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Balanço de Massa e Energia (Estequiometria industrial) I
Prof. Paulo Roberto B. Wanderley
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Introdução e conceitos fundamentais
O processo químico Operação contínua e operação descontínua Escoamento paralelo e em contracorrente Regime permanente e regime transiente Operações unitárias e processos unitários
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Introdução e conceitos fundamentais
O processo químico Um processo químico é formado por um conjunto de processo unitários interligados entre si, de acordo com uma sequência lógica. Matéria Prima Produto Processo Químico
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Processo de tratamento de esgoto
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Introdução e conceitos fundamentais
O processo químico Fluxograma do processo : Mostra as corrente de entrada e de saída , bem como cada equipamento envolvido no processo de forma mais detalhada. Diagramas de bloco : Cada processo ou operação unitária é representada por um bloco que são interligados entre si por linhas que traçam o caminho dos materiais através do processo. Não há um detalhamento dos equipamentos e nem das operações Diagrama caixa-preta : Toda a planta é representada por um bloco, sem indicação dos processo unitários envolvidos.
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Fluxograma do processo de produção de Amônia
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Diagrama de blocos do processo de produção de Amônia
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Diagrama Caixa Preta do processo de produção de Amônia
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(a) Correntes Típicas em Processos (A + B C)
Conversão total de A e parcial de B Presença de impureza inerte I com B Reposição (“make up”) Evita o acúmulo da impureza inerte I que "apaga" a reação (perda de B) REATOR SEPARADOR Reaproveitamento do reagente não consumido reagente B (I) Reciclo B (I) B (I) Purga B (I) B (I) Efluente do Reator Alimentação do Processo Alimentação do Reator Saída C A, B (I) C, B (I) A
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Algumas variáveis características das correntes
(Devem ser conhecidas ou calculadas pelos banlanços) Quantidade de matéria (armazenada, escoando, reagindo…) Expressa em :mol, lbmol, g, kg, ton, lbm Vazão: Quantidade de matéria por unidade de tempo. Expressa em : mol/h, lbmol/min, g/s, kg/h, ton/a, lbm/h, ... Frações molares e mássicas Densidade: Quantidade de matéria por unidade de volume ocupado, Expressa em : g/cm3, lbm/ft3, g/l, … Capacidade calorífica: quantidade de calor necessária para elevar a unidade de massa de um grau . Expressa em cal/g oC , BTU/lb oF - Pressão e Temperatura: afetam as propriedades físicas e a velocidade de reação.
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Fluxograma Sistema II Sistema I Destilado (D) Água de
Condensador Coluna de Destilação Destilado (D) Água de Refrigeração Alimentação(F) Vapor de Aquecimento Sistema III Refervedor Resíduo (W)
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Introdução e conceitos fundamentais
2. Escoamento paralelo e em contracorrente Em muitas operações de transferência de massa ou de energia é necessário colocar em contato duas correntes de fluidos, seja diretamente, no caso da transferência de massa, seja indiretamente através de superfícies de contato, no caso da transferência de calor.
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Introdução e conceitos fundamentais
3. Operação contínua e operação descontínua (batelada) Na maior parte das operações de processamento é economicamente vantajoso manter o equipamento em operação contínua e permanente, com um mínimo de perturbações e paradas, principalmente nos processos de grande escala.
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Introdução e conceitos fundamentais
3. Operação contínua e operação descontínua (batelada) Operação contínua: É aquela em que o equipamento ou processo operar de forma contínua, sem interrupções. A carga é processo continuamente. aberta sistema permanece aberto para entrada e saída de massa.
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Introdução e conceitos fundamentais
3. Operação contínua e operação descontínua (batelada) Operação Descontínua: É aquela em que o equipamento ou processo não opera continuamente. Existem ciclos de processamento.
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Operação em batelada O sistema é carregado e fechado. Ocorre o processamento. O sistema é aberto para a retirada do produto. aberta fechada fechada fechada aberta
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Introdução e conceitos fundamentais
3. Regime permanente e regime transiente Regime permanente ou estado estacionário: É aquele em que as variáveis do processo não mudam com o tempo, ou seja, são constantes no tempo. Elas podem variar no espaço, mas não no tempo. Obs: Ocorre nas partidas, paradas e perturbações na operação de equipamentos e processos, e em operação em batelada Regime Transiente: É aquele em que as variáveis do processo não mudam com o tempo.
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3. Regime permanente e regime transiente
Períodos de Partida, Operação Normal e de Parada de um Processo Ex: Suponha que y é altitude de um avião t2 estabelecido dy/dt = 0 Velocidade de Cruzeiro t1 transiente dy/dt > 0 Decolagem transiente dy/dt < 0 Aterrissagem y t
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3. Regime permanente e regime transiente
Períodos de Partida, Operação Normal e de Parada de um Processo Ex: y é uma variável qualquer de um processo em t2 estabelecido dy/dt = 0 Operação normal t1 transiente dy/dt > 0 Partida transiente dy/dt < 0 Parada y t
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Introdução e conceitos fundamentais
4. Sistema aberto, fechado e isolado Sistema: É uma parte do universo que isolamos para estudo Sistema aberto : É aquele que permite a passagem de matéria e de energia por suas fronteiras. Sistema fechado: É aquele que permite a passagem de matéria mas não de energia por sua fronteiras. Sistema isolado: É aquele que não permite nem a passagem de matéria e nem de energia através de suas fronteiras
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Reações Químicas Fluxo Massa Energia (convecção) Energia (condução)
SISTEMA Sistema Aberto ocorre entrada e saída de massa e de energia por convecção. Fluxo Energia (condução) Reações Químicas SISTEMA Reações Químicas SISTEMA Sistema Fechado Sistema Isolado não há entrada e saída de massa Saída de energia por convecção. além de fechado, não há entrada e saída de energia por condução.
