Determinação do Teor de Álcool em Gasolina por Extração Líquido-Líquido

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCOOL EM GASOLINA NO CONJUNTO DE EXTRAÇÃO LÍQUIDO LÍQUIDO MATERIAL UTILIZADO Conjunto de extração LÍQUIDO LÍQUIDO Proveta de 100 mL Amostra de Gasolina Água destilada Solução saturada de NaCl Becker Balão de fundo chato para armazenar o álcool hidratado extraído para separação por destilação Avental sapato fechado luvas e óculos de proteção Preparação a Equipamento Checar conjunto de extração LÍQUIDO LÍQUIDO Certifique que os agitadores estão energizados mas desligados Checar vasos vazios Válvulas de fundo do separador fechadas b Reagentes Água destilada Solução saturada de NaCl Gasolina c Vidraria adicional Proveta de 100 ml Béquer de 100 ml Balão de fundo chato para armazenamento Figura 11 Módulo de extração LÍQUIDO LÍQUIDO Figura 12 Módulo AgitadorDecantador PROCEDIMENTO 1 Experimento Separação do álcool da gasolina sem solução de NaCl Adicione 50 mL de gasolina no Tanque de Agitação 1 Adicione 50 mL de água destilada no Tanque de Agitação 1 Acione o agitador até formar um pequeno vórtice aguardar aproximadamente 5 min para homogeneização e máxima extração Parar agitação e aguardar por 5 min para que a mistura se separe por completo Drenar para uma proveta a fase águaálcool sem deixar passar gasolina para a proveta Anotar volume de preenchimento da proveta Calcular percentual de álcool presente na gasolina e comparar com os valores de bancada Transferir volume de álcool hidratado para o balão de fundo chato e armazenar para separação por destilação Obs Não extrapolar os valores de volume indicados pois o volume máximo de cada é célula é de 150 ml 2 Experimento Separação do álcool da gasolina com solução de NaCl Adicione 50 mL de gasolina no Tanque de Agitação 2 Adicione 50 mL de solução de NaCl no Tanque de Agitação 2 Acione o agitador até formar um pequeno vórtice aguardar aproximadamente 5 min para homogeneização e máxima extração Parar agitação e aguardar por 5 min para que a mistura se separe por completo Drenar para uma proveta a fase águaálcool sem deixar passar gasolina para a proveta Anotar volume de preenchimento da proveta Calcular percentual de álcool presente na gasolina e comparar com os valores de bancada Transferir volume de álcool hidratado para o balão de fundo chato e armazenar para separação por destilação Obs Não extrapolar os valores de volume indicados pois o volume máximo de cada é célula é de 150 ml 3 Cálculo do percentual de álcool na gasolina Relação 50 mL 100 V x CUIDADOS IMPORTANTES Não acender ou ligar nenhum tipo de fonte de calor Avental sapato fechado luvas e óculos de proteção Guardar a fase não aquosa em recipiente adequado que estará disponível no laboratório para que seja adequadamente tratado DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁLCOOL EM GASOLINA MATERIAL UTILIZADO Proveta de 100 mL com tampa Amostra de Gasolina Solução saturada de NaCl Luvas e óculos de proteção PROCEDIMENTO 1 Colocar 50 mL de gasolina comum em uma proveta de 100 mL 05 mL com tampa 2 Completar o volume até 100 mL com a solução saturada de NaCl 3 Fechar a proveta misturar os líquidos invertendoa 5 vezes OBSERVAÇÃO Segure firme para evitar vazamentos V 4 Manter em repouso até a separação das duas fases 5 Ler o volume de ambas as fases 6 Denominar o volume da fase aquosa de V 7 Subtrair de V 50 mL e denominar este novo volume de V conforme a seguinte equação V V 50 mL V corresponderá à quantidade de etanol presente em 50 mL da amostra de gasolina 8 Calcular a de álcool na gasolina através da seguinte relação 50 mL 100 V x CUIDADOS IMPORTANTES Não acender ou ligar nenhum tipo de fonte de calor Usar óculos de proteção e luvas Realizar o experimento na Capela preferencialmente Guardar a fase não aquosa em recipiente adequado que estará disponível no laboratório para que seja adequadamente tratado Centro Universitário Anhanguera Lista de Exercícios 1 2585 kgh de uma mistura de benzeno B e tolueno T contendo 50 em massa de benzeno são separados em duas frações A vazão mássica de benzeno na corrente de topo é 1180 kgh e a de tolueno na corrente de fundo é 1245 kgh A operação se desenvolve no estado estacionário a Descreva o tipo de equipamento industrial utilizado para realizar tal operação b Descreva o tipo de operação unitária utilizada para realizar tal operação c Descreva a estrutura das moléculas mencionada e sua fórmula molecular d Estruture o fluxograma de processo mencionado com as correntes de entra e de saída dos componentes e suas composições e Descreva os balanços de massa pertinentes e calcule as vazões mássicas kgh do benzeno no fundo mB e do tolueno no topo mT nas correntes de saída f Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera 2 Um equipamento industrial operando em regime estacionário é alimentado por uma corrente contendo uma mistura de 45 em massa de benzeno B e 55 em massa de tolueno T No topo do equipamento é produzida uma