Balanço de Balanço de Massa e EnergiaMassa e Energia

Professor: Diógenes Ganghis

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Conteúdo Programático & Bibliografia

Balanço Material– Balanços totais;– Balanços parciais;– Balanços com reação

química; Balanço de Energia

– Trocadores de Calor– Processos com reações

químicas Equilíbrio Líquido Vapor

– Lei de Antoine– Lei de Raoult– Lei de Henry

Processos de Combustão Compostos de Enxofre Indústrias do Petróleo e

Petroquímicas. Sais minerais

Estequiometria Industrial - Reynaldo Gomide

Engenharia Química Princípios e Cálculos - David M. Himmeblau.

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Processos Industriais

Complicados problemas industriais são resolvidos pela aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química, e de sua aplicação depende o SUCESSO da solução obtida.

As técnicas de aplicação dos princípios básicos para resolver problemas de processo, e de operações unitárias, constituem, em seu conjunto, a ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL.

A variedade de princípios colocados à disposição para resolução dos problemas de estequiometria industrial é muito grande, eles se dividem em:– balanços materiais;– balanços de energia;– reações de equilíbrio;– equações de velocidade de equilíbrio.

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Balanços Materiais

Lei da conservação da massa:“A massa de um sistema fechado permanece

constante durante os processos que nele ocorrem.”

Torna-se possível calcular a quantidade dos produtos obtidos, a partir das quantidades dos reagentes inicialmente adicionados ao sistema, desde que suas fórmulas químicas sejam conhecidas e bem como as reações que ocorrem durante o processo.

SistemaMASSA

QUEENTRA

MASSA QUESAI

ACÚMULO

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A Técnica dos Balanços Materiais

Imaginar o o que está ocorrendo no sistema, CONHECER O PROCESSO, é o primeiro passo para a resolução de um problema.

Esquematizar o processos num FLUXOGRAMA simplificado, onde ilustre apenas as correntes que intervém no casos específico. Todos os os dados importantes disponíveis deverão ser colocados diretamente no fluxograma, dentre eles:vazões, composições, pressão, temperatura.

ESTUDAR O FLUXOGRAMA E OS DADOS de modo a relacionar mentalmente as diversas correntes do processo e as quantidades das diversas substâncias que compõe estas correntes.

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A Técnica dos Balanços Materiais

Escolher a BASE DE CÁLCULO apropriada e indicá-la com clareza e destaque.– Base de cálculo é a quantidade

arbitrária de reagentes ou produtos em relação à qual se referem todos os cálculos efetuados.

Selecionar o SISTEMA em torno do qual serão feitos os balanços.

Realizar os balanços, obtendo em resultado um número suficiente de equações que permita resolver o sistema, ou seja, o Nº DE EQUAÇÕES SEJA IGUAL AO Nº DE INCÓGNITAS.

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Fluxograma

Col

una

de D

esti

laçã

o Água deRefrigeração

Condensador

Refervedor

Vapor deAquecimento

Resíduo (W)

Destilado (D)

Alimentação(F)

Sistema ISistema II

Sistema III

h

kmolV

X

X

X

F

F

F

F

C

B

A

100

%23

%45

%22

h

kmolV

X

X

D

D

D

B

A

70

%5

%95

h

kmolV

X

X

D

W

W

B

C

30

%40

%60

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Tanque de Armazenamento

Um tanque de armazenamento de água quente destinada a lavar lama de carbonato, numa instalação de recuperação de soda do processo sulfato para produção de celulose, recebe água de várias fontes. Num dia de operação, 240m3 de condensado da fábrica são enviados para este tanque, 80m3 de água quente contendo pequena quantidade de hidróxido de cálcio e soda cáustica vêm do lavador de lama e 130m³ são provenientes do filtro rotativo. Durante esse mesmo período, 300m³ são retirados para usos diversos, 5m³ e são perdidos por evaporação e 1m³ por vazamentos. A capacidade do tanque é de 500m³ e, no início do dia, está com líquido até a sua metade. Quanta água haverá no tanque no fim do dia?

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Tanque de Armazenamento

Condensado 240m³

Sol. Lavador 80m³

Filt. rotativo 130m³

Vazamento 1m³

Consumo diverso 300m³

Evaporação 5m³

Sistema

acúmulomm saientra

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Produção de Gás Cloro

A saída de um unidade produtora de soda ´caustica, analisa-se uma certa quantidade de gás cloro, constatando-se que o mesmo está misturado com 1,6 % (molar) de O2. Em certo

ponto da linha que transporta o gás cloro, injeta-se 10 g de O2 durante 5 min e 33 seg... qual a

produção da unidade se à saída da linha, nova análise mostra que, após a injeção de oxigênio, a porcentagem molar deste gás atingiu 3,6 %.

Cl2

O2

1,6% de O2 3,6% de O2

10 g de O2 em 5 min e 33 seg..

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Produção de Gás Cloro

1,6% de O2 3,6% de O2

10 g de O2 em 5 min e 33 seg.

Sistema

22

22

22

22

ClO

ClClmolar

ClO

OOmolar

saientra

nn

nx

nn

nx

PM

mn

acúmulomm

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Licor Ácido

O licor ácido resultante de um processo de nitração contém 23% de ácido nítrico e 57% de ácido sulfúrico. Este licor deve ser concentrado para conter 27% de ácido nítrico e 605 de ácido sulfúrico, em peso, pela adição de H2SO4 a 93% e H2NO3 a 90%. Calcular o peso

do licor inicial e dos ácidos concentrados que devem ser misturados para obter 1000 kg de mistura final concentrada.

333333

333333

424242

424242

332211

321

332211

321

321

***

***

:

:

NOHNOHNOH

NOHNOHNOH

SOHSOHSOH

SOHSOHSOH

XmXmXm

mmm

XmXmXm

mmm

ParcialBalanço

mmmTotalBalanço

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Licor Ácido

Condição Inicial Condição Final

%23

%571

1

33

42

NOH

SOH

X

X

%27

%603

3

33

42

NOH

SOH

X

X

%932

42SOHX %902

33NOHX

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Separação por Membrana

As membranas representam uma tecnologia relativamente nova na separação de gases. Uma aplicação que tem chamado atenção é a separação de nitrogênio e oxigênio do ar. A figura ao lado ilustra uma membrana nanoporosa, que é feita pela colocação de uma camada muito fina de polímero sobre uma camada de suporte porosa de grafite. Qual a composição da corrente de resíduos se esta totaliza 80% da quantidade que entra?

Escoamento

Alta Pressão Baixa Pressão

Entrada Saída

Corrente de Resíduos

Membrana

O2 N2

2

2

%79

%21

Nde

Ode

2

2

%75

%25

Nde

Ode