introdução ao Balanço material e energético de processos industriais
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Ministério da EducaçãoUniversidade Tecnológica Federal do Paraná
Balanço Material e Energético de Processos Industriais
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Sumário
1. Introdução
2. Revisão das equações de Balanço material
3. Balanço material aplicado a um processo industrial.
Ao final dessa aula o você deverá ser capaz de:
- Escrever um conjunto de balanços materiais para um processo industrial
envolvendo mais de uma unidade;
- Resolver problemas envolvendo várias unidades conectadas sequencialmente.
Balanço Material e Energético em Processos Industriais
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁEngenharia Química– Campus Apucarana
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Processo Industrial
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Balanço Material e Energético em Processos Industriais
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Balanço Material e Energético de Processos Industriais
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Lei da conservação de massas Lei de Lavoisier Na natureza nada se cria nada se perde tudo se transforma
Princípio da conservação de energia a energia total associada a um sistema e suas vizinhanças não podem ser criadas e nem destruídas
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Presente em qualquer processo industrial.
• Utilizado para checar dados de processos;
• Aferir rendimentos, taxas de conversão;
• Verificar vazamentos e perdas de materiais;
• Especificar uma ou mais correntes de um processo;
• Analisar a capacidade em projetos e em equipamentos;
• Projetar e especificar uma unidade de processamento.
Balanço Material
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Balanço Material
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Entrada + Geração – Saída – Consumo = Acúmulo
sistemado
dentro
sistemado
dentro
sistemado
fronteirasdasatravés
sistemadodentro
sistemado
fronteirasdas
através
dtmdmmmm consumidasgeradae
Ou
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Balanço Material
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dtmdmmmm consumidasgeradae
- Aberto com reação química em regime permanente;
0
consumidasgeradae mmmm
- Aberto sem reação química em regime permanente;
0
se mm
- Aberto com reação química em regime transiente;
- Aberto sem reação química em regime transiente;
dtmdmm se
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Balanço Material
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dtmdmm consumidagerada
- Fechado sem reação química;
- Fechado com reação química;
0dtmd
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Balanço Material em Processos Industriais
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• O balanço de massa representa uma peça fundamental do projeto de equipamentos e torna-se complexo quando tratamos de processos constituídos por diversos equipamentos interligados.
• Esta complexidade aumenta em sistemas
multifásicos, heterogêneos e com reações químicas.
• É necessária uma sistematização das informações disponíveis para que seja possível uma solução clara e objetiva.
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O seguintes passos são recomendados para equacionar um problema envolvendo operações que envolvam balanço de massa em um processo industrial:
1. Desenhe um fluxograma para o processo.
2. Quando várias correntes de processo e várias espécies estão envolvidas no problema, numere as correntes de processo e relacione as espécies envolvidas, denominando as por letras ou pelas suas fórmulas químicas.
3.Escreva os valores e unidades de todas as variáveis de processo conhecidas sobre as linhas de correntes ou separadamente.
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4. Indique sobre as respectivas correntes de processo ou em separado, as variáveis desconhecidas serem calculadas com símbolos algébricos e unidades.
5. Se houver uma mistura de unidades mássicas e molares é conveniente adotar-se uma ou outra para a realização dos cálculos transformando-as (conversão de frações mássicas em molares ou vice-versa).
6. Converta valores de vazão volumétrica em valores correspondentes de vazão mássica ou molar, pois pode haver variação de massa específica e devemos lembrar que os balanços materiais são baseados na “Lei da conservação das massas”, não dos volumes.
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Exemplo
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Acetona é usada na fabricação de muitos produtos químicos e também como solvente. Neste último caso, muitas restrições são colocadas na liberação do vapor de acetona para o meio ambiente. Pediram para você projetar um sistema de recuperação de acetona, tendo o fluxograma ilustrado na Figura a seguir. Todas as concentrações de gases e líquidos, ali mostradas, são especificadas em percentagem em peso. Calcule A, F, W, B e D por hora, sabendo que G=1400kg/h.
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Exemplo
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Condensador
Água(100%)W(kg)
Ar (99,5%)Água (0,5%)A(kg)
G=1400(kg/h)Água (2%)Acetona(3%)Ar (95%)
Coluna de Absorção
Acetona (19%)ÁguaF (kg)
Coluna de Destilação
Acetona (4%)Água
Acetona (99%)Água
D (kg)
B (kg)
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Balanço Material em Processos Industriais
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• Como exercício de fixação fazer a lista de exercícios postada no Moodle;
Referências para estudo.• FELDER, R.M.; Rousseau, R.W. Princípios Elementares dos
Processos Químicos, 3ª ed., Ed. LTC, Rio de Janeiro, 2005.• HIMMELBLAU,D. M., Engenharia Química. Princípios e
cálculos. Prentice Hall do Brasil. 1982 • GOMIDE, R., Estequiometria Industrial. Edição do autor.
1984