corrente contendo 95 em massa de B Além disso nas condições de operação 8 do benzeno alimentado ao equipamento sai na corrente de fundo Considerando que a taxa mássica de alimentação é de 2000 kgh a Descreva o tipo de equipamento industrial utilizado para realizar tal operação b Descreva o tipo de operação unitária utilizada para realizar tal operação c Descreva a estrutura das moléculas mencionada e sua fórmula molecular d Estruture o fluxograma de processo mencionado com as correntes de entra e de saída dos componentes e suas composições e Desenvolva os balanços de massa pertinentes e calcule a taxa mássica kgh da corrente de topo e as taxas mássicas de benzeno e tolueno na corrente de fundo f Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera Lista de Exercícios 1 2585 kgh de uma mistura de benzeno B e tolueno T contendo 50 em massa de benzeno são separados em duas frações A vazão mássica de benzeno na corrente de topo é 1180 kgh e a de tolueno na corrente de fundo é 1245 kgh A operação se desenvolve no estado estacionário a Descreva o tipo de equipamento industrial utilizado para realizar tal operação b Descreva o tipo de operação unitária utilizada para realizar tal operação c Descreva a estrutura das moléculas mencionada e sua fórmula molecular d Estruture o fluxograma de processo mencionado com as correntes de entra e de saída dos componentes e suas composições e Descreva os balanços de massa pertinentes e calcule as vazões mássicas kgh do benzeno no fundo mB e do tolueno no topo mT nas correntes de saída f Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera 2 Um equipamento industrial operando em regime estacionário é alimentado por uma corrente contendo uma mistura de 45 em massa de benzeno B e 55 em massa de tolueno T No topo do equipamento é produzida uma corrente contendo 95 em massa de B Além disso nas condições de operação 8 do benzeno alimentado ao equipamento sai na corrente de fundo Considerando que a taxa mássica de alimentação é de 2000 kgh a Descreva o tipo de equipamento industrial utilizado para realizar tal operação b Descreva o tipo de operação unitária utilizada para realizar tal operação c Descreva a estrutura das moléculas mencionada e sua fórmula molecular d Estruture o fluxograma de processo mencionado com as correntes de entra e de saída dos componentes e suas composições e Desenvolva os balanços de massa pertinentes e calcule a taxa mássica kgh da corrente de topo e as taxas mássicas de benzeno e tolueno na corrente de fundo f Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera Lista de Exercícios 1 2585 kgh de uma mistura de benzeno B e tolueno T contendo 50 em massa de benzeno são separados em duas frações A vazão mássica de benzeno na corrente de topo é 1180 kgh e a de tolueno na corrente de fundo é 1245 kgh A operação se desenvolve no estado estacionário a Descreva o tipo de equipamento industrial utilizado para realizar tal operação b Descreva o tipo de operação unitária utilizada para realizar tal operação c Descreva a estrutura das moléculas mencionada e sua fórmula molecular d Estruture o fluxograma de processo mencionado com as correntes de entra e de saída dos componentes e suas composições e Descreva os balanços de massa pertinentes e calcule as vazões mássicas kgh do benzeno no fundo mB e do tolueno no topo mT nas correntes de saída f Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera 2 Um equipamento industrial operando em regime estacionário é alimentado por uma corrente contendo uma mistura de 45 em massa de benzeno B e 55 em massa de tolueno T No topo do equipamento é produzida uma corrente contendo 95 em massa de B Além disso nas condições de operação 8 do benzeno alimentado ao equipamento sai na corrente de fundo Considerando que a taxa mássica de alimentação é de 2000 kgh a Descreva o tipo de equipamento industrial utilizado para realizar tal operação b Descreva o tipo de operação unitária utilizada para realizar tal operação c Descreva a estrutura das moléculas mencionada e sua fórmula molecular d Estruture o fluxograma de processo mencionado com as correntes de entra e de saída dos componentes e suas composições e Desenvolva os balanços de massa pertinentes e calcule a taxa mássica kgh da corrente de topo e as taxas mássicas de benzeno e tolueno na corrente de fundo f Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera Lista de Exercícios 1 Na figura a seguir podese observar um fluxograma de processo contendo duas unidades U1 e U02 Cada corrente contém dois componentes A e B em diferentes proporções Três correntes cujas vazões eou composição não são conhecidas denominadas 1 2 e 3 a O processo descrito se trata de um processo contínuo semicontínuo ou descontínuo b Esboce os diagramas delimitando o sistema global e os subsistemas em torno dos quais podem ser escritos balanços de massa pertinentes ao estudo do sistema c Calcule as vazões mássicas kgh e as composições percentuais desconhecidas das correntes 1 2 e 3 d Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta Centro Universitário Anhanguera 2 Na figura a seguir podese observar um fluxograma de processo contendo duas unidades U1 e U02 Cada corrente contém dois componentes A e B em diferentes proporções Três correntes cujas vazões eou composição não são conhecidas denominadas 1 2 e 3 a Proponha equipamentos e operações unitárias para as duas unidades mencionadas b Esboce os diagramas delimitando o sistema global e os subsistemas em torno dos quais podem ser escritos balanços de massa pertinentes ao estudo do sistema c Calcule as vazões mássicas kgh e as composições percentuais desconhecidas das correntes 1 2 e 3 d Fazendo uso da ferramenta Excel proponha uma sequência matemática utilizando as fórmulas de balanço de massa estruturando um simulador de performance da planta modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Entender Princípios de Estruturação das Indústrias Químicas Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Introduzir conceitos gerais de Projeto Processos Síntese Analise e Avaliação de Processos Otimização de Processos Análise de Processos Análise Econômica Principais Custos Custo da Matériaprima e Insumos Custo de Investimento Equipamentos Custo Operacional Utilidades Água e Fontes de Energia Receita de Venda Outros Custos Manutenção Transporte Estocagem Mão de Obra Indicadores Economicos Custo Total Anual Lucratividade Valor Presente Líquido Taxa Interna de Retorno Síntese e Análise de Processos Hierarquia no Projeto de Processos Avaliação Técnica e Econômica do Processo Possível Configuração Otimização de Processos Todo problema que admite mais de uma solução viável dispara a busca da melhor solução a solução ótima Projeto Ótimo Problema complexo de otimização envolvendo os três níveis Tecnológico Síntese determinação da melhor rota química Estrutural Síntese geração sucessiva de estruturas viáveis do sistema Paramétrico Análise determinação do desempenho ótimo de cada uma das estruturas DESAFIO Encontrar a melhor solução Resumindo a Moral da História SÍNTESE responsável por disponibilizar todas as soluções ANÁLISE responsável pela avaliação de cada solução De nada adianta a Síntese se não houver a Análise para avaliar cada solução de nada adianta a Análise se não houver a Síntese para gerar as soluções PROJETO SÍNTESE ANÁLISE AVALIAÇÃO Modelagem de Processos Químicos Representação Esquematica Representação Matemática Modelagem de Processos Químicos Equações Governantes Balanço de Quantidade de Movimento Balanço Material Massa Molar Balanço de Energia Balanço Entrópico Equações Constitutivas Transporte Leis de Newton Fourrier e Fick Equações Cinéticas Equilíbrio Físico Equilíbrio Químico Relações Empíricas e Definições 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Entender Princípios de Estruturação das Indústrias Químicas Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Introduzir conceitos gerais de Projeto Processos Síntese Analise e Avaliação de Processos Otimização de Processos Análise de Processos Análise Econômica Principais Custos Custo da Matériaprima e Insumos Custo de Investimento Equipamentos Custo Operacional Utilidades Água e Fontes de Energia Receita de Venda Outros Custos Manutenção Transporte Estocagem Mão de Obra Indicadores Economicos Custo Total Anual Lucratividade Valor Presente Líquido Taxa Interna de Retorno Síntese e Análise de Processos Hierarquia no Projeto de Processos Avaliação Técnica e Econômica do Processo Possível Configuração Otimização de Processos Todo problema que admite mais de uma solução viável dispara a busca da melhor solução a solução ótima Projeto Ótimo Problema complexo de otimização envolvendo os três níveis Tecnológico Síntese determinação da melhor rota química Estrutural Síntese geração sucessiva de estruturas viáveis do sistema Paramétrico Análise determinação do desempenho ótimo de cada uma das estruturas DESAFIO Encontrar a melhor solução Resumindo a Moral da História SÍNTESE responsável por disponibilizar todas as soluções ANÁLISE responsável pela avaliação de cada solução De nada adianta a Síntese se não houver a Análise para avaliar cada solução de nada adianta a Análise se não houver a Síntese para gerar as soluções PROJETO SÍNTESE ANÁLISE AVALIAÇÃO Modelagem de Processos Químicos Representação Esquematica Representação Matemática Modelagem de Processos Químicos Equações Governantes Balanço de Quantidade de Movimento Balanço Material Massa Molar Balanço de Energia Balanço Entrópico Equações Constitutivas Transporte Leis de Newton Fourrier e Fick Equações Cinéticas Equilíbrio Físico Equilíbrio Químico Relações Empíricas e Definições modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Entender Princípios de Estruturação das Indústrias Químicas Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Introduzir conceitos gerais de Projeto Processos Síntese Analise e Avaliação de Processos Otimização de Processos Por que estudar Modelagem e Otimização de Processos