PQI 3221Cintica Qumica e Processos AmbientaisProcessos Ambientais

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objetivos do curso

1. Despertar habilidades que permitam tratar problemas da Engenhariap q p p gAmbiental a partir de uma abordagem de processos, considerando aanlise dos fenmenos neles envolvidos;

2. Desenvolver a capacidade de generalizao na aplicao dosconceitos de conservao de massa e cintica qumica aprocessos qumicos e ambientais;processos qumicos e ambientais;

3. Estabelecer estruturas que permitam construir modelost ti i l d i d d li d b l dmatemticos simples, derivados da aplicao de balanos de massa

e do uso de equaes empricas, visando propor solues de fundotecnolgico que resultem em benefcios sociedade sem nussignificativos ao meio ambiente.

1o bloco fundamentos, variveis de processoe balanos de massa sem reaes qumicasem estado estacionrio

Aula Data Assunto Referncias BibliogrficasAula Data Assunto Referncias Bibliogrficas

1 24/2 (tera-feira) Apresentao do curso. Introduo. Conceitos de sistema, fronteira e vizinhana. Fluxogramas de processos. Sistemas abertos e fechados. Sistemas contnuos e

descontnuos. Regimes estacionrio e transiente

Felder, cap. 4Himmelblau, cap. 6

2 27/2 (sexta-feira) Variveis de processo. Sistemas de unidades e converso de unidades. Base de clculo Felder, caps. 2 e 3Himmelblau caps 1 4Himmelblau, caps. 1-4

3 3/3 (tera-feira) Variveis de processo. Sistemas de unidades e converso de unidades. Base de clculo Felder, caps. 2 e 3Himmelblau, caps. 1-4

4 6/3 (sexta-feira) Exerccios

5 10/3 (tera-feira) Balanos de massa: formulao geral. Conceito de anlise de graus de liberdade. Balanos de massa sem reao qumica em unidades simples

Felder, cap. 4Himmelblau caps 6 e 8de massa sem reao qumica em unidades simples Himmelblau, caps. 6 e 8

6 13/3 (sexta-feira) Exerccios

7 17/3 (tera-feira) Balanos de massa sem reao qumica em sistemas de interesse. Processos com mltiplas unidades. Reciclo e by-pass

Felder, cap. 4Himmelblau, caps. 11 e 12

8 20/3 (sexta-feira) Exerccios

9 24/3 (tera-feira) Balanos de massa sem reao qumica em sistemas de interesse. Processos com mltiplas unidades. Reciclo e by-pass

Felder, cap. 4Himmelblau, caps. 11 e 12

10 27/3 (sexta-feira) Exerccios

- 31/3 (tera-feira) Semana Santa no h aula3/4 ( t f i ) S S t h l- 3/4 (sexta-feira) Semana Santa no h aula

- 7/4 (tera-feira) semana de provas no h aula10/4 (sexta-feira) PROVA P1 (10h00-12h00)

2o bloco balanos de massa transientes semreaes, balanos com reaes qumicas emreaes, balanos com reaes qumicas emestado estacionrio e cintica qumica

Aula Data Assunto Referncias Bibliogrficas

11 14/4 (tera-feira) Balanos de massa em processos transientes: exemplos Felder, cap. 11Himmelblau, cap. 32

12 17/4 (sexta-feira) Balanos de massa em processos com reaes qumicas. Estequiometria. Reagente em excesso e reagente limitante

Felder, cap. 4Himmelblau, cap. 9

- 21/4 (tera-feira) feriado (Tiradentes)

13 24/4 (sexta-feira) Exerccios

14 28/4 (tera-feira) Cintica qumica. Ordem de reao Fogler, cap. 5

- 1/5 (sexta-feira) feriado (Dia do Trabalhador)

15 5/5 (tera-feira) Cintica qumica. Ordem de reao Fogler, Cap. 5

16 8/5 (sexta-feira) Balanos de massa com reao qumica em sistemas e operaes de interesse Felder, cap. 4Himmelblau cap 10Himmelblau, cap. 10

17 12/5 (tera-feira) Exerccios

18 13/5 (quarta-feira) Exerccios (reposio de 1/5)

15/5 (sexta-feira) PROVA P2 (10h00-12h00)

3o bloco aplicaes: sistemas gasosos,combusto, processos microbiolgicos ecombusto, processos microbiolgicos eadsoro

Aula Data Assunto Referncias BibliogrficasAula Data Assunto Referncias Bibliogrficas

19 22/5 (sexta-feira) Combusto: sistemas gasosos, propriedades fsico-qumicas, combusto completa e parcial, ar terico e em excesso

Felder, cap. 4Himmelblau, cap. 10

20 26/5 (tera-feira) Combusto: balanos de massa, caldeiras e emisses gasosas Felder, cap. 4Hi lbl 10Himmelblau, cap. 10

21 29/5 (sexta-feira) Exerccios

22 2/6 (tera-feira) Sistemas microbiolgicos: cintica de processos microbiolgicos Schmidell, cap.6Fogler, cap.7

- 5/6 (sexta-feira) recesso de feriado (Corpus Christi) no h aula

23 9/6 (tera-feira) Sistemas microbiolgicos: balanos de massa em biorreatores (descontnuos e contnuos), aplicaes em tratamento de efluentes

Schmidell, cap.6Fogler, cap.7

24 12/6 (sexta-feira) Exerccios

25 16/6 (tera-feira) Adsoro: introduo, aspectos cinticos, isotermas de adsoro Himmelblau, cap. 20.Reynolds, cap.12.

