Atividade Pratica Balanco de Massa e Energia em Processos Quimicos 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 CADERNO DE EXERCÍCIOS PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS AULAS 16 Prof Dr Marcos Baroncini Proença EXERCÍCIOS AULAS 16 DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS CONVERSA INICIAL Neste caderno de exercícios serão apresentados exercícios resolvidos e postados exercícios propostos visando uma maior sedimentação dos conteúdos abordados nas Aulas 1 a 6 da Rota de Estudos Trataremos tanto dos conceitos da Disciplina de forma aplicada quanto de conhecimentos básicos necessários as resoluções dos exercícios conceitos esses que embora não façam parte da disciplina já forma vistos nas disciplinas anteriores do Curso A proposta será sempre de apresentar exercícios resolvidos passo a passo e depois propor a resolução de exercícios de sedimentação de conhecimento Com isso acreditamos estar complementando o Material da Rota de Estudo visando melhorar o desempenho do discente no que concerne ao aprendizado do conteúdo e a aplicação de conceitos AULA 1 FUNDAMENTOS DE PROCESSOS QUÍMICOS INDUSTRIAIS E BALANÇO DE MASSA Exercícios resolvidos 1 Um processo químico industrial pode ser representado de três formas representação isométrica representação por fluxograma de processos e representação por diagrama de blocos Abaixo são apresentadas figuras destas representações e as características de cada uma Ligue a representação com a característica Como ficará o resultado Resolução comentada esse exercício trata de uma aplicação direta de conceito e identificação de representação de processos químicos industriais Portanto Como resultado das ligações ficará A3 B1 e C2 2 Para o diagrama de blocos representado abaixo identificar as correntes de entrada e de saída para cada equipamento Resolução comentada esse exercício trata de uma aplicação direta da identificação de correntes de entrada e saída em um diagrama de blocos Portanto Conforme a tabela abaixo as correntes de entrada e saída dos equipamentos serão Equipamentos Correntes de Entrada Correntes de Saída 1 AB CD 2 D EF 3 F GH É interessante observar como no caso das correntes D e F que uma corrente pode ser considerada como de entrada ou como de saída em função do volume de controle 3 Um evaporador de simples efeito operando em regime permanente é usado para concentrar uma solução aquosa ácido acético de 40 até 60 de sólidos por meio da evaporação do solvente Para uma alimentação de 500 Lh de solução e sabendo que no Topo sairá apenas vapor do solvente xV 1 desenvolver o balanço de massa deste evaporador Resolução comentada esse exercício trata de balanço de massa para um volume de controle em regime permanente Este balanço será feito usando o Balanço Global e o Balanço de Massa para os sólidos Portanto primeiro se deve complementar as informações das frações mássicas de líquido e de sólido depois será feito o balanço de massa para identificação da vazão mássica de fundo e por último será feito o balanço global para se determinar a vazão mássica de topo Assim Volume de Controle xL xS Solução Diluída 04 Solução Concentrada 06 Vapor do Solvente 1 00 Balanço de Massa QSD xS QV xS QSC xS 500 04 QV 00 QSC 06 QSC 33333 Lh Balanço Global QSD QV QSC 500 QV 33333 QV 16667 Lh 4 Um misturador recebe duas soluções com concentrações diferentes de sólidos A solução A de vazão mássica 200kgmin entra com concentração de 40 de sólidos e a solução B de vazão mássica 320kgmin entra com concentração de 60 de sólidos Considerando este misturador como sendo de regime permanente determinar a vazão da solução C de saída do misturador e a