Balanco de massa e energia

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<p>CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS</p><p>CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA</p><p>PROJETO DE FÁBRICA DE SABÃO EM BARRA</p><p>ATRAVÉS DE ÓLEO UTILIZADO EM FRITURA</p><p>Allykson Rocha Guerra</p><p>Belmira Juliana Do Nascimento</p><p>Damaris De Souza Folgado</p><p>Jeferson Martins dos Reis</p><p>Kharoeny Emilia ​Silva De Oliveira</p><p>Rayane Cristina Silveira Silva Bahia</p><p>Coronel Fabriciano</p><p>2018</p><p>3 BALANÇO DE MASSA E ENERGIA</p><p>Kg/BAT</p><p>Matéria prima</p><p>Óleo sujo 2138,4</p><p>H​2​O 2392,8</p><p>NaClO 222</p><p>NaOH 283,0613</p><p>Produtos</p><p>fabricados</p><p>Sabão 2168,9905</p><p>Glicerina 217,2673</p><p>Resíduos dos</p><p>processos</p><p>H​2​O, NaClO,</p><p>Sólidos</p><p>particulados</p><p>2636,7064</p><p>Balanço de massa</p><p>Reator 1: reator de purificação.</p><p>Não ocorre reação</p><p>Base de cálculo:</p><p>Capacidade do reator: 6000 L</p><p>Volume inicial óleo (a): 2400 L</p><p>Volume inicial de H​2​O (b): 2400 L</p><p>Volume inicial de NaClO (c): 200 L</p><p>Entrada inicial total: 5000 L</p><p>Margem de segurança 1000L</p><p>Regime de operação: Batelada</p><p>Cálculo das frações de entrada:</p><p>● Óleo:</p><p>● H​2​O:</p><p>● NaClO:</p><p>No reator 1 não há saída de resíduos (W= 0)</p><p>F: Alimentação de</p><p>entrada</p><p>W: Saída de resíduo</p><p>P: Saída de produto</p><p>F= W + P</p><p>F= 0 + P</p><p>F= P</p><p>A vazão de entrada é igual a vazão de saída</p><p>Decantador:</p><p>Operação em regime batelada</p><p>Os valores de frações e saída foram arbitrados para fins de cálculos. A</p><p>corrente A é composta por óleo e sólidos resultante do processo de fritura, no</p><p>decantador parte desses sólidos são retirados.</p><p>Balanço de massa (W)</p><p>F= 5000 L</p><p>P= 2368 L</p><p>F= W + P</p><p>5000 = W + 2368</p><p>W= 2614 L</p><p>Por componente em W</p><p>● Componente A:</p><p>● Componente B:</p><p>● Componente C:</p><p>Vazão volumétrica de resíduos (W):</p><p>Componente A: 30,688 L/BAT</p><p>Componente B: 2390,32 L/BAT</p><p>Componente C: 192,94 L/BAT</p><p>Filtro:</p><p>Operação em regime batelada</p><p>Os valores de frações e saída foram arbitrados para fins de cálculos.</p><p>Balanço de massa (W)</p><p>F= 2386 L</p><p>P= 2374,5 L</p><p>F= W + P</p><p>2386 = W + 2374,5</p><p>W= 11,5 L</p><p>Por componente em W</p><p>● Componente A:</p><p>● Componente B:</p><p>● Componente C:</p><p>Vazão volumétrica de resíduos (W):</p><p>Componente A: 1,2086 L/BAT</p><p>Componente B: 3,9640 L/BAT</p><p>Componente C: 6,3261 L/BAT</p><p>Tanque reservatório:</p><p>No tanque reservatório não há saída de resíduos (W= 0)</p><p>F= W + P</p><p>F= 0 + P</p><p>F= P</p><p>Reator 02 e 03:</p><p>Reator com reação química</p><p>Regime de operação semicontinua</p><p>Regime de trabalho: 12 horas</p><p>Reação de saponificação</p><p>Óleo ou gordura + 3NaOH ​→ ​3Sabão + Glicerina</p><p>Assumindo que a composição do óleo seja C​57​H​113​O​6​, devido à presença</p><p>da cadeia “R” que pode variar a quantidade de carbonos.