Químicos no curso de Engenharia Química Sistema De Processo Processos Industriais Sequencia de etapas responsáveis pela transformação de matérias primas em produtos de interesse industrial Processo Conjunto de Transformações físicas e químicas Plantas de Processos Industriais Instalação destinada a transformação de substâncias químicas em escala industrial Projeto de Processos Químicos E o conjunto de ações desenvolvidas Desde A decisão de se produzir um determinado produto químico Até Um plano bem definido para a construção e a operação da instalação industrial Etapas de um Projeto de Processos Etapas gerais Investigar disponibilidade de matéria prima Investigar mercado para o produto Estabelecer o numero e o tipo de equipamentos Calcular as dimensões dos equipamentos Estabelecer as Condições Operacionais Estabelecer malhas de controle e instrumentação Calcular o consumo de matéria prima e insumos Calcular o custo de investimento Avaliar a lucratividade do processo Projeto de Processo Indicadores de Performance e Desempenho Rendimento Conversão Seletividade Recuperação Grau de Pureza Especificação Impactos Ambientais Projeto Dimensionamento dos Equipamentos Projeto de Processo O Projeto de Processos compreende três etapas Síntese Etapa criativa inventiva conjuração união harmônica Analise Modelagem Matemática do Processo Avaliação Técnica Solução do Modelo e Econômica Lucro Como engenheiros estamos interessados em produzir minimizando custos e impactos ambientais Síntese de Processos A Síntese e a etapa criativa do Projeto cujo escopo investiga Rota Tecnológica Modo de Operação Seleção das Operações Unitárias Seleção e Dimensionamento de Equipamentos Seleção das Condições Operacionais Definição de Fluxogramas alternativos Genericamente síntese significa compor um todo a partir de suas partes Representação Esquemática Fluxograma Análise de Processos Análise Tecnológica Genericamente Análise significa Identificação dos elementos do sistema equipamentos Identificação da forma como os mesmos interagem fluxograma Previsão e avaliação do desempenho sistema Necessidade de um modelo matemático para determinar Especificações de projeto Dimensões de equipamentos Vazões dos produtos matériasprimas utilidades e insumos Síntese e Análise de Processos modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Entender Princípios de Estruturação das Indústrias Químicas Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Introduzir conceitos gerais de Projeto Processos Síntese Analise e Avaliação de Processos Otimização de Processos Simulação de Processos O modelo do processo consiste no conjunto de equações que podem ser Equações Algébricas EA lineares não lineares Equações Diferenciais ED ordinárias parciais Equações Algébrico Diferencias EAD A simulação consiste em resolver as equações do modelo Geralmente o modelo é grande e complexo para o qual a solução analítica se torna difícil ou mesmo inviável exigindo o uso de Métodos Numéricos Análise de Processos Análise Econômica Principais Custos Custo da Matériaprima e Insumos Custo de Investimento Equipamentos Custo Operacional Utilidades Água e Fontes de Energia Receita de Venda Outros Custos Manutenção Transporte Estocagem Mão de Obra Indicadores Economicos Custo Total Anual Lucratividade Valor Presente Líquido Taxa Interna de Retorno Correntes de Entrada Hierarquia no Projeto de Processos Avaliação Técnica e Econômica do Processo Possível Configuração Otimização de Processos Todo problema que admite mais de uma solução viável dispara a busca da melhor solução a solução ótima Projeto Ótimo Problema complexo de otimização envolvendo os três níveis Tecnológico Síntese determinação da melhor rota química Estrutural Síntese geração sucessiva de estruturas viáveis do sistema Paramétrico Análise determinação do desempenho ótimo de cada uma das estruturas DESAFIO Encontrar a melhor solução Resumindo a Moral da História SÍNTESE responsável por disponibilizar todas as soluções ANÁLISE responsável pela avaliação de cada solução De nada adianta a Síntese se não houver a Análise para avaliar cada solução de nada adianta a Análise se não houver a Síntese para gerar as soluções PROJETO SÍNTESE ANÁLISE AVALIAÇÃO Modelagem de Processos Químicos Representação Esquematica Representação Matemática Modelagem de Processos Químicos Equações Governantes Balanço de Quantidade de Movimento Balanço Material Massa Molar Balanço de Energia Balanço Entrópico Equações Constitutivas Transporte Leis de Newton Fourrier e Fick Equações Cinéticas Equilíbrio Físico Equilíbrio Químico Relações Empíricas e Definições 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Entender Princípios de Estruturação das Indústrias Químicas Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Introduzir conceitos gerais de Projeto Processos Síntese Analise e Avaliação de Processos Otimização de Processos Simulação de Processos O modelo do processo consiste no conjunto de equações que podem ser Equações