concentração de sólidos nela Resolução comentada esse exercício trata de balanço de massa para um volume de controle em regime permanente Este balanço será feito usando o Balanço Global e depois o Balanço de Massa para os sólidos Portanto primeiro será obtida a vazão mássica de C pelo Balanço Global Posteriormente será obtida a concentração de sólidos em C pelo Balanço de Massa Assim Balanço Global ṁA ṁB ṁC 200 320 ṁC ṁC 520 kgmin Balanço de Massa ṁA xSA ṁB xSB ṁC xSC 200 04 320 06 520 xSC 𝒙𝑺𝑪 𝟖𝟎 𝟏𝟗𝟐 𝟓𝟐𝟎 𝒙𝑺𝑪 𝟎 𝟓𝟐 O produto C sairá do reator com uma vazão volumétrica de 520 kgmin e uma concentração de sólidos de 52 5 A carga de uma coluna de destilação é uma mistura de benzeno e tolueno com teor em quantidade de matéria de benzeno de 50 Desejase recuperar 80 de benzeno no destilado o que deve corresponder a um teor em quantidade de matéria de benzeno de 822 Para uma produção de 1000 kgmolh de benzeno na corrente de destilado calcule as vazões molares das três correntes de processo Resolução comentada esse exercício trata de balanço de massa para um volume de controle em regime permanente A base de cálculo nesse caso é a vazão molar de benzeno no destilado que corresponde a 925 da corrente D A resolução do problema deve ser iniciada pela corrente de destilado 𝑥𝑏𝐷𝐷 1000 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙d 𝐷 1000 0925 108108 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙𝑑 A vazão molar total da corrente D é igual a 1081 kgmold sendo 1000 kgmold de benzeno e 81 kgmold de tolueno O benzeno recuperado no destilado corresponde a 90 do benzeno total presente na carga da coluna de destilação Podese expressar matematicamente essa relação como 𝑥𝑏𝐷𝐷 090 𝑥𝑏𝐹 𝐹 1000 090040 𝐹 𝐹 277778 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙𝑑 Agora podese escrever o balanço de massa global e o balanço de massa para o benzeno a fim de determinar os valores de vazão molar e composição da corrente W 𝐹 𝐷 𝑊 𝑊 277778 108108 169670 𝑘𝑔𝑚𝑜𝑙𝑑 𝑥𝑏𝐹 𝐹 𝑥𝑏𝐷𝐷 𝑥𝑏𝑊𝑊 040277778 0925108108 𝑥𝑏𝑊 169670 𝑥𝑏𝑊 0065 𝑥𝑡𝑊 0935 Exercícios propostos 1 Um processo químico industrial pode ser representado de três formas representação isométrica representação por fluxograma de processos e representação por diagrama de blocos Identificar o tipo de representação da figura abaixo e descrever as suas características Resposta Fluxograma de processos Características conforme exercício resolvido 1 2 Um processo químico industrial pode ser representado de três formas representação isométrica representação por fluxograma de processos e representação por diagrama de blocos Identificar o tipo de representação da figura abaixo e descrever as suas características Resposta Diagrama de blocos Características conforme exercício resolvido 1 3 Para o diagrama de blocos representado abaixo identificar as correntes de entrada e de saída para cada equipamento Resposta Equipamentos Correntes de Entrada Correntes de Saída 1 AB C 2 D GH 3 GE I 4 I JK 4 Para o diagrama de blocos representado abaixo identificar as correntes de entrada e de saída para cada equipamento Resposta Equipamentos Correntes de Entrada Correntes de Saída I 16 23 II 4 68 III 5 79 5 Um evaporador de simples efeito operando em regime permanente é usado para concentrar uma solução aquosa de suco de maracujá de 25 até 45 de sólidos por meio da evaporação do solvente Para vazão de fundo de 432 m3h de solução concentrada e sabendo que no Topo sairá apenas vapor do solvente xV 1 desenvolver o balanço de massa deste evaporador Resposta ṁE 7776 m3h e ṁV 3456 m3h 6 Um evaporador de simples efeito operando em regime permanente é usado para concentrar uma solução aquosa de sopa de 30 até 78 