Aula_5_-BM_com_reciclo_purga_bypass

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Professora: Márcia R. Baldissera Rodrigues
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Instituto de Recursos Naturais
Engenharia Química 
RECICLO, PURGA, BY-PASS
É raro que uma reação química A → B seja completada em um reator.
Não importa quão pouco A está presente na alimentação ou quanto
tempo a mistura permaneça no reator, alguma quantidade de A é
normalmente encontrada no produto.
Lamentavelmente, você tem que pagar por todos os reagentes que
entram no processo, não apenas pela fração que reage, e qualquer A
que deixe o processo representa, portanto, recursos desperdiçados.
Suponha, no entanto, que você pode achar uma maneira de
separar a maior parte ou todo o reagente não consumido da
corrente dos produtos.
Você pode então vender o produto relativamente puro e reciclar
os reagentes não consumidos de volta para o reator.
É claro que você terá que pagar pelos equipamentos de separação
e de reciclo, mas este custo é compensado pela compra de menos
reagente e a venda de um produto mais puro por um preço maior.
RECICLO, PURGA, BY-PASS
RECICLO, PURGA, BY-PASS
Abaixo está um fluxograma rotulado de um processo químico
envolvendo reação, separação dos produtos e reciclo
Existe uma distinção entre a alimentação virgem do processo e a
alimentação do reator.
No reator é a soma da alimentação e da corrente de reciclo
RECICLO, PURGA, BY-PASS
A dificuldade com relação ao conceito de reciclo é entender que o material pode
circular dentro do sistema sem que isto signifique acúmulo de massa.
No fluxograma acima temos uma corrente circulando dentro do processo, não existe 
acúmulo líquido de massa: 110 kg de material entram no sistema por minuto, e a 
mesma quantidade deixa o sistema por minuto. Dentro do sistema há uma taxa 
de circulação de 120 kg/min, mas isto não tem nenhum efeito sobre o balanço de 
massa global do processo.
Conceito de Reciclo 
 A reciclagem de um dado material que deixa um processo envolve
o retorno de todo esse material ou de parte dele para ser
novamente processado. Pode ocorrer em processos sem ou com
reação química.
Conceito de Purga 
 Trata-se de uma corrente descartada do processo para evitar acúmulo
de algum composto inerte ou indesejado alimentado no processo,
removendo-o do mesmo. Normalmente a corrente de purga é desviada
da corrente de reciclo.
Conceito de BY-PASS
 Uma operação também comum na indústria química é o desvio
de uma parte da alimentação de uma unidade e a combinação dessa
corrente chamada “by pass” com a corrente de saída daquela
unidade. Através desse procedimento é possível por exemplo,
manipular-se a composição e as propriedades do produto.
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
Ar úmido contendo 4,00% molar de vapor de água deve ser resfriado e
desumidificado até um teor de água de 1,70% molar de H2O. Uma
corrente de ar úmido é combinada com uma corrente de reciclo de ar
previamente desumidificado e passada através do resfriador. A corrente
combinada que entra na unidade contém 2,30% molar de H2O. No
condicionador de ar, parte da água na corrente de alimentação é
condensada e removida como líquido. Uma fração do ar desumidificado
que sai do resfriador é reciclado e o restante é usado para resfriar um
cômodo. Tomando como base 100 mols de ar desumidificado entrando
no cômodo, calcule os mols de ar úmido, os mols de água
condensada e os mols de ar desumidificado reciclados
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
Solução
Desenhar e rotular o fluxograma,
Delimitar os subsistemas em torno dos quais podem ser escritos os balanços
1- Processo global,
2- Ponto de mistura alimentação virgem-reciclo,
3- Condicionador de ar
4- Ponto de separação de gás de produto-reciclo (desvio)
Perguntas??? n1, n3 e n5
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
Antes de iniciar a resolução de B.M. é conveniente realizar a Análise do Grau de Liberdade,
pois isso evita desperdício de tempo com cálculos
- Análise de graus de liberdade, é capaz de montar um esquema eficiente de
solução antes de fazer qualquer cálculo, poupando muito mais tempo do que
levou para fazer a análise
G.L. Processo Global (VC1)
Portanto, podemos determinar n1 e n3 a partir dos balanços sobre o sistema global.
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
G.L. Mistura (VC2)
Considerar n1 já 
conhecido
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
G.L. Ar condicionado (VC3)
Considerar n3 já 
conhecido
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
G.L. Desvio (VC4)
Só posso fazer 1 B.M., pois 
as correntes de entrada e 
saída tem a mesma 
composição. De forma que 
a mistura ar seco e água se 
comporta como uma única 
espécie
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
Neste ponto, podemos escrever tanto os balanços em torno do ponto de
mistura para determinar n2 e n5 como em torno do resfriador para
determinar n2 e n4 (mas não em torno do ponto de separação, pois este
tem um grau de liberdade).
O ponto de mistura é o subsistema mais lógico para iniciar primeiro, já que o problema 
pede n5 mas não n4. Portanto, escrever e resolver os balanços em torno do ponto de 
mistura completará a solução.
Agora, finalmente, podemos fazer os cálculos.
Equação do B. M.
Entra – Sai + Reage = Acúmulo
Fazendo todas as considerações a equação para todos os balanços se torna:
Entra = Sai
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
B. M de ar seco no VC1 
Entra = Sai
0,960xn1 = 0,983x(100)
n1=102,4 mol de alimentação virgem
B.M. total no VC1
Entra = Sai
n1 = 100 + n3
102,4 = 100 + n3
n3 = 2,4 mol de água condensada
Agora é possível determinar B.M. no VC2 e determinar n2 e n5
Ou
B. M. no VC3 e determinar n2 e n4
Como o problema pede n5, o melhor a fazer é realizar o B. M. no VC2
OBS: Escrevemos primeiro o balanço de ar seco, já que este envolve apenas uma incógnita
(n1), enquanto o balanço total e o balanço de água envolvem as duas incógnitas. Depois
que n1 foi determinado, o segundo balanço fornece n3.
Ex. 4.5.1 - Balanços de Massa e Energia em um Condicionador de Ar
B. M total no VC2 
Entra = Sai
n1+ n5 = n2
102,4 + n5 = n2 (Equação I)
B.M. para a água no VC2
Entra = Sai
0,04xn1 + 0,017xn5 = 0,023xn2
(0,04x102,4) +0,017xn5 = 0,023xn2 (Equação II)
(0,04x102,4) +0,017xn5 = 0,023 (102,4 + n5)
Resolvendo simultaneamente a Equação I e Equação II
n2 = 392,5 mols
n5 = 290 mols reciclados
OBS: Quase 3 mols são reciclados para cada mol de ar transferido para o cômodo 
(290/100 = 2,9 mols)