Algébricas EA lineares não lineares Equações Diferenciais ED ordinárias parciais Equações Algébrico Diferencias EAD A simulação consiste em resolver as equações do modelo Geralmente o modelo é grande e complexo para o qual a solução analítica se torna difícil ou mesmo inviável exigindo o uso de Métodos Numéricos Análise de Processos Análise Econômica Principais Custos Custo da Matériaprima e Insumos Custo de Investimento Equipamentos Custo Operacional Utilidades Água e Fontes de Energia Receita de Venda Outros Custos Manutenção Transporte Estocagem Mão de Obra Indicadores Economicos Custo Total Anual Lucratividade Valor Presente Líquido Taxa Interna de Retorno Síntese e Análise de Processos Hierarquia no Projeto de Processos Avaliação Técnica e Econômica do Processo Possível Configuração Otimização de Processos Todo problema que admite mais de uma solução viável dispara a busca da melhor solução a solução ótima Projeto Ótimo Problema complexo de otimização envolvendo os três níveis Tecnológico Síntese determinação da melhor rota química Estrutural Síntese geração sucessiva de estruturas viáveis do sistema Paramétrico Análise determinação do desempenho ótimo de cada uma das estruturas DESAFIO Encontrar a melhor solução Resumindo a Moral da História SÍNTESE responsável por disponibilizar todas as soluções ANÁLISE responsável pela avaliação de cada solução De nada adianta a Síntese se não houver a Análise para avaliar cada solução de nada adianta a Análise se não houver a Síntese para gerar as soluções PROJETO SÍNTESE ANÁLISE AVALIAÇÃO Modelagem de Processos Químicos Representação Esquematica Representação Matemática Modelagem de Processos Químicos Equações Governantes Balanço de Quantidade de Movimento Balanço Material Massa Molar Balanço de Energia Balanço Entrópico Equações Constitutivas Transporte Leis de Newton Fourrier e Fick Equações Cinéticas Equilíbrio Físico Equilíbrio Químico Relações Empíricas e Definições Processo modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Otimização dos Processos Tipos de Processos Controles de Processos e Ferramentas Computacionais Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Controle e Instrumentação de Processos Químicos Ferramentas Computacionais Engenharia da Industria Química Controle e Otimização Modelagem Simulação Ciências Básicas e Fundamentos Estudo dos fenômenos naturais Química Física descritos formalmente através da Matemática Estudo dos fenômenos de interesse que ocorrem nos equipamentos Termodinâmica Fenômenos de Transporte Cinética Química descritos por Modelos Matemáticos Os Pilares da Engenharia da Industria Química Estuda a quantidade de calor de trabalho envolvidos em uma transformação Estabelece as condições de equilíbrio físico e químico Estuda as taxas e os mecanismos através dos quais a transferência de quantidade de movimento calor e massa ocorrem Estuda as taxas e os mecanismos através dos quais uma transformação química ocorre Termodinâmica Cinética Química Fenômenos de Transporte Fenômenos de Transporte ou de Transferência Momentum se transfere por difusão e convecção sempre que existe um gradiente de velocidade Massa se transfere por difusão e convecção sempre que existe um gradiente de concentração Calor se transfere por difusão condução convecção e radiação sempre que existe um gradiente de temperatura Transferência de Momento Transferência de Massa Transferência de Calor Operações Unitárias da Industria Química BombasCompressores Filtração Sedimentação Decantação Agitação e Mistura Absorção Adsorção Destilação Extração Lixiviação Trocadores de Calor Evaporação Umidificação Cristalização Secagem Operações de Transf de Momento Operações de Transf de Massa Operações de Transf de Calor e Massa Engenharia de Equipamentos Equipamentos de Processos Reatores Trocadores de calor Separadores Torres de destilação Torres de absorção Extratores Cristalizadores Filtros Outros Instrumentos de Controle Automático Cada etapa do processo consiste em uma operação unitária Engenharia de Sistema de Processos PSE Engenharia de Sistema de Processos PSE Process System Engineering Engenharia de Sistema de Processos PSE Se divide em três grandes áreas Projeto Controle Operações Controle de Processos Químicos Segurança Operacional e pessoal Adaptação a perturbações externas Estabilidade operacional Especificação do produto Redução de impactos ambientais Otimização Projeto de Controle de Processos Hierarquia no Projeto de Controle de Processos Variáveis de Processos Para se projetar monitorar controlar ou modicar um processo o engenheiro necessita conhecer as quantidades composições e condições dos materiais que entram e saem da unidade bem como saber medilas no caso de unidades já existentes Principais variáveis de processos Vazões Temperaturas Composições Pressão Nível de tanques Propriedades Físicas e Termodinâmicas São medidas através de