PQI 3103

Conservação de Massa e Energia

Prof. Antonio Carlos S. C. Teixeira

Centro de Engenharia de Sistemas Químicos

Departamento de Engenharia Química – Escola Politécnica da USP

Edifício Semi-Industrial, bloco A, 3o andar

acscteix@usp.br

http://sites.usp.br/adox

http://www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi3103_PQI

Aula 1 (parte 1) – Conceituação de

processos industriais. Fluxogramas de

processo. Variáveis de processo

Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados

Research in Advanced Oxidation Processes

distribuição da carga horária do curso:

Engenharia Química, Poli/USP

OBJETIVOS DO CURSO

1. Aquisição de conceitos sobre variáveis de

processo e balanços de massa e de energia em

processos industriais

2. Aquisição de habilidades na solução de

problemas relacionadas aos balanços de massa e

de energia

Bibliografia

REKLAITIS, G.V. Introduction to Material and Energy Balances. J. Wiley, New

York, 1983. 683p.

FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos

Químicos. Trad. da 3ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005. 604p.

HIMMELBLAU, D.M. RIGGS, J.B. Engenharia Química - Princípios e Cálculos.

Trad. da 7ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2006. 888p.

representações de etapas e de sequências

de etapas de processamento

(operações) etapa 1

etapa 2

etapa n

representações de processos – fluxogramas de processo

exemplo

produção de café a partir de água e grãos de café torrado

fluxograma do processo de

produção de café

a partir de água e grãos de café torrado

aquecer

água

moer os

grãos

água

café

(grãos)

extrair

café

separar

L-S

(filtrar)

líquido:

produto

sólido:

rejeito

etapas

(operações)

conexões

(correntes)

exemplo:

processo de produção de etileno glicol

Etapa 1: eteno (etileno) + oxigênio → óxido de etileno

Etapa 2: óxido de etileno + água → etileno glicol

aditivos para

sistemas de

refrigeração

produção de

poliéster

exemplo:

processo de produção de etileno glicol

Etapa 1: C2H4+ ½ O2 → C2H4O (fase gasosa), catalisada

C2H4+ 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O (reação secundária)

Etapa 2: C2H4O+ H2O → C2H4(OH)2 (fase líquida, transferência de massa)

Condições:

temperatura, pressão, proporção molar C2H4 : O2

Reator 1 Reator 2 C2H4

Ar

C2H4O

H2O

C2H4(OH)2

C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4

gás

alta temperatura

alta pressão

líquido,

temperatura ambiente

pressão ambiente

C2H4(OH)2

H2O, C2H4O, outros

? ?

Reator 1 Reator 2 C2H4

Ar

C2H4O

H2O

C2H4(OH)2

C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4

C2H4(OH)2

H2O, C2H4O, outros

produto

rejeitos recicláveis

Reator 1 Reator 2 C2H4

Ar

C2H4O

H2O

C2H6O2

são necessárias etapas intermediárias com as seguintes funções:

1. Mudança de condição termodinâmica (temperatura, pressão)

2. Separação de componentes das misturas

3. Recuperação ou descarte de alguns componentes

? ?

Reator 1 Reator 2 C2H4

Ar

C2H4O

H2O

C2H6O2

operações unitárias:

1. Trocadores de calor, bombas, compressores, ...

2. Colunas de destilação, absorção, ...

? ?

processo de produção de etileno glicol

processo de produção de etileno glicol

processo de produção de etileno glicol

CRAQUEAMENTOS

DESTILAÇÃO

ATMOSFÉRICA

Tratamentos:

hidrotratamentos

etc

petróleo

cru

produtos pesados:

asfalto, óleos pesados

etc.

frações

pesadas

frações

médias

frações

leves

Tratamentos:

reforma catalítica etc

produtos intermediários:

óleo combustível, diesel,

gasolina, nafta etc.

produtos leves:

solventes, gases

refino de petróleo

exercício – fluxograma de processo

O estireno (C8H8) é produzido a partir da desidrogenação catalítica do etilbenzeno

(C8H10); a reação é conduzida na presença de vapor d’água a fim de eliminar reações

paralelas indesejadas e remover depósitos de carbono da superfície do catalisador

sólido. O fluxograma de uma versão simplificada do processo comercial é

apresentado na figura a seguir, em que: A-trocador de calor (aquecedor); B-mistura de

correntes; C-reator; D-condensador; E-tanque de decantação; F-vaporizador; G-coluna

de destilação. Procure elaborar uma breve descrição da sequência das operações

envolvidas no processo, com base nesse fluxograma.

exercício – fluxograma de processo

Com base nas informações a seguir, elaborar um fluxograma simplificado do processo de

produção de ácido sulfúrico (H2SO4), representando as operações por retângulos e as correntes,

por setas. Identificar claramente as entradas e saídas, as operações e sua sequência. Quando

possível, rotule cada corrente do processo, transcrevendo as informações presentes na descrição:

Adaptado de: Manahan, S.E. Environmental Chemistry, 7th Ed., Lewis Publishers, 2000.

Allen, D.T; Shonnard, D.R. Green Engineering, Prentice Hall, 2002.

estrutura de um processo industrial

fluxograma de processo

fluxograma de processo de uma área específica

fluxograma de processo de uma área específica

fluxograma de tubulações e instrumentos (P & I)

planta de tubulações

desenhos em perspectiva isométrica

escala de laboratório, piloto e industrial

“We’ve got a few problems going from lab

scale to full scale commercial”