</p><p>C​57​H​113​O​6 ​+ 3NaOH ​→ ​3C​17​H​35​COONa + C​3​H​8​O​3</p><p>Convertendo de litro de óleo para mols</p><p>Base de cálculos:</p><p>Entrada de óleo: 2368,08</p><p>Convertendo para m​3​:</p><p>M= ρ x V</p><p>M= 2109,959 de óleo</p><p>MM​óleo​= 894,355 g/mol</p><p>Números de mols de óleo na entrada do reator:</p><p>N= 2359,196</p><p>Número de mols de NaOH necessários:</p><p>C​57​H​113​O​6​ : 3NaOH</p><p>1 : 3</p><p>N​NaOH​= 3</p><p>N​NaOH​= 3 x 2359,196</p><p>N​NaOH​= 7077,588</p><p>Convertendo para massa:</p><p>MM​NaOH​= 39,995</p><p>M​NaOH​= N​NaOH​ x MM​NaOH</p><p>M​NaOH​= 77077,588 x 39,995</p><p>M​NaOH​= 283068,13 = 283,068</p><p>Balanço atômico:</p><p>Para o C:</p><p>134,474 x 10​3​ mols de C = 18N​1​ + 3N​1</p><p>N​1​ = 6,4035 x 10​3​ mols de C</p><p>Convertendo para massa</p><p>M​1C​ = 6,4035 x 10​3 ​mols de C x 0,01201</p><p>M​1C​ = 76,906</p><p>Para o H:</p><p>252,4334 x 10​3​ mols de H = 35N​2​ + 8N​2</p><p>N​2 ​= 5,8705 x 10​4​ mols H</p><p>Convertendo para massa:</p><p>M​2​ = 5,8705x10​4​ x 1,007x10​-3​</p><p>M​2​ = 59, 1155</p><p>Para o O:</p><p>21,2322 x 10​3​ mols de O = 2N​3​ + 3N​3</p><p>N​3​ = 4,2464 x 10​3​ mols de O</p><p>Convertendo para massa:</p><p>M​3​ = 4,2464x10​3​ x 1,5999x10​-2​</p><p>M​3​ = 67,938</p><p>Para o Na:</p><p>7077,044 mols de Na = N​4</p><p>Convertendo para massa:</p><p>M​4​ = 7077,044 x 2,29897x10​-2​</p><p>M​4​ = 162,7</p><p>Mols do sabão produzidos: 7077,588</p><p>Transformando para massa:</p><p>M​sabão​ = N​sabão​ x MM​sabão</p><p>M​sabão​ = 7077,588 x 0,3064591</p><p>M​sabão​ = 2168,9905</p><p>Mols do glicerina produzidos: 2359,196</p><p>Transformando para massa:</p><p>M​glicerina​ = N​glicerina​ x MM​glicerina</p><p>M​glicerina​ = 2359,196 x 0,0920938</p><p>M​glicerina​ = 217,2673</p><p>Cálculo das frações de saída nos reatores 02 e 03</p><p>X​sabão ​= 0,9089</p><p>X​glicerina​ = 0,0911</p><p>Nos reatores não há saída de resíduos (W=0) por tanto, F + F’ = P</p><p>Secadores 01 e 02</p><p>Nos secadores irá ocorrer apenas o processo de solidificação do</p><p>produto, portanto não a saída de resíduos (W=0) logo, F = P.</p><p>Balanço de energia</p><p>Reator 1: reator de purificação.</p><p>Não ocorre reação</p><p>Base de cálculo:</p><p>Capacidade do reator: 6000 L</p><p>Volume inicial óleo: 2400 L</p><p>Volume inicial de H​2​O: 2400 L</p><p>Volume inicial de NaClO: 200 L</p><p>Entrada inicial total: 5000 L</p><p>Margem de segurança 1000L</p><p>Regime de operação: Batelada</p><p>Para os cálculos de balanço de energia, adotou-se algumas aproximações para</p><p>efeitos de cálculos. Seguem as aproximações:</p><p>● O óleo não está puro, ou seja, ele está na presença de outros</p><p>componentes em uma mistura, de óleo utilizado em fritura, água e</p><p>hipoclorito de sódio.