26 19/6 (sexta-feira) Adsoro: materiais adsorventes, aplicaes ambientais Himmelblau, cap. 20.Reynolds, cap.12

A combinar Exerccios

- 23/6 (tera-feira) semana de provas no h aula

- 26/6 (sexta-feira) PROVA P3 (10h00-12h00)

- 30/6 (tera-feira) semana de provas no h aula

- 3/7 (sexta-feira) PROVA SUB (10h00-12h00)

- 24/7 (sexta-feira) PROVA REC (10h00-12h00)

bibliografia

FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princpios Elementares dos ProcessosQumicos. Trad. da 3. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005.

FOGLER, H.S. Elements of Chemical Reaction Engineering, 2nd ed., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1992, 3rd. ed., 1999, 4th ed., 2006. H edies emportugus (tradues da 3 e 4a edies).p g ( )

HIMMELBLAU, D.M.; RIGGS, J.B. Engenharia Qumica Princpios e Clculos.Tradues da 7. Ed. (2006) e da 8 Ed. (2014). Editora LTC, Rio de Janeiro.

REYNOLDS, T.D. Unit Operations and Processes in Enviromental Engineering.2nd ed., PWS Publishing Company, Boston, 1996.

SCHMIDELL, W.; LIMA, U.A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W. BiotecnologiaIndustrial, volume 2 Engenharia Bioqumica, Edgard Blucher, So Paulo, 2001.

PQI 3221Cintica Qumica e Processos QAmbientaisAula 1 Fundamentos Sistemas RegimesAula 1 Fundamentos. Sistemas. Regimes de operao. Fluxogramas de processos

Prof. Antonio Carlos S. C. TeixeiraProf. Antonio Carlos S. C. TeixeiraCentro de Engenharia de Sistemas QumicosDepartamento de Engenharia Qumica Escola Politcnica da USPEdifcio Semi-Industrial, 3o andar,acscteix@usp.br

trocas de matria e energia no ambientetrocas de matria e energia no ambiente

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

VaporVaporgua

N2

AR

H2

N2

Nafta

NH3CO2CO

S

NH3

S

Efluente lquidoInsumos lquido

EnergiaInsumos

AuxiliaresEfluentes

trocas de matria no ambiente: ciclo global de enxofretrocas de matria no ambiente: ciclo global de enxofre

quantidades ilhem milhes

de toneladas mtricas/ano

H2S

(CH ) S(CH3)2S

SO2SOSO3SO42-

HSO -HSO4

P

=

S

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

t d t i bi t h idtrocas de matria no ambiente: chuva cida

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

possveis inquietaes associadas ao problema...

Q t t l d t i d t d 2% d f Quantas toneladas mtricas de carvo contendo 2% de enxofre sonecessrias para produzir a quantidade de SO2 emitido pela queima decombustveis fsseis (em termos de enxofre elementar), mostrada na figura?

Que quantidade de carvo contendo 5% de enxofre precisa ser queimada paragerar a quantidade de H2SO4 que resulte em 30 mm de chuva de pH 3,0 emuma rea de 50 km2?

Que quantidade de Ca(OH)2 por tonelada de carvo queimado necessria emq ( )2 p qum processo projetado para remoo de 99% do SO2 presente no gs dacombusto? Que quantidade de rejeito por tonelada de carvo gerada nesseprocesso?

trocas de matria no ambiente:trocas de matria no ambiente: contaminao por poluentes txicos

Adaptado de: Watts, R.J. Hazardous Wastes, John Wiley & Sons, 1997; Allen, D.T; Shonnard, D.R. Green Engineering, Prentice Hall, 2002.

Fonte: Frade, V.M.F., Dias, M., Teixeira, A.C.S.C, Palma, M.S.A. Environmental contamination by fluoroquinolones. Braz. J. Pharm. Sci., 50, 41, 2014.

t i l i it f d t iterminologia e conceitos fundamentais

SISTEMA: quantidade de matria ou parte restrita do universo, arbitrariamente

lhid id escolhida, em considerao

VIZINHANAS: resto do universo tudo oVIZINHANAS: resto do universo, tudo o que est do lado de fora da fronteira do sistema

FRONTEIRA: limite que separa o sistemaFRONTEIRA: limite que separa o sistema das vizinhanas, real ou imaginrio, rgido ou mvel

t i l i it f d t iterminologia e conceitos fundamentais

SISTEMA ABERTO: com escoamento; h entrada e/ou sada de matria. Permite t d i i htrocas de massa com as vizinhanas, acompanhadas ou no por trocas de calor e/ou trabalho

SISTEMA FECHADO: sem escoamento; no h entrada e nem sada de matria. No permite trocas de massa com as vizinhanas, embora possam ocorrer trocas de calor e/ou trabalho

fronteira rgida e fronteira mvelfronteira rgida e fronteira mveltanques de estocagem caldeira para gerao de vapor

Adaptado de: Watts, R.J. Hazardous Wastes, John Wiley & Sons, 1997.

macroscpico microscpico molecularmacroscpico microscpico molecular

fonte original: cova rasa contendo 20 tambores de 55 gales de leo diesel; 1000 kg (em base seca) de pesados (l d ) d l d d til 1 2% PAH ( l li(lodo) de coluna de destilao com 1-2% PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons); 10 tambores de 55 gales contendo xilenos. A maioria dos tambores rompeu-se e os resduos vazaram; a maior parte do lodo ainda est presente na superfcie e algum lquido resta nos tambores.

superfcie do solo (at 1 m): 5000 mg/kg