Prova 1_Eng_do_Meio_Ambiente_2020_2021

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Prova 1 – Engenharia do Meio Ambiente
Professor - Claudinei
Nome -
1) O diagrama de blocos apresentado na Figura 1, representa um esquema de
rotas alternativas de controle e reaproveitamento de uma indústria atuando nos
poluentes atmosféricos gerados durante a combustão na caldeira. Sabe-se que
a caldeira (Bloco 1) opera a T=1200ºC, os gases saem com vazões maiores
que 106 m3/hora e utiliza carvão como combustível (teor S >2%). Responda os
itens (a) e (b) baseado no diagrama.
a) A partir do Bloco 1, defina a melhor rota econômica e eficiente (A, B ou C) e
explique sua escolha detalhadamente (escreva todas as reações químicas
quando houver).
Rota B,pois a utilização do ciclone garante um rendimento de até 95%,combinado com o
uso de um filtro, o qual garante um rendimento de até 99%,seria a melhor combinação
para o controle de poluentes,além de ser a de menor custo comparado às outras rotas.
*Acho que é a rota A, pq quanto são altas temperaturas o prof diz que só sai
particulado pequeno < que 10 micra, entao nao tem a necessidade de por um ciclone
antes e o PE aguenta altas temperaturas e altas vazões ( tempo 1:14:00 da aula 2 ein)
De acordo com o gabarito do professor de 2017, aparentemente pode ser tanto a rota A
quanto a B, desde que justificado corretamente.
b) A empresa precisou mudar a temperatura de operação da caldeira (bloco1) para
400ºC e irá substituir o combustível com baixo teor de enxofre (S=1,0%). A rota
será a mesma escolhida no item a) ? Explique sua escolha detalhadamente
(escreva todas as reações químicas quando houver)
*Entre a rota B e a C, tendendo mais pra C pq, como a temperatura baixou,
significa que vai ser preciso o uso de ciclone já que vai haver partículas
maiores, mas o filtro ele não aguenta vazões elevadas e nem temperaturas
elevadas ( 120 graus C), e apesar de o ciclone diminuir a vazão e a
temperatura, não acho que seja tanto assim. Além disso o carvão é um
combustível sujo, então ao queimar ele gera mttt particulado, além de mt Nox e
Sox, então o PE seria uma boa. E tb tem o role que o custo de implementação
do filtro é barato, mas a manutenção é cara, já o PE o investimento é beem
alto, mas a eficiência é bem melhor e o custo de manutenção é bem mais
barato que o do filtro.
Sobre o teor de enxofre nessa questão acho que faria diferença se tivesse
opção de SCR ou SNRC, mas como n tem acho q tanto faz???? sincerament
seii lah
2) Uma Indústria de vidro utiliza as rotas de controle da poluição do ar descritas na
Figura 2. No ponto (A) existe um trocador de calor e a temperatura diminui
para 400ºC. Sabe-se que a temperatura dos gases que saem da caldeira é de
1800ºC. Responda os itens (a), (b) e (c) baseado na Figura 2.
Figura 2 – Esquema de tratamento e abatimento de poluentes.
a) Quais são os poluentes abatidos/controlados nos pontos (1), (2) e (3).
Explique os processos e equipamentos se ocorrerem. Sabe-se que no
ponto (1) o reagente empregado possui cerca de 90% de cal hidratada
seca.
O processo que ocorre no ponto 1 é o de Flue Gas Desulfurization(FGD).O processo
começa na etapa 1 de absorção (SO 2 + H 2O -> H2 SO 3),seguindo para a etapa 2 de
dissolução(CaO + H2O -> Ca (OH )2),seguindo para a etapa 3 de neutralização (Ca (OH
)2 + H 2 SO 3 -> CaSO 3 + 2H 2O),seguindo para a etapa 4 de oxidação(CaSO3 + 1/2O ->
CaSO4) e como ultima etapa é a de cristalização(CaSO 3+H 2->CaSO3.H 2O , CaSO 4 +
2H 2O -> CaSO 4.2H 2O).
No ponto 2 da figura é área do coletor seco,onde está um precipitador eletrostático,que
pode ter diferentes estágios e campos elétricos para aumentar a eficiência de coleta de
partículas nos gases provenientes das etapas anteriores.
No ponto 3,ocorre o processo de redução catalítica seletiva,possui uma eficiência de 80%
a 90%, realiza a redução do NOx até N2 por injeção de amônia com a utilização de
catalisadores(TiO2, WO3,, V2O5,MoO3),a partir das reações :
b) Caso no ponto (A) não ocorresse a redução de temperatura para 400ºC, você
alteraria o tratamento do ponto (3)? Explique e justifique sua resposta. c) A
caldeira opera com uma relação de ar/combustível de 25,0. Qual tipo de NOx é
formado e como poderia resolver este problema? Explique e justifique sua
resposta.
