PQI 3221 Cinética Química e Processos AmbientaisProcessos ... 3221 -...

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  • PQI 3221Cintica Qumica e Processos AmbientaisProcessos Ambientais

    www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi3221

  • 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,[email protected]

  • 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