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Balanço de Massa e Energia
Professor: Diógenes Ganghis
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Conteúdo Programático & Bibliografia
Balanço Material
Balanços totais;
Balanços parciais;
Balanços com reação química;
Balanço de Energia
Trocadores de Calor
Processos com reações químicas
Equilíbrio Líquido Vapor
Lei de Antoine
Lei de Raoult
Lei de Henry
Processos de Combustão
Compostos de Enxofre
Indústrias do Petróleo e Petroquímicas.
Sais minerais
Estequiometria Industrial - Reynaldo Gomide
Engenharia Química Princípios e Cálculos - David M. Himmeblau.
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Processos Industriais
Complicados problemas industriais são resolvidos pela aplicação dos princípios da química, da física e da físico-química, e de sua aplicação depende o SUCESSO da solução obtida.
As técnicas de aplicação dos princípios básicos para resolver problemas de processo, e de operações unitárias, constituem, em seu conjunto, a ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL.
A variedade de princípios colocados à disposição para resolução dos problemas de estequiometria industrial é muito grande, eles se dividem em:
balanços materiais;
balanços de energia;
reações de equilíbrio;
equações de velocidade de equilíbrio.
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Balanços Materiais
Lei da conservação da massa:
“A massa de um sistema fechado permanece constante durante os processos que nele ocorrem.”
Torna-se possível calcular a quantidade dos produtos obtidos, a partir das quantidades dos reagentes inicialmente adicionados ao sistema, desde que suas fórmulas químicas sejam conhecidas e bem como as reações que ocorrem durante o processo.
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A Técnica dos Balanços Materiais
Imaginar o o que está ocorrendo no sistema, CONHECER O PROCESSO, é o primeiro passo para a resolução de um problema.
Esquematizar o processos num FLUXOGRAMA simplificado, onde ilustre apenas as correntes que intervém no casos específico. Todos os os dados importantes disponíveis deverão ser colocados diretamente no fluxograma, dentre eles:vazões, composições, pressão, temperatura.
ESTUDAR O FLUXOGRAMA E OS DADOS de modo a relacionar mentalmente as diversas correntes do processo e as quantidades das diversas substâncias que compõe estas correntes.
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A Técnica dos Balanços Materiais
Escolher a BASE DE CÁLCULO apropriada e indicá-la com clareza e destaque.
Base de cálculo é a quantidade arbitrária de reagentes ou produtos em relação à qual se referem todos os cálculos efetuados.
Selecionar o SISTEMA em torno do qual serão feitos os balanços.
Realizar os balanços, obtendo em resultado um número suficiente de equações que permita resolver o sistema, ou seja, o Nº DE EQUAÇÕES SEJA IGUAL AO Nº DE INCÓGNITAS.
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Fluxograma
Coluna de Destilação
Água de
Refrigeração
Condensador
Refervedor
Vapor de
Aquecimento
Resíduo (W)
Destilado (D)
Alimentação(F)
Sistema I
Sistema II
Sistema III
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Tanque de Armazenamento
Um tanque de armazenamento de água quente destinada a lavar lama de carbonato, numa instalação de recuperação de soda do processo sulfato para produção de celulose, recebe água de várias fontes. Num dia de operação, 240m3 de condensado da fábrica são enviados para este tanque, 80m3 de água quente contendo pequena quantidade de hidróxido de cálcio e soda cáustica vêm do lavador de lama e 130m³ são provenientes do filtro rotativo. Durante esse mesmo período, 300m³ são retirados para usos diversos, 5m³ e são perdidos por evaporação e 1m³ por vazamentos. A capacidade do tanque é de 500m³ e, no início do dia, está com líquido até a sua metade. Quanta água haverá no tanque no fim do dia?
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Tanque de Armazenamento
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Produção de Gás Cloro
A saída de um unidade produtora de soda ´caustica, analisa-se uma certa quantidade de gás cloro, constatando-se que o mesmo está misturado com 1,6 % (molar) de O2. Em certo ponto da linha que transporta o gás cloro, injeta-se 10 g de O2 durante 5 min e 33 seg... qual a produção da unidade se à saída da linha, nova análise mostra que, após a injeção de oxigênio, a porcentagem molar deste gás atingiu 3,6 %.
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Produção de Gás Cloro
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Licor Ácido
O licor ácido resultante de um processo de nitração contém 23% de ácido nítrico e 57% de ácido sulfúrico. Este licor deve ser concentrado para conter 27% de ácido nítrico e 605 de ácido sulfúrico, em peso, pela adição de H2SO4 a 93% e H2NO3 a 90%. Calcular o peso do licor inicial e dos ácidos concentrados que devem ser misturados para obter 1000 kg de mistura final concentrada.
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Licor Ácido
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Separação por Membrana
As membranas representam uma tecnologia relativamente nova na separação de gases. Uma aplicação que tem chamado atenção é a separação de nitrogênio e oxigênio do ar. A figura ao lado ilustra uma membrana nanoporosa, que é feita pela colocação de uma camada muito fina de polímero sobre uma camada de suporte porosa de grafite. Qual a composição da corrente de resíduos se esta totaliza 80% da quantidade que entra?
Escoamento
Alta Pressão
Baixa Pressão
Entrada
Saída
Corrente de Resíduos
Membrana
O2
N2