Sim,pois o processo no ponto 3 não seria mais efetivo,o que poderia acarretar em
problemas futuros.Logo,no caso de temperaturas maiores ao longo do processo seria
necessário a implementação do processo de redução seletiva não catalítica(SNCR),que
funciona em temperaturas entre 800 e 1000 graus,no qual ocorre a redução do NOx até
N2 por injeção de amônia sem a utilização de catalisadores.Entretanto ele não possui
uma eficiência tão grande(40 a 60%) quanto à eficiência do SCR.
c)É formado o NOx Térmico,pois tal proporção de ar/combustível,define uma mistura
pobre em combustível(Completar resposta)
3) Uma unidade de Controle e Reaproveitamento de poluentes atmosféricos foi
instalada em uma siderúrgica. O processo empregado é o SNOX que consiste
em controlar NOx e reaproveitar SOx. A planta opera em altas temperaturas e
altas vazões com teor de enxofre de aproximadamente 5%. O processo é
apresentado a seguir (SNOX process for combined treatment of NOx and SOx)
na Figura 3:
Figura 3 – Esquema de tratamento SNOX.
Responda:
a) Explique e justifique qual equipamento você escolheria no item 3 da planta.
Precipitador eletrostático - explicar operação em altas temperaturas e vazões e remoção
de PIs (acho que podem ter outras opções)
b) Caso a indústria resolva reaproveitar o SOx para produção de gesso, explique e discuta
as mudanças que serão necessárias na planta. Coloque as reações químicas envolvidas
na sua escolha se houverem.
Introdução de lavador pra fazer o FGD úmido
equações:
● Absorção: 𝑆𝑂
2
+ 𝐻
2
𝑂 ↔ 𝐻
2
𝑆𝑂
3
● Neutralização: 𝐶𝑎𝐶𝑂
3
+ 𝐻
2
𝑆𝑂
3
→ 𝐶𝑎𝑆𝑂
3
+ 𝐶𝑂
2
+ 𝐻
2
𝑂
● Oxidação: 𝐶𝑎𝑆𝑂
3
+ 12 𝑂 2 → 𝐶𝑎𝑆𝑂 4
● Cristalização:𝐶𝑎𝑆𝑂
4
+ 2𝐻
2
𝑂 → 𝐶𝑎𝑆𝑂
4
. 2𝐻
2
𝑂
c) Considerando que a indústria não queira reaproveitar o SOx, quais
mudanças nos processos e equipamentos serão necessário? Explique e
discuta detalhadamente suas escolhas.
Ao invés de usar o FGD úmido, pode usar o FGD seco. Aí fala dos custos e tal
4) Existem diversos processos regenerativos e não-regenerativos sendo utilizados
nas industrias. Um processo bastante difundido no mundo é o processo de
Wellman-Lord. Este processo é o regenerativo mais bem estabelecido que
utiliza uma solução aquosa de sulfito de sódio como solvente. O diagrama
deste processo é apresentado na Figura 4 a seguir:
Responda:
a) Está faltando um equipamento de controle na planta, qual seria e
aonde? Explique e justifique sua resposta.
Um coletor seco (PE ou Filtro Manga) para controle de PI e deve ser
empregado antes de (1) para fazer o pré-tratamento do gás,
removendo o MP, ao entrar em (2). (Fala que se não remover gera
lodo em 2 tbm)
b) Compare este processo com o FGD úmido. Discuta seus pontos de
vista técnico e econômico sobre a mudança na escolha do processo.
Ambos tem o SO2 como um dos seus subprodutos, mas pode ser
empregado para fins diferentes.
Processo de Wellman-Lord: Sulfito de cálcio como reagente e seu
retorno no ciclo de recuperação de SO2. Também não tem resíduo
descartável, não gerando passivo ambiental. Tudo isso reduz custo.
FGD úmido: alto consumo de reagentes (que não voltam pro
processo) e água, além disso gera SO3. Processo com alto custo.
Figura 4 – Esquema de tratamento utilizando o processo de Wellman-Lord.
5) Uma indústria apresentou alguns problemas ambientais relacionados a poluição
do ar e um Engenheiro Ambiental foi chamado para resolver.
a) O órgão ambiental verificou após a realização do monitoramento da qualidade do
ar que a concentração de ozônio está acima da legislação. Explique, baseado nas
aulas, quais procedimentos experimentais você faria para diminuir a concentração
de ozônio na atmosfera.
O O3 é um poluente secundário formado em uma atmosfera com COVs e NOx
logo é preciso abater/controlar esses poluentes.Alguns procedimentos são:
● Controle de COVs por lavador;
● Medidas indiretas pra NOx (na caldeira): manter a relação
Ar/Combustível em 14,7 e uso de combustíveis com menor teor de S;
● Medidas diretas pra NOx (na caldeira): DENOx e SNCR.
b) Outro problema verificado pelo órgão ambiental é que as fumaças que saem da
chaminé (Plumas) estão retornando para o próprio polo industrial e a comunidade
ao redor.
Baseado na Figura 5 a seguir, explique qual o fenômeno está ocorrendo neste local
e provocando este efeito.
Projeção errada da chaminé causa a inversão térmica. Lançamento de gás
quente acima de uma camada de ar frio, com isso o ar não circula e retorna
fumaça pro solo.
Figura 5 – Emissões de poluentes (Plumas) saindo pela chaminé de uma indústria.