de sólidos por meio da evaporação do solvente Para vazão de entrada de 432 m3h de sopa e sabendo que no Topo sairá apenas vapor do solvente xLV 1 desenvolver o balanço de massa deste evaporador Resposta ṁF 16615 m3h e ṁV 26585 m3h 7 Um misturador recebe duas soluções com concentrações diferentes de sólidos A solução A de vazão mássica 231 kgmin entra com concentração de 48 Qual a vazão mássica e concentração que a solução B deve ter para garantir um produto final C com vazão de 498 kgmin e uma concentração de 60 Resposta ṁB 267 kgmin e xB 070 8 Um misturador recebe duas soluções com concentrações diferentes de sólidos A solução A de vazão mássica 97 kgmin entra com concentração de 31 A solução B de vazão mássica 48 kgmin entra com concentração de 25 Qual a vazão mássica e concentração que a solução C de saída do misturador Resposta ṁC 145 kgmin e xC 029 9 A carga de uma coluna de destilação é uma mistura de benzeno e tolueno com teor em quantidade de matéria de benzeno de 50 Desejase recuperar 80 de benzeno no destilado o que deve corresponder a um teor em quantidade de matéria de benzeno de 822 Para uma produção de 1000 kgmolh de benzeno na corrente de destilado calcule as vazões molares das três correntes de processo Resposta D 121654 kgkgmol A 2500 kgmolkg F 128346 kgmolkg xbf 0195 xtf 0805 10 A carga de uma coluna de destilação é uma mistura de etanol e água com teor igual na composição da alimentação Desejase recuperar 75 de etanol no destilado o que deve corresponder a um teor em quantidade de matéria de etanol neste destilado igual a 85 Para uma alimentação de 2200 kgh calcule as vazões do Destilado e do produto de fundo mais a composição deste produto de fundo Resposta ṁEtOH 825kgh D 97059kgh F 122941kgh xEtOH 022 xH2O 078 AULA 2 FUNDAMENTOS DE BALANÇO DE ENERGIA Exercícios resolvidos 1 Na tabela de vapor saturado abaixo quais as condições de temperatura e pressão que levarão o vapor saturado ter um volume específico igual a 43400cm3g Para estas condições que valores de Energia Interna Entalpia e Entropia terá Resolução comentada esse exercício trata da leitura direta da Tabela de Vapor Portanto primeiro procede a identificação da temperatura e a pressão para o volume específico solicitado Posteriormente lê diretamente da tabela os valores de Energia Livre Entalpia e Entropia pedidos Assim para Ѵ 43400 cm3kg As condições de temperatura e pressão serão T 29815K e p 3166kPa Os valores de Energia Interna Entalpia e Entropia serão U 24099kJkg H 25473kJkg e S 85592kJkg K 2 Determinar a pressão e o volume ocupado por 1000 kg de água no estado líquido saturado em um tanque rígido sabendo que a temperatura da água é mantida a 60C Resolução comentada esse exercício trata do uso da Tabela de Vapor para determinação de propriedades físicas da água Portanto primeiro é necessário identificar a temperatura na qual serão obtidas as propriedades da água Depois serão levantados os valores das propriedades nesta temperatura para que a partir deles sejam obtidas as propriedades para a massa de água especificada Assim Para uma temperatura 60C A pressão lida diretamente da tabela é de 02 bar para 1 kg de água Não há volume na tabela Assim deve ser obtido em função de outra propriedade No caso a propriedade será o volume específico pois relaciona o volume com a massa Na tabela o vL x 103 10172 m3kg Então vL 10172 x 103 m3kg Desta forma para 1 kg de água o volume será de 10172 x 103 m3 Para 1000kg teremos o seguinte 1 kg 02 bar 1000 kg p 𝑝 1000 02 1 𝑝 200 𝑏𝑎𝑟 1 kg 10172 x 103 m3 1000 kg vL 𝑣𝐿 1000 10172𝑥103 1 𝑣𝐿 10172 𝑚3 3 Determinar a vazão de vapor necessária em um evaporador para produção de suco concentrado