Fundamentos dos Processos Químicos - Aula 7

FUNDAMENTOS DOS PROCESSOS QUÍMICOS Engenharia Química 1S2021 Aula 7 Profª Drª Maristhela Marin email maristhelamarinumcbr AGENDA Fundamentos de balanço material Processos químicos Classificação dos processos químicos Apresentar a equação geral de balanço material Tipos de balanço material Exemplos PROCESSO QUÍMICO Qualquer operação ou conjunto de operações coordenadas que causam uma transformação física ou química em um material ou misturas de materiais com o objetivo de obter um produto final Transformação Física Transformação Química Transformação Física entrada saída Matériaprima Produto s Resíduos Mão de obra Recursos PROCESSO QUÍMICO UNIDADE DE PROCESSO Corrente de entrada Corrente de saída Variáveis P T ρ ሶ𝑚 Observe a representação Definições Volume de Controle VC volume definido que nos interessa para um estudo ou análise particular Superfície de controle SC superfície ou fronteira que envolve o volume de controle É pela superfície que a massa entra e sai do volume de controle CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS Os processos químicos podem ser classificados como Processo em Batelada batch ou Descontínuo Não há transferência de massa através da fronteira do sistema durante o processo apenas energia É característica de sistemas fechados Processo Contínuo Há trocas de massa e de energia através da fronteira do sistema durante todo o tempo de processo É característico de sistemas abertos Processo Semicontínuo Semibatelada Há troca de massa através de apenas uma fronteira entrada ou saída do sistema CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS As operações dos processos químicos podem ser conduzidas em Regime Permanente RP ou Estado Estacionário Não há alteração nos valores das variáveis de processo pressão temperatura composição e propriedades físicas ρ µ com o tempo É característico de processo contínuo Regime Não Permanente RPN ou Variado ou Regime Transiente Há alteração no valor de pelo menos uma das variáveis de processos eou propriedades físicas com o tempo É característicode processos descontínuos ou semicontínuos ANÁLISE DE PROCESSOS QUÍMICOS A análise dos processos químicos tem como objetivo a obtenção de quantidades e propriedades das correntes de produtos a partir de quantidades e propriedades das correntes de alimentação e viceversa em cada uma das etapas e no processo como um todo Para tal devese conhecer as principais variáveis envolvidas nos processos e ter como base as Leis de Conservação de Massa e Energia BALANÇO MATERIAL Um balanço de uma quantidade conservada massa total massa de uma espécie particular energia momento em um sistema pode se escrito na seguinte forma entrada geração saída consumo acúmulo entra através da SC produzido no VC através da SC dentro do VC dentro do VC BALANÇO MATERIAL Exemplo A cada ano 50000 pessoas se mudam para uma cidade 75000 pessoas abandonam a cidade 22000 nascem e 19000 morrem Escreva um balanço da população desta cidade Representando a pessoa por P então entrada geração saída consumo acúmulo 50000 Pano 22000 Pano 75000 Pano 19000 Pano A Pano A 22000 Pano A cada ano a população da cidade diminui em 22000 habitantes BALANÇOS MATERIAIS Podem ser escritos dois tipos de balanço Balanço material diferencial É o tipo de balanço que descreve o que acontece no sistema a cada instante Cada termo da equação representa uma vazão quantidade balanceada dividida por unidade de tempo É o tipo de balanço que se aplica a processos contínuos Balanço material integral É o tipo de balanço que indica o que acontece entre dois instantes de tempo Cada termo da equação representa uma quantidade massa mol volume É característico de processos descontínuos batelada e semicontínuos Exemplo 1 Mil quilogramas por hora de uma mistura de benzeno B e tolueno T contendo 50 em massa de benzeno são separados por destilação em duas frações A vazão mássica de benzeno na corrente de topo é 450 kgh e a de tolueno na corrente de fundo é de 475 kgh A operação se desenvolve em estado estacionário Escreva os balanços do benzeno e do tolueno para calcular as vazões do componente desconhecido nas correntes1 1 Felder RM Rouseeau R W Princípios Elementares dos Processos Químicos 3ª edição Rio de Janeiro LTC 2005 CÁLCULOS DE BALANÇOS MATERIAIS Desenhe um fluxograma para o processo e o rotule Numere as correntes de processo e relacione as espécies envolvidas denominandoas por letras ou pelas suas fórmulas químicas Escreva os valores e unidades de todas as variáveis de processo conhecidas sobre as linhas de correntes ou numa tabela Indique sobre as respectivas correntes de processo ou na tabela as variáveis desconhecidas a serem calculadas com símbolos algébricos e unidades CÁLCULOS DE BALANÇOS MATERIAIS Normalize as dimensões e unidades adotando uma ou outra para a realização dos cálculos transformandoas de acordo com procedimentos já estudados Converta valores de vazão volumétrica em valores correspondentes de vazão mássica ou molar pois os balanços materiais são baseados na Lei da Conservação das Massas não dos volumes Escreva as equações de balanço material total e parcial e as resolva O número de equações deve ser igual ao número de incógnitas