Atividade Prática - Balanço de Massa e Energia em Processos Químicos Industriais

1 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA Atividade Prática de Processos Químicos Industriais OBJETIVO Essa atividade tem como intuito aplicar na prática conceitos abordados na disciplina de Processos Químicos Industriais na execução de um balanço de massa e de um balanço de energia além de análises e tomadas de decisão MATERIAL DE CONSULTA Para a realização desta atividade prática o discente deve consultar o Texto de leitura da Rota de Aprendizagem com ênfase nas Aulas 1 e 2 devendo também consultar o caderno de exercícios postado na Aula 1 2 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ATIVIDADE BALANÇO DE MASSA Na primeira etapa deverá fazer um balanço de massa de um evaporador sendo que a vazão de alimentação terá o valor dos 6 primeiros números de seu RU a concentração de sólidos na alimentação terá o valor da soma dos 6 primeiros números do seu RU e a concentração final será de 75 Como exemplo temos RU 98765432 terá uma vazão de alimentação na entrada de 987654 kgh seis primeiros números do RU e concentração de sólidos na alimentação de 39 987654 Sabendo que hoje a eficiência energética vem sendo cada vez mais exigida nos processos industriais e que muitas empresas já fazem a cogeração de energia usando o vapor gerado na planta industrial usando como referência a tabela abaixo para consumo de vapor modelos de geradores de 30MW de energia a quantidade de vapor gerada será suficiente para atender a alguma unidade de geração de energia Justificar em função do consumo da unidade de geração e da quantidade de vapor gerada no evaporador 3 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA CLIQUE PARA EXIBIRCLIQUE PARA EXIBIR Fazendo o balanço de massa temos P 513580 kgh e V 474074 kgh Comprando a quantidade de vapor produzida com o consumo de vapor necessário para os geradores V 474074 kgh 474074 th Veremos que a quantidade de vapor gerada atende a todos os modelos individualmente pois é superior ao consumo de cada um deles 4 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ATIVIDADE BALANÇO DE ENERGIA Nesta segunda etapa deverá elaborar um balanço de energia para estimar a quantidade de vapor saturado do Setor de Utilidades W deverá ser usada para a evaporação obtida na Etapa 1 Para isso deverão usar como premissa que a Entalpia da solução de entrada HA é de 107 kJkg a Entalpia do Produto HP é de 1070 kJkg a temperatura da solução de alimentação é de 25ºC a temperatura de trabalho do evaporador é de 100ºC a temperatura do vapor V gerado é de 100ºC e que a temperatura do vapor do Setor de Utilidades é de 120ºC Lembrem que a temperatura do vapor gerado V e do vapor do Setor de Utilidades W devem ser usadas para obter as entalpias que usarão no cálculo da tabela de vapor saturado A expressão para o cálculo é a do balanço de energia A HA W HW V HV P HP W HL No nosso exemplo A 987654 kgh P 513580 kgh V 474074 kgh HA 107 kJkg HP 1070 kJkg HW valor de entalpia de vapor saturado pego na tabela para a temperatura do vapor do Setor de Utilidades W HV valor de entalpia de vapor saturado pego na tabela para a temperatura do vapor gerado V HL valor de entalpia de líquido saturado pego na tabela para a temperatura do vapor do Setor de Utilidades W A quantidade de vapor do Setor de Utilidades que será usada no evaporador para nosso exemplo foi W 777584 kgh 5 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 6 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA TUTORIAL TRABALHO DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS 1 Fazer o Balanço de Massa 2 Avaliar se a quantidade de vapor V gerado atende a demanda de todos ou de alguns ou de nenhum gerador 3 Fazer o Balanço de Energia 4 Estimar a quantidade de vapor do Setor de Utilidades que será usada no evaporador 7 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ESTRUTURA DO TRABALHO CAPA conforme abaixo UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PLANTA INDUSTRIAL ARIAL 14 Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença como parte da avaliação da Disciplina de Processo Químicos Industriais Arial 10 ALUNO A CIDADE ESTADO DATA ARIAL 12 8 Atividade Prática Engenharia de Produção e Gestão da Produção Industrial ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA SUMÁRIO páginas referentes a cada título e subtítulo INTRODUÇÃO comentário sobre o trabalho o objetivo do balanço de massa e o objetivo do balanço de energia BLANÇO DE MASSA apresentar detalhadamente a representação e os cálculos do balanço de massa ANÁLISE REFERENTE AO VAPOR GERADO SER SUFICIENTE PARA GERAR ENERGIA fazer a análise comparando a quantidade de vapor gerado V com as necessidades dos