Processos de Separação I Ano Lectivo: 2006/2007 Pág. 1 de 3

Processos de Separação I Docente: Prof. Carlos Manuel Silva Ano Lectivo: 2006/2007

Curso(s): Licenciatura em Engenharia Química

Escolaridade: 3h T - 2h TP - 0h P Unidades de Crédito: 4.5

O B J E C T I V O S

Estudo dos fundamentos físicos, dos principais métodos de modelação matemática e do tipo e forma de funcionamento do equipamento principal de algumas operações unitárias importantes em Engenharia Química, designadamente: destilação contínua e descontínua em colunas de pratos, extracção líquido-líquido em andares e evaporação. Dada a extensão e importância da destilação, antecede-se um capítulo de revisão do equilíbrio líquido-vapor.

M E T O D O L O G I A

Exposição formal dos fundamentos físicos e metodologias de abordagem de problemas, acompanhados de alguns exemplos de aplicação. Deixam-se para estudo individual a resolução de problemas mais complexos que exigem, em muitos casos, suporte informático. Propõem-se exemplos de dimensionamento, onde se aplicam algumas regras heurísticas fundamentais de projecto.

A V A L I A Ç Ã O

i) Exame final ii) Recurso

P R O G R A M A

1 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO - INTRODUÇÃO 1.1 Processos químicos industriais – importância das operações de separação. 1.2 Mecanismos de separação: criação de fase, adição de fase, separação por barreira, separação

por agente sólido e separação por gradiente ou campo externo aplicado. 1.3 Factores importantes na selecção de um processo de separação.

2 REVISÕES DE EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR 2.1 Sistemas ideal e não-ideal. Diagramas Pxy, Txy e de McCabe-Thiele (yx). 2.2 Razões de equilíbrio e volatilidades relativas. Lei de Raoult, lei de Henry, equação básica e

equação geral do equilíbrio líquido-vapor. 2.3 Modelos de coeficientes de actividade para a fase líquida: Margules, Van Laar, Wilson,

NRTL, UNIQUAC, UNIFAC. 2.4 Cálculo de pontos de ebulição e condensação em sistemas multicomponente. 2.5 Câmaras de vaporização flash multicomponente: casos isotérmico-isobárico, adiabático e

fracção de vapor controlada.

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3 DESTILAÇÃO BINÁRIA 3.1 Introdução genérica. Importância da destilação. 3.2 Destilação Contínua.

3.2.1 Hipóteses e descrição do funcionamento das secções de rectificação e de esgotamento de uma coluna de destilação pelo método de McCabe-Thiele: razão de refluxo e razão de ebulição. Linhas operatórias e cálculo do número de andares teóricos.

3.2.2 Secção de alimentação de uma coluna: características operatórias e localização. Linha q ou Linha da Alimentação.

3.2.3 Número mínimo de andares teóricos e refluxo mínimo. Razão de Refluxo óptima e sua relação com os custos fixos e de funcionamento.

3.2.4 Balanço energético à coluna, condensador e reebulidor. Refluxo subarrefecido. 3.2.5 Casos especiais: aquecimento com vapor aberto; múltiplas alimentações/produtos.

3.3 Eficiência de colunas de destilação: eficiências pontual, de prato (Murphree) e global; correlações empíricas e modelos semi-teóricos. Utilização no método gráfico de McCabe-Thiele.

4 DESTILAÇÃO DESCONTÍNUA. 4.1 Introdução. Vantagens da destilação descontínua. 4.2 Destilação simples binária e multicomponente. Evolução de uma destilação simples de

misturas azeotrópicas. 4.3 Equação de Rayleigh. 4.4 Rectificação descontínua. Análise gráfica de Smoker e Rose.

4.4.1 Destilação a refluxo constante. 4.4.2 Destilação a composição de destilado constante. 4.4.3 Equação de Rayleigh generalizada.

5 DESTILAÇÃO MULTICOMPONENTE – MÉTODOS APROXIMADOS.

5.1 Introdução: especificação de uma separação; componentes chave; pressão de operação. 5.2 Correlação de Geddes – distribuição aproximada dos componentes. 5.3 Método de Fenske-Underwood-Gilliland.

5.3.1 Número mínimo de andares - equação de Fenske. Distribuição de componentes a refluxo total.

5.3.2 Razão mínima de refluxo – equação de Underwood. 5.3.3 Número de andares para um refluxo pretendido – Correlação de Gilliland. 5.3.4 Distribuição dos componentes não-chave para refluxo actual. 5.3.5 Localização do andar da alimentação – equação de Kirkbride.

6 EXTRACÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO 6.1 Introdução genérica: importância e exemplos de aplicação. 6.2 Tipos principais de equipamento de extracção líquido-líquido. 6.3 Revisões de equilíbrio líquido-líquido: diagramas ternários; linhas de união ou conjugação;

curva de equilíbrio. 6.4 Extracção Líquido-líquido em correntes cruzadas.

6.4.1 Caso 1: Solvente e diluente totalmente imiscíveis e lei de distribuição não obedecida. Determinação gráfica do número de andares.

6.4.2 Caso 2: Solvente e diluente totalmente imiscíveis e lei de distribuição obedecida. Obtenção da solução analítica para o caso de soluções diluídas. Conceitos de Recuperação e de Factor de Extracção.

6.4.2 Caso 3: Solvente e diluente parcialmente miscíveis. Método gráfico usando diagramas ternários.

6.5 Extracção Líquido-líquido em contracorrente.

6.5.1 Caso 1: Solvente e diluente totalmente imiscíveis e lei de distribuição não obedecida. Linha de operação. Determinação gráfica do número de andares.

6.5.2 Caso 2: Solvente e diluente totalmente imiscíveis e lei de distribuição obedecida. Obtenção da solução analítica para o caso de soluções diluídas: Equação de Kremser.

6.5.3 Caso 3: Solvente e diluente parcialmente miscíveis. Determinação do número de andares: método gráfico de Hunter e Nash. Ponto e linhas de operação.

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6.5.4 Uso de diagramas de Janecke (base sem solvente). 6.6 Utilização de base sem soluto para o caso de solvente e diluente imiscíveis.

7 EVAPORAÇÃO 7.1 Principais tipos de evaporadores. 7.2 Considerações de equilíbrio: diagrama entalpia-composição e Linhas de Dühring

(elevação ebulioscópica). 7.3 Evaporador de efeito simples. Balanços mássicos e entálpico. Economia. 7.4 Evaporadores de efeito múltiplo. Métodos de alimentação, capacidade e economia. 7.5 Projecto de evaporadores de efeito múltiplo. Algoritmo de cálculo.

B I B L I O G R A F I A

• Seader, J. D.; Henley, E. J. Separation Process Principles; John Wiley & Sons: EUA, 1998. � Foust, A.S.; Wenzel, L.A.; Clump, C.W.; Maus, L.; Andersen, L.B. Principles of Unit Operations; 2ª Ed., John Wiley & Sons: EUA, 1980. • Lieberman, N.P.; Lieberman, E.T. A Working Guide to Process Equipment; McGraw-Hill: EUA, 1997.

O Regente da Disciplina