sabendo que nele é alimentada uma solução com 30 de sólidos a 25C com vazão mássica de 6kgs É sabido também que o vapor de aquecimento do evaporador entra como vapor saturado e sai como líquido saturado É condição do processo que saia do evaporador como corrente de topo vapor com 100 de fração líquida e como produto de fundo um suco de com 60 de sólidos Também é condição de processo que a corrente de alimentação se divida 61 no produto de topo e 39 no de fundo Demais dados se encontram no diagrama de bloco do evaporador abaixo Resolução comentada esse exercício trata de um balanço de energia através do qual se obterá a vazão de vapor necessária para a concentração do suco concentrado no evaporador Portanto Será aplicada a expressão que tem como premissa que a energia que entra é igual a energia que sai do equipamento Assim A HA W HW V HV P HP W HL 6 107 W 26856 366 28653 234 10432 W 444 642 W 26856 10487 2441 W 444 W 26856 444 10487 2441 642 W 12286 22416 548 kgs Exercícios propostos 1 Na tabela de vapor saturado abaixo quais as condições de temperatura e pressão que levarão o vapor saturado ter uma entalpia de líquido saturado igual a 1131kJkg Para estas condições que valores de Energia Interna Entalpia e Volume específico de vapor saturado terá Resposta T30015K p3564kPa U1131kJkg H25509kJkg Ѵ 38810cm3kg 2 Determinar a pressão e o volume ocupado por 500 kg de água no estado líquido saturado em um tanque rígido sabendo que a temperatura da água é mantida a 415C Resposta p 40bar V050m3 3 Determinar a vazão de vapor necessária em um evaporador para produção de suco concentrado sabendo que nele é alimentada uma solução com 20 de sólidos a 25C com vazão mássica de 120kgmin É sabido também que o vapor de aquecimento do evaporador entra como vapor saturado e sai como líquido saturado É condição do processo que saia do evaporador como corrente de topo vapor com 100 de fração líquida e como produto de fundo um suco de com 45 de sólidos Demais dados se encontram no diagrama de bloco do evaporador abaixo A temperatura de ebulição é de 120 C Resposta V 6667 kgmin P 3333 kgmin W 8955 kgmin Aula 3 Operações Unitárias Exercícios resolvidos 1 Determinar as vazões em um sistema de evaporadores múltiplos cuja finalidade é concentrar uma solução com 15 de sólidos até 56 de sólidos Também determinar a vazão de vapor da caldeira que será usado para aquecer a solução do primeiro evaporador Os dados são fornecidos no Diagrama de Blocos abaixo Resolução comentada esse exercício trata de um balanço de massa e de energia através do qual se obterá a vazão de vapor necessária na serpentina para a concentração do suco concentrado no evaporador mais as vazões de produtos concentrados e de vapor de água gerados em cada evaporador da planta de evaporação por múltiplos efeitos Portanto No primeiro sistema serão aplicadas as expressões de balanço de massa para determinação das vazões de vapor gerado e produto concentrado bem como será aplicada a expressão de balanço de energia para determinar o fluxo de vapor na serpentina No segundo apenas o balanço de massa Assim Balanço de massa Sistema 1 A V P A xSA V xSV P xSP 250 015 V 0 P 027 P 1389 kgmin 250 V 1389 V 1111 kgmin Balanço de energia Sistema 1 A HA W HW V HV P HP W HL 250 205 W 27144 1111 26972 1389 238 W 5292 51250 W 27144 2996589 330582 W 5292 W 271454 5292 2996589 330582 51250 W 2814671 21853 1288 kgmin Balanço de massa Sistema 2 P V1 P1 P xSP V1 xSV1 P1 xSP1 1389 027 V 0 P1 046 P1 8152 kgmin 1389 V 8153 V1 5737 kgmin 2 Sabendo que um secador é alimentado com 1000 kgh de lodo úmido contendo 20 de água determinar as vazões de vapor e de produto seco sabendo que o produto final