instrumentos Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Vazão Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Nível Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Pressão Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Temperatura Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Composição Tipos de Processos Processos Industriais Inorgânicos Tratamento de água Petroquímica Gases combustíveis Gases industriais Cerâmica Cimento Vidro Ácidos Álcalis Sais Tintas Explosivos Corantes Detergentes e sabões Perfumes aromatizantes Alimentos Agroquímicos Óleos gorduras Açúcar e amido Fermentação Papel e celulose Indústria de fósforo Indústria de potássio Indústria de nitrogênio Plásticos Fibras sintéticas Borracha etc Tipos de Processos Processos Industriais Orgânicos Nitração Sulfonação Alquilação Esterificação Polimerização Fermentação Aminação Carboxilação Hidrogenação Oxidação etc Tipos de Processos Classificação de acordo com o modo de operação Processo Batelada Processo Contínuo Tipos de Processos Processos em Batelada A alimentação e introduzida no sistema de uma só vez no início do processo e todos os produtos são retirados algum tempo depois Nenhuma massa atravessa a fronteira do sistema no intervalo de tempo decorrido entre a alimentação e a remoção dos produtos Processos Contínuos A alimentação e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo Há continua passagem de matéria através das fronteiras do sistema Processos SemiContínuos A entrada de material é praticamente instantânea e a saída é contínua ou viceversa Há passagem contínua de matéria através de apenas uma fronteira entrada ou saída do processo Modos de Operação Estado Estacionário ou Regime Permanente Se os valores de todas as variáveis de processo todas as temperaturas pressões concentrações vazões etc não se alteram com o tempo a menos de pequenas flutuações o processo e dito que opera em estado estacionário ou regime permanente Classificação com relação ao tempo Estado Transiente ou não Permanente São aqueles processos onde ocorrem alterações dos valores das variáveis de processo com o tempo Notas i Os processos em batelada e semicontínuos pela sua natureza são operações em estado transiente ii Os processos contínuos no entanto podem ocorrer tanto em regime permanente quanto em transiente Produção para um Processo Contínuo Típicas taxas de produção Gigante refinaria 100 Kgs Grande 10 Kgs Médio 1 Kgs Pequena 01 Kgs Muito pequena 003 Kgs Classificação com relação ao tempo Se considerarmos uma operação de 24 h por dia tipicamente assumimos 8000 horas 90 do total de 8760 horas por ano Uma produção muito pequena corresponde a cerca de 1000 tonano Batelada versus Contínuo Vantagens para operação contínua Melhor eficiência energética Mais fácil de automatizar Custos de operação menores Alguns processos são menos adequados para produção em batelada1 1 Isto se aplica especialmente para reações em fase gasosa com tempos de residência curto no reator o que inclui muitos dos mais importantes processos industriais Desvantagens para operação contínua mais complexas usualmente requerem um investimento inicial maior para a mesma produção menos flexíveis em termos de multiprodutos geralmente projetadas para um produto especifico Batelada versus Contínuo Escolha Antes de 1900 todos os processos eram batelada Entre 1900 e 1980 diversas plantas foram substituídas pelas modernas plantas contínuas Mais recentemente tem ficado claro que processos batelada são preferíveis quando uma grande flexibilidade é desejada e para pequenas produções Regra Geral Processos com produção acima de 5000 tonano são usualmente contínuos Processos com produção abaixo de 500 tonano são usualmente batelada Para taxas de produção entre 500 e 5000 tonano uma avaliação econômica mais rigorosa deve ser realizada Projeto Assistido pelo Computador Geralmente os modelos são complexos e requerem o uso de ferramentas computacionais A solução requer uma analise de factibilidade viabilidade pelo engenheiro Fluxogramas de Processo Desidrogenação do Butano Criação de Fluxogramas de Processo Softwares Simuladores Comerciais de Processo Simuladores Comerciais de Processo Simuladores de Fluidodinâmica Computacional Linguagens e Ferramentas Computacionais Sistemas de Modelagem Otimizadores Fluxograma de Produção de Negro de Fumo Leitura Complementar Perry Chemical Engineers Handbook 8ed 2007 Skogestad Chemical and Energy Process Engineering 1ed 2009 Felder e Russeau Princípios Elementares dos Processos Químicos 3ed 2005 Nilo Índio Introdução a Engenharia Química 1ed 1999 Himmeblau Engenharia química Princípios e Cálculo 7ed 2005 modelagem e otimização de processos Químicos Objetivo Otimização dos Processos Tipos de Processos Controles de Processos e Ferramentas Computacionais Centro universitário Anhanguera Curso Engenharia Química Disciplina Modelagem e otimização de processos Químicos Controle e Instrumentação de Processos Químicos Ferramentas Computacionais Engenharia da Industria Química Controle e Otimização Modelagem Simulação Ciências Básicas e Fundamentos