ARQ_3_QI

O Processo QuO Processo Quíímico mico

O conhecimento dos parâmetros O conhecimento dos parâmetros bbáásicos do processo devem ser sicos do processo devem ser

conhecidos.conhecidos.

Uma indUma indúústria qustria quíímica, mica, independente do seu porte...independente do seu porte...•• ÉÉ uma sequma seqüüência de operaência de operaçções unitões unitáárias de fenômenos rias de fenômenos

ffíísicos e processos unitsicos e processos unitáários qurios quíímicos;micos;

•• Exige sua concepExige sua concepçção atravão atravéés de fluxogramas de vs de fluxogramas de váários rios tipos;tipos;

•• Necessita de detalhamento no âmbito de seus balanNecessita de detalhamento no âmbito de seus balançços os de massa e energia; ede massa e energia; e

•• Deve focalizar, na sua implementaDeve focalizar, na sua implementaçção, aspectos voltados ão, aspectos voltados àà transferência de calor (economia de energia) e de transferência de calor (economia de energia) e de cincinéética qutica quíímica (rendimento e seletividade)mica (rendimento e seletividade)

BalanBalançço de Massao de Massa

•• LaboratLaboratóório rio –– em em funfunçção da quantidade ão da quantidade que se deseja obter que se deseja obter de produto, calculade produto, calcula--se se a quantidade de a quantidade de matmatéériaria--prima. prima. OperaOperaçção em sistema ão em sistema ““fechadofechado””..


•• IndIndúústria stria –– operaoperaçção em ão em sistemas abertos que são sistemas abertos que são aqueles onde ocorrem aqueles onde ocorrem fluxos de materiais fluxos de materiais interna e externamente interna e externamente aos diferentes aos diferentes equipamentos. Na equipamentos. Na indindúústria aquecestria aquece--se ou se ou resfriaresfria--se não sse não sóó por por exigência operacional exigência operacional mas por fatores mas por fatores econômicos.econômicos.


•• O BM pode ser O BM pode ser executado sem o executado sem o suporte do balansuporte do balançço o energenergéético; o tico; o contrcontráário não rio não ééposspossíível. O BE requer vel. O BE requer um conhecimento dos um conhecimento dos fluxos mfluxos máássicos e de ssicos e de composicomposiçções de todas ões de todas as correntes.as correntes.


•• A combinaA combinaçção BM + ão BM + BE BE éé hoje uma das hoje uma das mais importantes mais importantes ferramentas utilizadas ferramentas utilizadas no no scale upscale up de de processos e na efetiva processos e na efetiva avaliaavaliaçção do dia a dia ão do dia a dia operacional de um operacional de um processo quprocesso quíímico.mico.


•• EQUAEQUAÇÇÃO DO BALANÃO DO BALANÇÇO O MATERIALMATERIAL–– diferenciadiferenciaçção entre ão entre

processo contprocesso contíínuo e nuo e descontdescontíínuo (batelada): no nuo (batelada): no processo contprocesso contíínuo nuo reagentes e produtos reagentes e produtos entram e saem do sistema entram e saem do sistema continuamente.continuamente.

–– fator tempo: diferenfator tempo: diferençça a fundamental entre contfundamental entre contíínuo nuo e batelada, que e batelada, que ““não inclui não inclui o tempo como uma o tempo como uma varivariáávelvel””..


•• EQUAEQUAÇÇÃO DO BALANÃO DO BALANÇÇO MATERIALO MATERIAL–– BATELADA: ciclo fechado;BATELADA: ciclo fechado;–– CONTCONTÍÍNUO: perNUO: perííodo de tempo que estodo de tempo que estáá sendo consideradosendo considerado

•• [AC[ACÚÚMULO TOTAL] = [MASSA TOTAL QUE ENTRA] MULO TOTAL] = [MASSA TOTAL QUE ENTRA] ––[MASSA TOTAL QUE SAI][MASSA TOTAL QUE SAI]

–– se não houver acse não houver acúúmulo:mulo:

•• [MASSA TOTAL QUE ENTRA] = [MASSA TOTAL QUE SAI][MASSA TOTAL QUE ENTRA] = [MASSA TOTAL QUE SAI]


•• EQUAEQUAÇÇÃO DO ÃO DO BALANBALANÇÇO MATERIALO MATERIAL–– FRONTEIRA DO FRONTEIRA DO

BALANBALANÇÇO: importânciaO: importância–– No processo contNo processo contíínuo nuo

assumir sempre o assumir sempre o steady statesteady state (em (em regime) regime) acacúúmulo = mulo = 0; não h0; não háá variavariaçção das ão das propriedades do propriedades do sistema com o tempo;sistema com o tempo;


•• TTÉÉCNICAS DE BALANCNICAS DE BALANÇÇO O MATERIALMATERIAL

–– Os elementos bOs elementos báásicos do sicos do BM, de forma geral, são BM, de forma geral, são fundamentalmente os fundamentalmente os mesmos; dois aspectos mesmos; dois aspectos fundamentais são fundamentais são necessnecessáários:rios:

•• massa e composimassa e composiçção de todas ão de todas as correntes; eas correntes; e

•• no caso da ocorrência de no caso da ocorrência de reareaçção quão quíímica... Dados mica... Dados sobre essa reasobre essa reaçção.ão.