conterá 4 de umidade Determinar também a porcentagem de água retirada do lodo Resolução comentada esse exercício trata de um balanço de massa através do qual se obterão as vazões de vapor de vapor e de produto de fundo produzidos Depois bastará fazer a relação entre a quantidade de água retirada como vapor e a quantidade de água presente no sólido úmido para obter a porcentagem de água retirada Portanto Serão aplicadas as expressões de balanço de massa para determinação das vazões de vapor gerado e produto concentrado O quociente entre o vapor gerado e a massa de água de entrada no lodo fornecerá a porcentagem de água retirada do sólido Assim L xsL V xSV P xSP L V P 1000 08 V 0 P 096 P 83333 kgh 1000 V 83333 V 16667 kgh 𝐻2𝑂 𝑉 𝐿𝑥𝐿𝐿 𝐻2𝑂 16667 1000 02 083 83 3 Determinar a alimentação de um secador sabendo que madeira com 18 de umidade é alimentada e a produção deve ser de 3 tonmês de madeira seca O secador tem capacidade média de retirar 75 de água Determinar também a umidade da madeira seca Resolução comentada esse exercício trata de um balanço de massa e a relação entre a quantidade de água retirada como vapor e a quantidade de água presente no sólido úmido para obter através de sistemas de equação a alimentação Depois usaria o balanço de massa em função da fase líquida para obter a umidade na madeira seca Assim me V ms V me 3 𝐻2𝑂 𝑟𝑒𝑡 𝑉 𝑚𝑒 𝑥𝑙𝑒 075 𝑚𝑒 3 𝑚𝑒 018 me 018 075 me 3 me 0135 me 3 me 0135 me 3 me 0135 1 3 me 0865 3 me 3 0865 me 347 ton me V ms 347 V 3 V 047 ton me xLe V xLV ms xLS 347 018 047 1 3 xLs xLS 005 Aula 5 Fundamentos de Instrumentação e Controle Exercícios resolvidos 1 Determinar a pressão absoluta para um manômetro instalado em um vaso de pressão que mede um valor de pressão de 3 bar sabendo que a pressão atmosférica local é 1 atm Resolução comentada esse exercício trata da aplicação direta do conceito de pressão absoluta e sua relação com a pressão manométrica e atmosférica pabs patm pman Portanto basta aplicar a expressão levando em conta que todas as pressões devem estar na mesma unidade e que pressões acima da atmosférica são pressões positivas e pressões abaixo da atmosférica vácuo são negativas Assim pabs patm pman pabs 1 3 102 406 atm 2 Determinar a pressão absoluta para um manômetro instalado em um vaso de pressão que mede um vácuo de 25 x 105 Pa sabendo que a pressão atmosférica local é 1 atm Resolução comentada esse exercício trata da aplicação direta do conceito de pressão absoluta e sua relação com a pressão manométrica e atmosférica pabs patm pman Portanto basta aplicar a expressão levando em conta que todas as pressões devem estar na mesma unidade e que pressões acima da atmosférica são pressões positivas e pressões abaixo da atmosférica vácuo são negativas Assim pabs patm pman pabs 1 25 x 105 102 x 105 155 atm 3 Determinar o ganho para o medidor de temperatura em função do gráfico abaixo sabendo que se trata de um transmissor de 35mA até 35mA e que o 35mA está ajustado para 25C com alcance de 225C Resolução comentada esse exercício da determinação do ganho de sinal em função da temperatura que é obtido pela semelhança de triângulos Portanto por semelhança de triângulos teremos o ganho determinado pela divisão da variação do sinal em mA pela variação de temperatura em C Assim KM 3535 25025 014 mA 𝐶 UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença como parte da avaliação da Disciplina de Processos Químicos Industriais TADSON DE AQUINO ROCHA SALVADOR BAHIA 30 DE SETEMBRO DE 2022 SUMÁRIO RESUMO I 1 INTRODUÇÃO 1 2 BALANÇO DE MASSA 2 21 Representação e cálculos 3 22 Análise do vapor gerado4 3 BALANÇO DE ENERGIA 5 31 Representação e cálculos 6 i RESUMO A análise