Atividade Prática

1 Atividade Prática Processos Químicos Industriais 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 Processos Químicos Industriais 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 Processos Químicos Industriais ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 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 Processos Químicos Industriais 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 Processos Químicos Industriais ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 6 Atividade Prática Processos Químicos Industriais 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 NOME CIDADE ESTADO DATA SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO2 2 BALANÇO DE MASSA4 21 Balanço de massa global do sistema4 22 Balanço de massa dos sólidos5 23 Consumo de vapor dos geradores5 3 BALANÇO DE ENERGIA6 4 CONCLUSÃO7 5 REFERÊNCIAS7 1 INTRODUÇÃO Os balanços de massa e de energia são fundamentais na indústria química Segundo Felder e Rousseau 2005 o projeto de um novo processo ou a análise de um já existente não estão completos até que se estabeleça que 2 as entradas e saídas de todo o processo e de cada unidade individualmente satisfazem as equações de balanço De acordo com Brasil 2013 o balanço de massa ou balanço material é uma abreviação da lei da conservação da massa descoberta por Lavoisier que diz que a matéria pode ser transformada mas nunca criada e nem destruída A Figura 1 ilustra um sistema geral no qual será realizado o balanço de massa Figura 1 Representação do balanço de massa em um sistema Fonte BRASIL 2013 Um balanço de uma quantidade conservada massa total massa de uma espécie particular energia momento em um sistema uma unidade de processo uma série de unidades ou um processo completo pode ser escrito na seguinte forma geral FELDER ROUSSEAU 2005 entradageraçãosaídaconsumoacúmulo 1 De forma análoga ao balanço de massa temse o balanço de energia que se baseia na Primeira Lei da Termodinâmica Na sua forma mais geral a primeira lei estabelece que a taxa na qual a energia cinética potencial interna é carregada para dentro do sistema pelas correntes de entrada mais a taxa na qual a energia entra no sistema na forma de calor menos a taxa na qual a energia é transportada para fora do sistema pelas correntes de saída menos a taxa na qual a energia abandona o sistema na forma de trabalho deve ser igual à taxa de acumulação de energia dentro do sistema FELDER ROUSSEAU 2005 Ou seja entradasaídaacúmulo 2 A evaporação é a operação unitária que consiste em concentrar uma solução pela ebulição do solvente Normalmente suspendese o processo de 3 A 267168 kgh XS1 030 V XS2 0 P XS3 075 concentração antes de o soluto começar a precipitar da solução FOUST et al 1982 Devido à necessidade das plantas industriais de realizarem o dimensionamento dos custos envolvidos na implantação e operação dos equipamentos é de extrema importância a compreensão e a determinação da quantidade de vapor envolvida no processo de evaporação para otimização de custos e desempenho Nesse contexto o presente trabalho tem como objetivo desenvolver os balanços de massa e de energia para o processo de evaporação utilizando os conceitos estudados na disciplina de Processos Químicos Industriais 2 BALANÇO DE MASSA Inicialmente será feito o balanço de massa do processo de evaporação no qual a vazão de alimentação é igual a 267168 kgh a concentração de sólidos inicialmente é de 30 e a concentração final será de 75 O balanço de massa pode ser representado pela Figura 2 Figura 2 Esquema do balanço de massa 11Balanço de massa global do sistema O balanço de massa global é dado por AV P 4 Sendo que A vazão mássica da alimentação V vazão mássica de vapor que sai do evaporador P vazão mássica da solução concentrada produto final Dessa forma temos 267168V P 12Balanço de massa dos sólidos O balanço de massa para os sólidos pode ser escrito como AX S1VXS2PXS3 Sendo que XS1 XS2 XS3 são as frações de sólidos nas respectivas correntes Substituindo os dados da questão encontramos 267168030V0P075 P106867 kgh Retornando ao balanço de massa global temos que V160301 kg h 1603 t h 13Consumo de vapor dos geradores A Figura 3 apresenta o consumo de vapor dos geradores 5 V 160301 kgh HV 26760 kJkg Figura 3 Consumo de vapor dos geradores Notase que a quantidade de vapor gerada na evaporação 1603 th não é suficiente para atender a nenhum dos modelos visto que o consumo de todas as unidades é maior 3 BALANÇO DE ENERGIA Na segunda etapa deste trabalho será realizado o balanço de energia para o evaporador com o objetivo de estimar a quantidade de vapor saturado do Setor de Utilidades W que precisará ser utilizada no processo Para a realização dos cálculos 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 O balanço de energia é esquematizado na Figura 4 6 A 267168 kgh HA 107 kJkg P 106867 kgh HP 1070 kJkg W HW 27060 kJkg W HL 5037 kJkg Figura 4 Esquema do balanço de energia O balanço de energia é dado por AH AWH WVH VPH PWH L Da Tabela de Vapor obtemos as seguintes entalpias 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 valores na equação anterior 267168107W270616030126761068671070W503 7 28586976W2706428965476114347690W5037 W 233722kgh Portanto serão utilizados 233722 kgh de vapor do Setor de Utilidades para o processo de evaporação em questão 4 CONCLUSÃO A partir dos balanços de massa e energia realizados foi possível calcular a quantidade de vapor gerada na evaporação sendo verificado que esta não atende aos modelos de geradores Calculouse também a vazão de vapor saturado proveniente do Setor de Utilidades necessária para o processo igual a 233722 kgh 5 REFERÊNCIAS 7 BRASIL N I Introdução à engenharia química 3 ed Rio de Janeiro Interciência 2013 FELDER R M ROUSSEAU R W Princípios elementares dos processos químicos 3 ed Rio de Janeiro LTC Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda 2005 FOUST A S et al Princípios das operações unitárias Editora Guanabara Dois 2ª Edição 670p1982 8