Mecanismos de troca de calor Condução – contato entre duas substãncias de temperaturas diferentes Convecção – mistura de fluidos de temperaturas diferentes Radiação – troca de calor por ondas de calor Equipamentos de transferência de calor Trocadores de calor (serpentina, caldeira) Evaporadores

6 Tipos de operações unitárias
Transferência de massa Operações de separação entre fluidos miscíveis As características mais importantes são: as diferenças de ponto de ebulição entre os compostos as diferanças de solubilidade entre os compostos Principais operações Destilação (separação por ponto de ebulição, colunas de destilação) Absorção (separação por solubilidade, lavador de gases) Extração líquido-líquido Transferências simultânea de calor e de massa Secagem

7 Filtração Passar um liquido contendo sólidos em suspensão através de um leito poroso, tela ou meio filtrante. liquido passa → filtrado sólido retido → bolo ou a torta. visa obter como produto fluido em maior pureza. A filtração tem duas fases bem distintas: 1º. Partículas iniciais são retidas pelas fibras pois são maiores que os interstícios, da tela → “primeiro filtrado” → pode conter ainda material particulado 2º. Partículas coladas formam uma capa que constituem uma barreira que aumenta a chance das partículas ficarem retidas. Esta capa irá engrossar, → torta de filtração → devera ser retirado com o passar do tempo, devido ao aumento da perda de carga Formação da primeira capa é extremamente importante para eficiência da filtração → uso de auxiliares ou coadjuvantes de filtração como celite para formação prévia da primeira camada.

8 Filtração Operação de filtração: Formação da pré-capa. Prepara-se em um tanque separado uma suspensão de coadjuvante em água (eventualmente outro liquido) que é passado através do filtro. Nessa operação, o coadjuvante fica retido na tela, formando uma torta chamado de "pre-capa". Filtração. Formada a pré-capa, se procede a filtração da suspensão que interessa. Como a tela já tem uma pré-capa, as partículas ficarão retidas na mesma, pois não poderão passar pelos interstícios existentes entre as diminutas partículas que formam o coadjuvante O coadjuvante ou auxiliar está indicado quando se quer aproveitar o liquido, pois o sólido ficará irremediavelmente contaminado com o coadjuvante.

9 Filtração Operação de filtração: Formação da pré-capa. Prepara-se em um tanque separado uma suspensão de coadjuvante em água (eventualmente outro liquido) que é passado através do filtro. Nessa operação, o coadjuvante fica retido na tela, formando uma torta chamado de "pre-capa". Filtração. Formada a pré-capa, se procede a filtração da suspensão que interessa. Como a tela já tem uma pré-capa, as partículas ficarão retidas na mesma, pois não poderão passar pelos interstícios existentes entre as diminutas partículas que formam o coadjuvante O coadjuvante ou auxiliar está indicado quando se quer aproveitar o liquido, pois o sólido ficará irremediavelmente contaminado com o coadjuvante. A filtração dura até a perda de carga atingir um valor máximo admissível. Lavagem da torta. Terminada a filtração → eliminar o resto de liquido ainda presente, se o que se pretende aproveitar e o sólido; Remoção dos sólidos e lavagem da tela filtrante→ remover a torta e lavar a tela filtrante para recomeçar o ciclo. A tela é lavada geralmente com água, a não ser que exista incompatibilidade com o liquido filtrado.

10 Filtração Escolha do equipamento filtrante depende, em grande parte, da economia do processo e das condições técnicas da filtração: 1. Viscosidade, densidade e reatividade química do fluido; 2. Dimensões da partícula sólida, distribuição granulométrica, forma da partícula, tendência a floculação e deformabilidade; 3. Concentração da suspensão de alimentação; 4. Quantidade de material que deve ser operado; 5. Grau de separação que se deseja efetuar; 6. Custos relativos da mão-de-obra, do capital e da energia.

11 Filtração Tipos de filtros Meios filtrantes granulados Filtro de operação descontinua; Filtros industriais mais simples; Uma ou mais camadas de sólidos particulados; Meios filtrantes duplos - operação mais prolongada Lavagem reversa - água ou ar; Os sólidos devem ser menores que os interstícios entre as partículas do leito Principais aplicações: Grandes volumes de suspensão muito diluída; O sólido não precisa ser recuperado; Purificação de águas servidas.

12 Filtração Filtros de pressão → máquinas do tipo semi-continuas que incluem uma lavagem e um modo de descarga da torta ao término do ciclo de filtração. A taxa de filtração e influenciada pelas propriedades da suspensão. A tendência, e que a velocidade de filtração cresça com: O aumento da pressão; Partículas mais grossas; Distribuição de partícula com alta uniformidade; Sólidos nao-enlodados ou nao-gelatinosos; Bolos incompressíveis; Mais baixa viscosidade do liquido Temperaturas mais altas.

13 Filtração Auxiliar de Filtração é usado quando a suspensão tem baixo conteúdo de sólidos com partículas finas e enlodadas que são de filtração difícil. Para aumentar a filtração, sólidos grossos com grande área de superfície são adicionados à suspensão e servem como um auxiliar que captura e prende em seus interstícios as partículas de filtração e produz uma matriz de torta porosa. A pré-cobertura → deposição de sólidos sobre a tela, formando um meio poroso de 2-3 mm de espessura e permeabilidade conhecida. Cuidado: eleva o volume da torta, prolonga o tempo do ciclo e pode ser caro. Pré-capa, antecedendo a filtração → contaminantes gelatinosos e pegajosos → evita entupimento do filtro→ pré-capa e a tela separam-se facilmente → torta descarregada deixando o filtro limpo. Pré-capa, antecedendo a filtração → filtrado claro é requerido imediatamente depois de iniciada a filtração Terra diatomácea (também chamada Diatomita) → silicatos formados por restos de esqueletos de minúsculas plantas unicelulares aquáticas (diatomos). Perlita → triturado vítreo e termo-expandido de rocha de origem vulcânica. Celulose → fibras de madeira de peso leve. Celite → triturado de minerais a base de silicatos