de processos químicos industriais através do balanço de massa é fundamental para o desenvolvimento de um novo processo ou até mesmo para verifi car a eficiência de um processo já existente Nessa prática temse como objetivo fazer o balanço de massa de um evaporador realizar a análise referente ao vapor gerado e o balanço de energia Palavraschave Processos Químicos Industriais Balanço de Massa Balanço de Energia 1 1 INTRODUÇÃO O conjunto de operações em coordenação que levam a transformações físicas eou químicas em uma matéria prima visando a produção de determinado produto em escala comercial é denominado processo químico industrial A produção de açúcar e álcool são exemplos de processos químicos industriais onde a mesma matéria prima canadeaçúcar se transforma em açúcar e através da fermentação em álcool O balanço de massa descreve o fluxo de massa de um processo relacionando a massa de entrada e a massa de saída e se baseia no principio de conservação das massas de Lavoisier Assim temse que 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎 Já o balanço de energia descreve o fluxo e transformação da energia de um pro cesso Ele se baseia na 1ª lei da termodinâmica onde a energia total transferida para um sistema é igual à variação da energia interna 𝑈 𝑄 𝑊 2 2 BALANÇO DE MASSA Utilizando o número do RU determinouse que a vazão de alimentação terá o valor dos seis primeiros números a concentração de sólidos na alimentação terá o valor da soma dos seis primeiros números e a concentração final será de 75 Como o número do RU é 2085385 temos que a vazão de alimentação é 208538 kgh e a concentração de sólidos na alimentação é 26 3 21 REPRESENTAÇÃO E CÁLCULO Figura 1 Representação do processo químico 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 𝑔𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑉𝑧 𝑃 𝑉 Onde Vz vazão P produto final com maior concentração de sólido e V é o vapor gerado 𝑄 á𝑔𝑢𝑎 𝑉 074 𝑃 025 𝑉 𝑄 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑉 026 𝑃 075 𝑃 208538 026 075 𝑃 722931733 𝑘𝑔 ℎ 𝑉 208538 074 722931733 025 𝑉 𝑉 15431812 1807329333 𝑉 1362448267 𝑘𝑔ℎ 4 22 ANÁLISE DO VAPOR GERADO Encontrando V 134245 kgh temos que o consumo de vapor necessário para os geradores é de 134245 th Comparando com os valores da tabela 1 temse que o vapor gerado não é suficiente para atender as necessidades dos geradores de 30 MW 5 3 BALANÇO DE ENERGIA Para o balanço de energia utilizamos a seguinte equação geral 𝐴 𝐻𝐴 𝑊 𝐻𝑤 𝑉 𝐻𝑣 𝑃 𝐻𝑝 𝑊 𝐻𝐿 Onde A é a Vazão P é o Produto Gerado V é o Vapor Gerado HA é a entalpia da solução de entrada HP é a entalpia do produto a temperatura da solução de alimen tação é de 25C a temperatura de trabalho do evaporador é de 100 C a temperatura do vapor gerado é de 100C e a temperatura do vapor do setor de utilidades é de 120C HW é a entalpia de vapor saturado para a temperatura do vapor do setor de utilidades HV é a entalpia de vapor saturado para a temperatura do vapor gerado e HL a entalpia de líquido saturado para a temperatura do vapor do setor de utilidades Temos HA 107 kJkg HP 1070 kJkg HW HV e HL encontrados na tabela F1 6 31 REPRESENTAÇÃO E CÁLCULOS Fazendo o balanço de energia temos 208538 107 𝑊 27060 1362448267 26760 722931733 1070 𝑊 5037 22313566 2706𝑊 4419448517 5037𝑊 4419225381 22023𝑊 𝑊 2006640958 𝑘𝑔 ℎ UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Trabalho orientado pelo Professor Marcos Baroncini Proença como parte da avaliação da Disciplina de Processos Químicos Industriais TADSON DE AQUINO ROCHA SALVADOR BAHIA 30 DE SETEMBRO DE 2022 SUMÁRIO RESUMOI 1 INTRODUÇÃO1 2 BALANÇO DE MASSA2 21 REPRESENTAÇÃO E CÁLCULO3 22 ANÁLISE DO VAPOR GERADO3 3 