O Processo Químico na Indústria

Os parâmetros básicos desse processo devem ser conhecidos.

Uma indústria química, independente do seu porte...

• É uma seqüência de operações unitárias de fenômenos físicos e processos unitários químicos;

• Exige sua concepção através de fluxogramas de vários tipos;

• Necessita de detalhamento no âmbito de seus balanços de massa e energia; e

• Deve focalizar, na sua implementação, aspectos voltados à transferência de calor (economia de energia) e de cinética química (rendimento e seletividade)

Balanço de Massa

• Laboratório – em função da quantidade que se deseja obter de produto, calcula-se a quantidade de matéria-prima. Operação em sistema “fechado”.

Balanço de Massa• Indústria – operação em

sistemas abertos que são aqueles onde ocorrem fluxos de materiais interna e externamente aos diferentes equipamentos. Na indústria aquece-se ou resfria-se não só por exigência operacional mas por fatores econômicos.

Balanço de Massa• O BM pode ser

executado sem o suporte do balanço energético; o contrário não épossível. O BE requer um conhecimento dos fluxos mássicos e de composições de todas as correntes.

Balanço de Massa

• A combinação BM + BE é hoje uma das mais importantes ferramentas utilizadas no scale up de processos e na efetiva avaliação do dia a dia operacional de um processo químico.

Balanço de Massa• EQUAÇÃO DO BALANÇO

MATERIAL– diferenciação entre

processo contínuo e descontínuo (batelada): no processo contínuo reagentes e produtos entram e saem do sistema continuamente.

– fator tempo: diferença fundamental entre contínuo e batelada, que “não inclui o tempo como uma variável”.

Balanço de Massa• EQUAÇÃO DO BALANÇO MATERIAL

– BATELADA: ciclo fechado;– CONTÍNUO: período de tempo que está sendo considerado

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

– se não houver acúmulo:

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

Balanço de Massa• EQUAÇÃO DO

BALANÇO MATERIAL– FRONTEIRA DO

BALANÇO: importância

– No processo contínuo assumir sempre o steady state (em regime) acúmulo = 0; não há variação das propriedades do sistema com o tempo;

Balanço de Massa• TÉCNICAS DE BALANÇO

MATERIAL

– Os elementos básicos do BM, de forma geral, são fundamentalmente os mesmos; dois aspectos fundamentais são necessários:

• massa e composição de todas as correntes; e

• no caso da ocorrência de reação química... Dados sobre essa reação.

Balanço de Massa• ETAPAS DO BALANÇO

DE MASSA– fluxograma simplificado do

processo;– alocação dos dados

básicos disponíveis;– listagem das reações

químicas envolvidas;– seleção de uma base de

cálculo e unidade; e– limites/fronteiras do BM.

Balanço de Massa

LAMA ÚMIDA

H2O = 0,44

SÓLIDOS = 0,56

SECADORH2O = ?

SÓLIDOS = ?

H2O = 73% da quantidade presentena lama úmida

Balanço de Massa

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

Balanço de MassaUma mistura contendo 40% vol. de tolueno

e 60% vol. de benzeno é separada por destilação numa planta de recuperação de solvente. O destilado que constitui a corrente de topo contem 10% mol. tolueno e o produto de fundo contem 0,5% mol. benzeno. A corrente da mistura (3785 L/d) que alimenta a coluna de destilação está a 200C. Quantos litros das correntes de topo e fundo são produzidos por dia?

Balanço de Massa

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% mol. tolueno

REFLUXO

DES

TILA

ÇÃ

O

A fronteira

Balanço de Massa

Um gás contendo 97% vol. metano (CH4) e 3% vol. N2 é queimado num forno com 200% de excesso de ar. 85% do metano vai a CO2, 10% a CO, e 5% não queima. Calcule a composição (%) do gás da chaminé do forno.

Balanço de Massa

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