•• ETAPAS DO BALANETAPAS DO BALANÇÇO DE O DE MASSAMASSA–– fluxograma simplificado do fluxograma simplificado do

processo;processo;–– alocaalocaçção dos dados ão dos dados

bbáásicos disponsicos disponííveis;veis;–– listagem das realistagem das reaçções ões

ququíímicas envolvidas;micas envolvidas;–– seleseleçção de uma base de ão de uma base de

ccáálculo e unidade; elculo e unidade; e–– limites/fronteiras do BM.limites/fronteiras do BM.


LAMA ÚMIDA

H2O = 0,44

SÓLIDOS = 0,56

SECADORH2O = ?

SÓLIDOS = ?

H2O = 73% da quantidade presentena lama úmida


COMBUSTÍVEL

CH4 = 97 MOL.

N2 = 3 MOL.

FORNO

EXAUSTÃOCO2 = ?CO = ?H2O = ?CH4 = ?N2 = ?O2 = ?

AR = 200% em excesso

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

CH4 + 3/2 O2 CO + 2H2O


Uma mistura contendo 40% vol. de tolueno Uma mistura contendo 40% vol. de tolueno e 60% vol. de benzeno e 60% vol. de benzeno éé separada por separada por destiladestilaçção numa planta de recuperaão numa planta de recuperaçção ão de solvente. O destilado que constitui a de solvente. O destilado que constitui a corrente de topo contem 10% mol. corrente de topo contem 10% mol. tolueno e o produto de fundo contem tolueno e o produto de fundo contem 0,5% mol. benzeno. A corrente da 0,5% mol. benzeno. A corrente da mistura (3785 L/d) que alimenta a coluna mistura (3785 L/d) que alimenta a coluna de destilade destilaçção estão estáá a 20a 2000C. Quantos litros C. Quantos litros das correntes de topo e fundo são das correntes de topo e fundo são produzidos por dia? produzidos por dia?


CORRENTE A

3.785 L/dia

40% vol. tolueno

60% vol. benzeno

CORRENTE D

10% mol. tolueno

90% mol. benzeno

CORRENTE F

0,5% mol. benzeno

99,5% mo. tolueno

REFLUXO

DES

TILA

ÇÃ

O

A fronteira


Um gUm gáás contendo 97% vol. s contendo 97% vol. metano (CHmetano (CH44) e 3% vol. N) e 3% vol. N2 2 éé queimado num forno com queimado num forno com 200% de excesso de ar. 200% de excesso de ar. 85% do metano vai a CO85% do metano vai a CO22, , 10% a CO, e 5% não 10% a CO, e 5% não queima. Calcule a queima. Calcule a composicomposiçção (%) do gão (%) do gáás da s da chaminchaminéé do forno.do forno.


COMBUSTÍVEL

CH4 = 97 MOL.

N2 = 3 MOL.

FORNO

EXAUSTÃOCO2 = ?CO = ?H2O = ?CH4 = ?N2 = ?O2 = ?

AR = 200% em excesso

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

CH4 + 3/2 O2 CO + 2H2O


•• ProduProduçção de NaHCOão de NaHCO33–– Os dados de uma planta de Os dados de uma planta de

produproduçção de NaHCOão de NaHCO33(s(sóólido cristalino) são lido cristalino) são apresentados no diagrama, apresentados no diagrama, cuja corrente de cuja corrente de alimentaalimentaçção constituião constitui--se de se de uma soluuma soluçção contendo ão contendo 15% de NaHCO15% de NaHCO3. 3. Calcule a Calcule a taxa (Kg/h) com que Htaxa (Kg/h) com que H22O O ééremovida do sistema e a removida do sistema e a produproduçção de bicarbonato ão de bicarbonato de sde sóódio (Kg/h). dio (Kg/h).


cristalizador

evaporador

NaHCO3 (CRISTAIS)com 2% H2O

Reciclo = 30%Solução saturada contendo 11,1g NaHCO3 / 100g H2O

1000Kg/h de uma solução com 15% NaHCO3

H2O

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