BALANÇO DE ENERGIA5 31 REPRESENTAÇÃO E CÁLCULOS6 RESUMO A análise de processos químicos industriais através do balanço de massa é fundamental para o desenvolvimento de um novo processo ou até mesmo para verificar a eficiência de um processo já existente Nessa prática temse como objetivo fazer o balanço de massa de um evaporador realizar a análise referente ao vapor gerado e o balanço de energia Palavraschave Processos Químicos Industriais Balanço de Massa Balanço de Energia i 1 INTRODUÇÃO O conjunto de operações em coordenação que levam a transformações físicas eou químicas em uma matéria prima visando a produção de determinado produto em escala comercial é denominado processo químico industrial A produção de açúcar e álcool são exemplos de processos químicos industriais onde a mesma matéria prima canadeaçúcar se transforma em açúcar e através da fermentação em álcool O balanço de massa descreve o fluxo de massa de um processo relacionando a massa de entrada e a massa de saída e se baseia no principio de conservação das massas de Lavoisier Assim temse que massadeentrada massade saída Já o balanço de energia descreve o fluxo e transformação da energia de um processo Ele se baseia na 1ª lei da termodinâmica onde a energia total transferida para um sistema é igual à variação da energia interna U QW 1 2 BALANÇO DE MASSA Utilizando o número do RU determinouse que a vazão de alimentação terá o valor dos seis primeiros números a concentração de sólidos na alimentação terá o valor da soma dos seis primeiros números e a concentração final será de 75 Como o número do RU é 2085385 temos que a vazão de alimentação é 208538 kgh e a concentração de sólidos na alimentação é 26 2 21 REPRESENTAÇÃO E CÁLCULO Figura 1 Representação do processo químico massadeentrada massade saída Equação geralVzPV Onde Vz vazão P produto final com maior concentração de sólido e V é o vapor gerado Q águaV074P025V Q sólidoV026P075 P208538026 075 P722931733 kg h V208538074722931733025V V154318 121807329333V1362448267 kgh 22 ANÁLISE DO VAPOR GERADO Encontrando V 134245 kgh temos que o consumo de vapor necessário para os geradores é de 134245 th Comparando com os valores da tabela 1 temse que o vapor gerado não é suficiente para atender as necessidades dos geradores de 30 MW 3 Tabela 1 Consumo de vapor para Turbo geradores de 30 MW Vapor Vivo Pressão kgfcm² x Temp vapor C Unid 21320 45450 45480 65480 70480 Entalpia vapor vivo kcalkg 7323 7937 8102 8045 8031 Eficiência termodinâmica 740 872 931 825 815 Pressão vapor escape kgfcm² 18 18 18 18 18 Temp vapor escape C 1423 1422 1426 1426 1422 Entalpia vapor escape kcalkg 6559 6559 6561 6561 6559 Consumo especifico de vapor kgVkW 121 664 594 616 621 Consumo de vapor th 3630 1992 1782 1848 1863 3 BALANÇO DE ENERGIA Para o balanço de energia utilizamos a seguinte equação geral A H AW H wV H vPH pW H L Onde A é a Vazão P é o Produto Gerado V é o Vapor Gerado HA é a entalpia da solução de entrada HP é a entalpia do produto a temperatura da solução de alimentação é de 25C a temperatura de trabalho do evaporador é de 100 C a temperatura do vapor gerado é de 100C e a temperatura do vapor do setor de utilidades é de 120C HW é a entalpia de vapor saturado para a temperatura do vapor do setor de utilidades HV é a entalpia de vapor saturado para a temperatura do vapor gerado e HL a entalpia de líquido saturado para a temperatura do vapor do setor de utilidades Temos HA 107 kJkg HP 1070 kJkg HW HV e HL encontrados na tabela F1 5 31 REPRESENTAÇÃO E CÁLCULOS Fazendo o balanço de energia temos 6 208538107W270601362448267267607229317331070W 5037 223135662706W 44194485175037W441922538122023W W 2006640958 kg h 7