Estudo dos fenômenos naturais Química Física descritos formalmente através da Matemática Estudo dos fenômenos de interesse que ocorrem nos equipamentos Termodinâmica Fenômenos de Transporte Cinética Química descritos por Modelos Matemáticos Os Pilares da Engenharia da Industria Química Estuda a quantidade de calor de trabalho envolvidos em uma transformação Estabelece as condições de equilíbrio físico e químico Estuda as taxas e os mecanismos através dos quais a transferência de quantidade de movimento calor e massa ocorrem Estuda as taxas e os mecanismos através dos quais uma transformação química ocorre Termodinâmica Cinética Química Fenômenos de Transporte Fenômenos de Transporte ou de Transferência Momentum se transfere por difusão e convecção sempre que existe um gradiente de velocidade Massa se transfere por difusão e convecção sempre que existe um gradiente de concentração Calor se transfere por difusão condução convecção e radiação sempre que existe um gradiente de temperatura Transferência de Momento Transferência de Massa Transferência de Calor Operações Unitárias da Industria Química BombasCompressores Filtração Sedimentação Decantação Agitação e Mistura Absorção Adsorção Destilação Extração Lixiviação Trocadores de Calor Evaporação Umidificação Cristalização Secagem Operações de Transf de Momento Operações de Transf de Massa Operações de Transf de Calor e Massa Engenharia de Equipamentos Equipamentos de Processos Reatores Trocadores de calor Separadores Torres de destilação Torres de absorção Extratores Cristalizadores Filtros Outros Instrumentos de Controle Automático Cada etapa do processo consiste em uma operação unitária Engenharia de Sistema de Processos PSE Engenharia de Sistema de Processos PSE Process System Engineering Engenharia de Sistema de Processos PSE Se divide em três grandes áreas Projeto Controle Operações Controle de Processos Químicos Segurança Operacional e pessoal Adaptação a perturbações externas Estabilidade operacional Especificação do produto Redução de impactos ambientais Otimização Projeto de Controle de Processos Hierarquia no Projeto de Controle de Processos Variáveis de Processos Para se projetar monitorar controlar ou modicar um processo o engenheiro necessita conhecer as quantidades composições e condições dos materiais que entram e saem da unidade bem como saber medilas no caso de unidades já existentes Principais variáveis de processos Vazões Temperaturas Composições Pressão Nível de tanques Propriedades Físicas e Termodinâmicas São medidas através de instrumentos Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Vazão Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Nível Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Pressão Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Temperatura Instrumentação de Processos Químicos Medidores de Composição Tipos de Processos Processos Industriais Inorgânicos Tratamento de água Petroquímica Gases combustíveis Gases industriais Cerâmica Cimento Vidro Ácidos Álcalis Sais Tintas Explosivos Corantes Detergentes e sabões Perfumes aromatizantes Alimentos Agroquímicos Óleos gorduras Açúcar e amido Fermentação Papel e celulose Indústria de fósforo Indústria de potássio Indústria de nitrogênio Plásticos Fibras sintéticas Borracha etc Tipos de Processos Processos Industriais Orgânicos Nitração Sulfonação Alquilação Esterificação Polimerização Fermentação Aminação Carboxilação Hidrogenação Oxidação etc Tipos de Processos Classificação de acordo com o modo de operação Processo Batelada Processo Contínuo Tipos de Processos Processos em Batelada A alimentação e introduzida no sistema de uma só vez no início do processo e todos os produtos são retirados algum tempo depois Nenhuma massa atravessa a fronteira do sistema no intervalo de tempo decorrido entre a alimentação e a remoção dos produtos Processos Contínuos A alimentação e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo Há continua passagem de matéria através das fronteiras do sistema Processos SemiContínuos A entrada de material é praticamente instantânea e a saída é contínua ou viceversa Há passagem contínua de matéria através de apenas uma fronteira entrada ou saída do processo Modos de Operação Estado Estacionário ou Regime Permanente Se os valores de todas as variáveis de processo todas as temperaturas pressões concentrações vazões etc não se alteram com o tempo a menos de pequenas flutuações o processo e dito que opera em estado estacionário ou regime permanente Classificação com relação ao tempo Estado Transiente ou não Permanente São aqueles processos onde ocorrem alterações dos valores das variáveis de processo com o tempo Notas i Os processos em batelada e semicontínuos pela sua natureza são operações em estado transiente ii Os processos contínuos no entanto podem ocorrer tanto em regime permanente quanto em transiente Produção para um Processo Contínuo Típicas taxas de produção Gigante refinaria 100 Kgs Grande 10 Kgs Médio 1 Kgs Pequena 