Ministério da EducaçãoUniversidade Tecnológica Federal do Paraná

Balanço Material e Energético de Processos Industriais

Sumário

1. Introdução

2. Revisão das equações de Balanço material

3. Balanço material aplicado a um processo industrial.

Ao final dessa aula o você deverá ser capaz de:

- Escrever um conjunto de balanços materiais para um processo industrial

envolvendo mais de uma unidade;

- Resolver problemas envolvendo várias unidades conectadas sequencialmente.

Balanço Material e Energético em Processos Industriais

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Processo Industrial

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Balanço Material e Energético em Processos Industriais

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Balanço Material e Energético de Processos Industriais

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Lei da conservação de massas Lei de Lavoisier Na natureza nada se cria nada se perde tudo se transforma

Princípio da conservação de energia a energia total associada a um sistema e suas vizinhanças não podem ser criadas e nem destruídas

Presente em qualquer processo industrial.

• Utilizado para checar dados de processos;

• Aferir rendimentos, taxas de conversão;

• Verificar vazamentos e perdas de materiais;

• Especificar uma ou mais correntes de um processo;

• Analisar a capacidade em projetos e em equipamentos;

• Projetar e especificar uma unidade de processamento.

Balanço Material

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Balanço Material

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Entrada + Geração – Saída – Consumo = Acúmulo

sistemado

dentro

sistemado

dentro

sistemado

fronteirasdasatravés

sistemadodentro

sistemado

fronteirasdas

através

dtmdmmmm consumidasgeradae

Ou

Balanço Material

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dtmdmmmm consumidasgeradae

- Aberto com reação química em regime permanente;

0

consumidasgeradae mmmm

- Aberto sem reação química em regime permanente;

0

se mm

- Aberto com reação química em regime transiente;

- Aberto sem reação química em regime transiente;

dtmdmm se

Balanço Material

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dtmdmm consumidagerada

- Fechado sem reação química;

- Fechado com reação química;

0dtmd

Balanço Material em Processos Industriais

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• O balanço de massa representa uma peça fundamental do projeto de equipamentos e torna-se complexo quando tratamos de processos constituídos por diversos equipamentos interligados.

• Esta complexidade aumenta em sistemas

multifásicos, heterogêneos e com reações químicas.

• É necessária uma sistematização das informações disponíveis para que seja possível uma solução clara e objetiva.

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O seguintes passos são recomendados para equacionar um problema envolvendo operações que envolvam balanço de massa em um processo industrial:

1. Desenhe um fluxograma para o processo.

2. Quando várias correntes de processo e várias espécies estão envolvidas no problema, numere as correntes de processo e relacione as espécies envolvidas, denominando as por letras ou pelas suas fórmulas químicas.

3.Escreva os valores e unidades de todas as variáveis de processo conhecidas sobre as linhas de correntes ou separadamente.

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4. Indique sobre as respectivas correntes de processo ou em separado, as variáveis desconhecidas serem calculadas com símbolos algébricos e unidades.

5. Se houver uma mistura de unidades mássicas e molares é conveniente adotar-se uma ou outra para a realização dos cálculos transformando-as (conversão de frações mássicas em molares ou vice-versa).

6. Converta valores de vazão volumétrica em valores correspondentes de vazão mássica ou molar, pois pode haver variação de massa específica e devemos lembrar que os balanços materiais são baseados na “Lei da conservação das massas”, não dos volumes.

Exemplo

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Acetona é usada na fabricação de muitos produtos químicos e também como solvente. Neste último caso, muitas restrições são colocadas na liberação do vapor de acetona para o meio ambiente. Pediram para você projetar um sistema de recuperação de acetona, tendo o fluxograma ilustrado na Figura a seguir. Todas as concentrações de gases e líquidos, ali mostradas, são especificadas em percentagem em peso. Calcule A, F, W, B e D por hora, sabendo que G=1400kg/h.

Exemplo

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Condensador

Água(100%)W(kg)

Ar (99,5%)Água (0,5%)A(kg)

G=1400(kg/h)Água (2%)Acetona(3%)Ar (95%)

Coluna de Absorção

Acetona (19%)ÁguaF (kg)

Coluna de Destilação

Acetona (4%)Água

Acetona (99%)Água

D (kg)

B (kg)

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• Como exercício de fixação fazer a lista de exercícios postada no Moodle;

Referências para estudo.• FELDER, R.M.; Rousseau, R.W. Princípios Elementares dos

Processos Químicos, 3ª ed., Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2005.• HIMMELBLAU,D. M., Engenharia Química. Princípios e

cálculos. Prentice Hall do Brasil. 1982 • GOMIDE, R., Estequiometria Industrial. Edição do autor.

1984