Derivação e purga

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Derivação e Purga
Na figura abaixo são apresentados tipos de escoamento adicionais, derivação e purga, que são usualmente empregados em indústrias.
Uma derivação é um fluxo que passa fora de uma ou mais etapas do processo e chega diretamente a outra etapa, posterior, onde se junta a uma corrente.
Uma purga é um tipo de escoamento que é empregado para eliminar o acumulo de uma substância inerte ou indesejada que de outra forma seria concentrada pelo fluxo de reciclo. 
Os processos de derivação e purga ocorrem em regime permanente, isto é; acúmulo nulo.
Figura A. Representação esquemática de uma derivação.
 Figura B. Representação esquemática de uma purga.
A derivação pode ser empregada para controlar a composição de um fluxo de saída final em uma unidade, a mistura é feia em proporções adequadas de forma a se obter a composição de saída dentro da especificação. A purga, por sua vez, é empregada basicamente para evitar a concentração de uma espécie química indesejada em uma corrente de reciclo. 
 Figura C. Detalhe de uma derivação
O processo de purga é amplamente empregado nas torres de resfriamento. As torres de resfriamento são equipamentos utilizados para o resfriamento de água industrial. Águas provenientes de condensadores de usinas de geração de potência, ou de instalações de refrigeração, trocadores de calor, etc. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de “enchimentos” de diferentes tipos, em contracorrente com uma corrente de ar frio (normalmente à temperatura ambiente). No contato direto das correntes de água e ar ocorre a evaporação da água, principal fenômeno que produz seu resfriamento. 
 No caso de torres de resfriamento a purga é um termo utilizado para identificar a água que é drenada da bacia da torre de resfriamento visando reduzir o acúmulo de contaminantes na água circulante. Com a evaporação ocorre a concentração dos contaminantes da água, como os sólidos dissolvidos. Promovendo a purga (blow-down) e adicionando água nova (make-up), o nível de sólidos dissolvidos na água pode ser mantido, reduzindo assim a formação de incrustação mineral e de outros contaminantes na torre, nos condensadores resfriadores e nos trocadores de calor do processo.
 
Figura D. Representação esquemática de uma torre de resfriamento.
Exemplos: 
Na área de preparação de materias-primas de uma planta que produz gasolina, elimina-se isopentano de uma gasolina livre de butano. Suponha, para simplificar, que os componentes e o processo são estes apresentados na figura abaixo. Calcule qua a fração de gasolina livre de butano que passa pela torre de isopentando, o processo ocorre em regime permanente e sem reação química.
No processo de concentração de suco de laranja, o suco original (corrente A) contém 12,0% de sólidos e 88,0 % de H2O, enquanto o suco concentrado produzido deverá conter 42,0% de sólidos (corrente B). Inicialmente, um processo de evaporação direta foi utilizado para a concentração, porém os constituintes voláteis do suco evaporaram junto com a água, produzindo um concentrado com gosto ruim. O presente processo contorna este problema através de uma corrente de desvio da alimentação A (by-pass), que é misturada à corrente de saída do evaporador (figura abaixo). Sabe-se que a corrente de saída do evaporador é constituída por 58,0% de sólidos em massa. Calcule, para uma alimentação de 100Kg/h de suco original: 
a) A quantidade de suco concentrado produzido (corrente B) (28,6 kg/h)
b) A vazão da alimentação que desvia do evaporador (corrente D) (9,9 kg/h)
c) A vazão de entrada no evaporador (corrente C) (90,0 kg/h)
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos.
Um fluxograma simplificado para a fabricação de açúcar é apresentado na figura abaixo. A cana de açúcar (D) é esmagada em um moinho. O bagaço (F) resultante contém 80% em massa de polpa, água e açúcar. O xarope (E) contendo polpa, açúcar e água, é alimentado em uma peneira que remove toda a polpa e produz xarope límpido (H), contendo 15% de açúcar e 85% de água. Da peneira, resulta uma corrente de rejeito (G), contendo 95% de polpa, água e açúcar. O evaporador prepara um xarope “pesado” (K) e o cristalizador produz 1000kg/h de cristais de açúcar 100% puro (M)
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos.
a) Calcule a água removida no evaporador (corrente L), em quilos/hora 
b) Calcule as frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito G; 
c) Calcule taxa de alimentação da cana, em quilos/hora; 
d) Do açúcar contido na cana, qual a percentagem que é perdida no bagaço (isto é, a razão vazão de açúcar no bagaço/vazão de açúcar na cana