01 Kgs Muito pequena 003 Kgs Classificação com relação ao tempo Se considerarmos uma operação de 24 h por dia tipicamente assumimos 8000 horas 90 do total de 8760 horas por ano Uma produção muito pequena corresponde a cerca de 1000 tonano Batelada versus Contínuo Vantagens para operação contínua Melhor eficiência energética Mais fácil de automatizar Custos de operação menores Alguns processos são menos adequados para produção em batelada1 1 Isto se aplica especialmente para reações em fase gasosa com tempos de residência curto no reator o que inclui muitos dos mais importantes processos industriais Desvantagens para operação contínua mais complexas usualmente requerem um investimento inicial maior para a mesma produção menos flexíveis em termos de multiprodutos geralmente projetadas para um produto especifico Batelada versus Contínuo Escolha Antes de 1900 todos os processos eram batelada Entre 1900 e 1980 diversas plantas foram substituídas pelas modernas plantas contínuas Mais recentemente tem ficado claro que processos batelada são preferíveis quando uma grande flexibilidade é desejada e para pequenas produções Regra Geral Processos com produção acima de 5000 tonano são usualmente contínuos Processos com produção abaixo de 500 tonano são usualmente batelada Para taxas de produção entre 500 e 5000 tonano uma avaliação econômica mais rigorosa deve ser realizada Projeto Assistido pelo Computador Geralmente os modelos são complexos e requerem o uso de ferramentas computacionais A solução requer uma analise de factibilidade viabilidade pelo engenheiro Fluxogramas de Processo Desidrogenação do Butano Criação de Fluxogramas de Processo Softwares Simuladores Comerciais de Processo Simuladores Comerciais de Processo Simuladores de Fluidodinâmica Computacional Linguagens e Ferramentas Computacionais Sistemas de Modelagem Otimizadores Fluxograma de Produção de Negro de Fumo Leitura Complementar Perry Chemical Engineers Handbook 8ed 2007 Skogestad Chemical and Energy Process Engineering 1ed 2009 Felder e Russeau Princípios Elementares dos Processos Químicos 3ed 2005 Nilo Índio Introdução a Engenharia Química 1ed 1999 Himmeblau Engenharia química Princípios e Cálculo 7ed 2005 PRÁTICA DESTILAÇÃO FRACIONADA Objetivo Separar misturas empregando a técnica de destilação fracionada Materiais e Reagentes Álcool hidratado extraído do experimento anterior Óxido de Cálcio Funil de vidro Papel de filtração Suporte para filtração Balão de fundo redondo de 250 mL balão para destilação simples béquer de 250 mL coluna de Vigreaux condensador reto garra para condensador junta cônica mangueiras de látex manta de aquecimento pérolas de vidro proveta suporte universal termômetro Avental sapato fechado luvas e óculos de proteção Procedimento Montar a aparelhagem de destilação fracionada Transferir o Álcool hidratado para o balão Adicionar pérolas de vidro Iniciar o processo de destilação mantendo temperatura entre 90 oC e recolher o destilado em uma proveta Anotar a temperatura na qual saiu a primeira gota de destilado Tinicial ºC Observar o volume total do destilado obtido PRÁTICA FILTRAÇÃO Objetivo Realizar a filtração simples de misturas heterogêneas sólido líquido álcool destilado e Óxido de Cálcio utilizando filtros de papel com dobradura simples verificando as suas características Introdução A filtração tem por finalidade separar um sólido de um líquido e é efetuada passando a mistura através de um material poroso que retém as partículas do sólido Tal material pode ser papel de filtro algodão tecido vidro sintetizado porcelana porosa fibras de vidro etc O mais usado em laboratório é o papel de filtro Filtração Simples Utilizase um funil simples em que foi adaptado um cone de papel de filtro Inicialmente umedecemos o papel com uma pequena quantidade de solvente com que está trabalhando Efetuase a filtração tomando o cuidado de não encher o papel de filtro até a borda Algumas vezes é necessário filtrar uma solução a quente em pequenas porções como na filtração simples mantendo sempre em ebulição a solução a ser filtrada Dobradura simples 1 Dobrar o papel de filtro em duas partes iguais b 2 Dobrar novamente em duas partes deixando uma das pontas do papel recuada aproximadamente 5 mm c 3 Cortar a ponta recuada do papel para permitir que o papel fique aderido à parede do funil impedindo a entrada de ar 4 Encaixar o papel no funil e molhar imediatamente para aderilo ao funil Para realizar uma filtração há maneiras corretas de transferir a mistura para o funil 1 Segurando a bagueta com uma das mãos e o béquer contendo a mistura a ser filtrada com a outra como mostra a figura abaixo 2 Segurando a bagueta e o béquer com a mesma mão Desta forma podese facilitar a transferência do sólido para o funil com o auxílio de uma pisseta na outra mão como mostra a figura abaixo Com os dados adquiridos calcular rendimento de álcool do inicio da extração até o final do processo de filtração verificando as perdas em cada etapa do processo