BALANÇO DE MASSAS PUC

Prévia do material em texto

Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Introdução aos Processos 
Químicos e Bioquímicos
Danusa Campos e Marcela R. Menezes/2015
Balanço de massa
Lavoisier (1743 - 1794): "A massa total dos reagentes é igual 
à massa dos produtos".
{entra} = {sai}
{entra} + {geração} – {consumo} – {sai} = {acumula}
Suponha que um processo contínuo entra e sai metano a
uma vazão Qe (kg CH4/h) e Qs (Kg CH4/h). As vazões
foram medidas e constatou-se que Qe≠Qs. O que pode ter
acontecido?
Equação de balanço
 Está vazando metano através do equipamento
 O metano esta sendo consumido como reagente
 O metano esta sendo gerado como produto
 O metano esta acumulando na unidade
 As medidas estão erradas.
Para que serve o 
balanço?
Equação de balanço
Como solucionar problemas em 
Processos Químicos e Bioquímicos?
1.O que eu tenho?
Dados, tabelas, gráficos, etc
2. O que eu quero?
Calular a densidade de um produto, a eficiência de um
processo, um balanço material, a velocidade de uma
reação, etc.
3. O que eu preciso?
Matemática, raciocínio lógico, leis físicas, equações
químicas e matemáticas, etc.
Fluxograma de blocos
Utilização:
 simplificação de projetos detalhando trabalhos e tarefas;
 localização de rotinas necessárias;
 possibilidade de evidenciar ou justificar sequência lógica de
atividades diferentes da atual;
 treinamento com uma leitura rápida e eficiente;
 aprendizagem simplificada do trabalho;
 devem ser usadas frases curtas, identificando as atividades
realizadas
Fluxograma de blocos
Fabricação da resina Novolac
Exemplo:
A cada ano, 50.000 pessoas se mudam para uma cidade,
75.000 pessoas abandonam a cidade, 22.000 nascem e 19.000
morrem. Escreva um balanço da população desta cidade.
Balanço de Massa ou Balanço Material
Observação:
Operações e processos unitários
Operações unitárias x processos químicos
Principais etapas de processo de produção de indústria química:
 preparo da carga (bombeamento, britagem, transferência calor,
mistura),
 reação química,
 purificação do produto (filtração, adsorção, absorção,
decantação).
Operações e processos unitários
Principais operações unitárias
Filtração
Absorção
Extração líquido-líquido
Adsorção
 Secagem
 Umidificação
 Evaporação
 Destilação
 Cristalização
Processos contínuos e descontínuos
Operação contínua: envolve alimentação contínua,
ou seja, durante a fase de reação a vazão é diferente de
zero.
Vantagens: 
 Maior produtividade do equipamento
 Economicamente mais vantajoso em 
equipamentos de grande escala
Processos contínuos e descontínuos
Refino do petróleo Fábrica de amônia
Processos contínuos e descontínuos
Operação descontínua (batelada): não há alimentação
contínua, mas sim intermitente, ou seja, durante a fase de
reação, a vazão é igual a zero.
Utilização:
 Operações de pequena escala
 Reagente ou produto é corrosivo
 Alto controle é necessário
 Ex. fabricação abrasivos e de coque em fornos elétricos.
Tipos de Sistemas:
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Balanço de Massa ou Balanço Material
Conclusão:
O balanço material pode ser aplicado a:
1.Sistemas abertos ou fechados;
2.Em regime estacionário ou transiente;
3.Com ou sem reação química;
4.Sistemas de 1 ou + componentes.
 Equação Geral do Balanço
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Sistema aberto com reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Sistema aberto sem reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Sistema fechado com reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Sistema fechado sem reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Processos em estado estacionário com reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Processos em estado estacionário sem reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Processos transientes com reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
 Processos transientes sem reação
Balanço de Massa ou Balanço Material
Glossário
• Acúmulo: aumento ou diminuição da massa do
sistema (em massa ou moles).
• Acúmulo negativo: diminuição da massa no sistema.
• Balanço material: equação do balanço de massa ou
da conservação da massa.
• Balanço por componente: balanço material de uma
substância química no sistema.
• Condição inicial: a quantidade de massa no processo
no início do processo.
• Condição final: a quantidade de massa no final do
processo.
Glossário
• Conservação da massa: a massa nunca é criada e nem
destruída (Princípio de Lavoisier).
• Consumo: a diminuição da massa de um componente em
um sistema devido a uma reação química.
• Entrada: massa que entra em um sistema.
• Geração: o surgimento de um componente em um sistema
devido a uma reação química.
• Processo batelada: um processo no qual a massa não é
adicionada nem removida do processo durante a sua
operação.
• Processo semi-batelada: um processo no qual há entrada
de massa, mas o produto não é removido durante a
operação.
Glossário
• Saída: massa que deixa o sistema.
• Sistema: parte do processo global considerada para a
análise. É uma região limitada do espaço por uma superfície
fictícia ou física.
• Sistema aberto: aquele no qual massa atravessa a sua
superfície.
• Sistema fechado: aquele no qual massa não atravessa a
sua superfície.
• Vazão: quantidade de material que atravessa a superfície
do sistema por unidade de tempo (p. ex.., kg/h, mols/h,
L/min, etc.).
• Volume de controle: região do espaço no qual faremos o
balanço de massa.