Conservação de Massa e Energia

Prévia do material em texto

PQI 3103
Conservação de Massa e Energia
Conceituação de processos industriais. 
Fluxogramas de processo
Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados
Research in Advanced Oxidation Processes
Prof. Dr. Antonio Carlos S. C. Teixeira (acscteix@usp.br)
Centro de Engenharia de Sistemas Químicos – Grupo de Pesquisa em
Processos Oxidativos Avançados (AdOx)
Departamento de Engenharia Química – Escola Politécnica da USP
Edifício Semi-Industrial, bloco A, 3o andar
http://sites.usp.br/adox
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
ESTRUTURA E SEQUÊNCIA DO CURSO
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
preparo de café a partir de água e grãos de café torrado
fluxograma do processo de 
preparo 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)
Matérias-
Primas 
estrutura de um processo industrial
Preparação Transformações Acabamento 
Processos de 
Tratamento 
Produtos
Rejeitos 
Efluentes
Reciclos 
exemplo:
processo industrial 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
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
exemplo:
processo industrial de produção de etileno glicol
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 industrial 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:
fluxograma de processo
 
fluxograma de processo de uma área específica
fluxograma de tubulações e instrumentos (P & I)
https://www.youtube.com/watch?v=CclZN11bGmI
https://www.youtube.com/watch?v=spkyw-GbqMY
flowsheet animation