</p><p>● Adotou-se um calor específico médio da mistura, ou seja, o calor</p><p>específico utilizado nos cálculos foi um valor encontrado na somatória de</p><p>um produto entre a fração mássica de cada componente na mistura e</p><p>seu calor específico (puro).</p><p>Base de cálculos:</p><p>Calculo de Massa:</p><p>● Água:</p><p>● NaClO:</p><p>● Óleo de fritura:</p><p>Dados para cálculo de calor específico médio:</p><p>COMPONENTE MASSA</p><p>FRAÇÃO</p><p>MASSICA</p><p>CALOR</p><p>ESPECIFICO</p><p>Água 2400 Kg 0,48 1 Kcal/Kg°C</p><p>Hipoclorito de</p><p>sódio</p><p>222 Kg 0,04 987.10³ Kcal/Kg°C</p><p>Óleo de Fritura 2138,4 Kg 0,48 0,47 Kcal/Kg°C</p><p>Cálculo de Cp Médio:</p><p>pMédio Cp CpMédio 1 , 8) [(987 0³) 0, 4] (0, 7 , 8) C = ∑</p><p>χ * → = ( * 0 4 + * 1 * 0 + 4 * 0 4</p><p>pMédio 9480, 1 Kcal/Kg°C C = 3 7</p><p>● Adotou-se, também, uma aproximação no valor do ponto de ebulição da</p><p>mistura. A água, quando pura passa para a fase vapor a uma</p><p>temperatura de 100ºC, o hipoclorito de sodio a 101°C e o oleo de soja</p><p>puro acima de 180°C. Tratando-se do óleo em uma mistura com água e</p><p>hipoclorito de sódio, condicionou-se a temperatura de ebulição da</p><p>mistura para 100ºC.</p><p>Considerando a quantidade de calor que é fornecida para gerar variação de</p><p>temperatura. A determinação da quantidade é feita pela equação a seguir:</p><p>s CpMédio △T Q = m * *</p><p>Q​S​ = Quantidade de calor sensível;</p><p>m = Massa total da mistura aquecida;</p><p>c = ​Calor específico​ da substância</p><p>Δt = Variação de temperatura (Temperatura estipulada da mistura -</p><p>Temperatura ambiente}.</p><p>s CpMédio △T s 4760, Kg 9480, 1 Kcal/Kg°C (100 5) °C Q = m * * → Q = 4 * 3 7 * − 2</p><p>s 1, 07 KCalQ = 4 * 1010</p><p>Reator 02 e 03:</p><p>Reator com reação química</p><p>Regime de operação semicontinua</p><p>Regime de trabalho: 12 horas</p><p>Reação de saponificação</p><p>Óleo ou gordura + 3NaOH ​→ ​3Sabão + Glicerina</p><p>Assumindo que a composição do óleo seja C​57​H​113​O​6​, devido à presença</p><p>da cadeia “R” que pode variar a quantidade de carbonos.</p><p>C​57​H​113​O​6 ​+ 3NaOH ​→ ​3C​17​H​35​COONa + C​3​H​8​O​3</p><p>Secadores 01 e 02</p><p>A secagem do sabão se dará de forma natural, os secadores não são</p><p>equipamentos, apenas uma etapa do processo. O sabão será depositado nas</p><p>formas e a secagem ocorrerá a temperatura ambiente apenas com auxílio dos</p><p>exaustores do galpão, isso só é possível pois essa é uma produção de</p><p>pequeno porte. Sendo assim, nos secadores não há necessidade do cálculo de</p><p>balanço de energia.</p><p>http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm</p>