geradores BALANÇO DE ENERGIA apresentar detalhadamente a representação e os cálculos do balanço de energia bem como a estimativa da quantidade de vapor do Setor de Utilidades W que será utilizada UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PLANTA INDUSTRIAL Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença como parte da avaliação da Disciplina de Processos Químicos Industriais LUCAS DE CHRISTO FERREIRA BARROS ALMIRANTE TAMANDARÉ PARANÁ 11 DE MAIO DE 2023 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO2 2 BALANÇO DE MASSA3 21 Demanda de vapor dos geradores5 3 BALANÇO DE ENERGIA5 4 CONCLUSÃO6 5 REFERÊNCIAS7 1 INTRODUÇÃO V XS2 0 Os balanços de massa e de energia são ferramentas essenciais na indústria química visto que permitem projetar um novo processo e analisar aqueles já existentes buscando otimizálos Segundo Felder e Rousseau 2005 os balanços de massa baseiamse na lei da conservação da massa e podem ser enunciados como massa total de entrada massa total de saída A equação geral do balanço de massa é dada por entradageraçãosaídaconsumoacúmulo 1 O princípio que fundamenta todos os balanços de energia é a lei da conservação da energia que estabelece que a energia não pode ser criada nem destruída Esta lei é também chamada de primeira lei da termodinâmica FELDER ROUSSEAU 2005 A equação geral do balanço de energia pode ser escrita como acúmuloentradasaída 2 Nesse contexto o trabalho tem como objetivo desenvolver um balanço de massa e um balanço de energia para o processo de evaporação a partir dos conceitos abordados na disciplina de Processos Químicos Industriais 2 BALANÇO DE MASSA Nessa etapa será realizado o balanço de massa de um evaporador sendo que a vazão de alimentação é igual a 109732 kgh a concentração de sólidos na alimentação é igual a 22 e a concentração final será de 75 Fazendo um esquema do problema temos A 109732 kgh XS1 022 P XS3 075 Figura 1 Desenho esquemático do balanço de massa O balanço de massa global do sistema é dado por AV P Onde A vazão mássica da alimentação V vazão mássica de vapor que sai do sistema P vazão mássica do produto solução concentrada Substituindo a vazão de alimentação temos 109732V P Já o balanço de massa para os sólidos pode ser escrito como AX S1VXS2PXS3 Onde XS1 XS2 XS3 correspondem às frações de sólidos nas respectivas correntes Substituindo os valores temos 109732022V0 P075 Como XS20 visto que se trata da corrente de vapor gerado que não contém sólidos encontramos a vazão do produto P32188 05kgh Retornando ao balanço de massa global encontramos a quantidade de vapor gerado V77543 95 kg h 7754395 t h 11Demanda de vapor dos geradores A Figura 2 apresenta a quantidade de vapor consumida pelos geradores Figura 2 Demanda de vapor dos geradores Comparando a quantidade de vapor produzida com o consumo de vapor dos geradores notase que a vazão obtida não é suficiente para atender a demanda de nenhum gerador 3 BALANÇO DE ENERGIA Nesta etapa será realizado um balanço de energia para estimar a quantidade de vapor saturado do Setor de Utilidades W que deverá ser utilizada para a evaporação Serão feitas as seguintes considerações A entalpia da solução de entrada HA é de 107 kJkg A entalpia do Produto HP é de 1070 kJkg A temperatura da solução de alimentação é de 25C A temperatura de trabalho do evaporador é de 100C A temperatura do vapor V gerado é de 100C A temperatura do vapor do Setor de Utilidades é de 120C A 109732 kgh HA 107 kJkg V 7754395 kgh HV 26760 kJkg P 3218805 kgh HP 1070 kJkg W HW 27060 kJkg W HL 5037 kJkg A representação do balanço de energia é dada pela Figura 3 Figura 3 Desenho esquemático do balanço de energia A equação do balanço de energia é dada por AH AWH WVH VPH PWH L Da Tabela de Vapor temos que HW 27060 kJkg vapor saturado a 120 C HV 26760 kJkg vapor saturado a 100 C HL 5037 kJkg líquido saturado a 120 C Substituindo os dados na equação do balanço de energia temos 109732107W27067754395267632188 051070W5037 11741324W27062075076102344412135W5037 W220232302074997 W 10453049kgh Dessa forma serão utilizados 10453049 kgh de vapor do Setor de Utilidades 4 CONCLUSÃO A partir dos balanços de massa e energia realizados para o evaporador foi possível calcular a quantidade de vapor gerada no processo sendo verificado que esta não atende à demanda dos equipamentos em questão Calculouse também a quantidade de vapor saturado proveniente do Setor de Utilidades a ser utilizada para a evaporação Sendo assim notase a importância dos balanços de massa e energia para o entendimento e análise dos processos químicos industriais 5 REFERÊNCIAS FELDER R M ROUSSEAU R W Princípios elementares dos processos químicos 3 ed Rio de Janeiro LTC Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda 2005