Balanço de massa em processos de múltiplas unidades.pptx

Académico

1. Balanço de massa em processos de múltiplas unidades Por Eng.º Obra

2. 4.9. Balanço em processos de múltiplas unidades Quando se tem mais de uma unidade compondo um determinado processo é fundamental diferir-se as fronteiras dentro das quais se está realizando o balanço. O espaço delimitado por essas fronteiras é usualmente denominado de Volume de Controle (VC). O Volume de Controle pode ser o processo como um todo, ou uma parte dele. Pode combinar unidades interligadas ou localizar-se sobre uma única unidade ou mesmo em um ponto de junção ou divisão de correntes de processo. Para a identificação dos diferentes sistemas considerados, utiliza-se o desenho de blocos em linhas pontilhadas em torno da região considerada no fluxograma, tornando-se para efeito de balanço, as correntes de fluxo que atravessam essas fronteiras imaginárias.

3. Considere o fluxograma abaixo de um processo contendo 2 unidades ( reator + separador ) e os 5 VCs (A, B, C, D e E ). Volume de controle A: compreende o processo como um todo, compreendendo todas as correntes de alimentação e produto. Volume de controle B: compreende um ponto de mistura de 2 correntes de alimentação.

4. Volume de controle C: compreende o balanço de massa no reator. Volume de controle D: compreende um ponto de separação (divisão de correntes ). Volume de controle E: compreende o balanço de massa no separador.

5. Exercícios Propostos 1. O fluxograma de um processo de destilação contínuo em estado estacionário é mostrado abaixo. Cada corrente contém dois componentes chamados de A e B em diferentes proporções. Calcule as vazões e composições das correntes 1, 2 e 3

6. 4.9.1. Reciclo , bypass e purga Ainda com relação a processos químicos envolvendo múltiplos volumes de controle (VC), podemos citar duas operações muito comuns na indústria de processos químicos, as operações de by-pass , reciclo e purga, que apresentam especificidades em relação aos balanços materiais .

7. By-pass Trata-se de uma operação na qual se desvia parte da alimentação de uma unidade, sendo que esta corrente de desvio, denominada corrente de by-pass se une a outra corrente mais à frente do processo. Isso pode ocorrer de acordo com a necessidade do processo. Normalmente , esta operação é realizada com o intuito de se manipular a composição ou propriedades de uma corrente que pode ser a do próprio produto. Nas usinas de açúcar e álcool, parte do caldo proveniente da moenda é desviada da produção de açúcar, sendo enviada para diluir o melaço ou mel final para produzir etanol .

8. Observe que nesse processo pode-se definir quatro VC, um VC1 que compreende o processo como um todo, um VC2 que envolve o ponto de divisão de corrente (ponto D), um VC3 que envolve a unidade de processo e um VC4 que compreende o ponto de mistura (ponto M). Uma particularidade da operação de by-pass : quando escolhido o ponto de desvio ou de divisão (D) como VC, podese escrever apenas uma equação de balanço de massa, seja ela para a massa total (BMT) ou para qualquer componente de uma mistura, pois quando ocorre uma divisão de correntes, a composição da corrente original (de entrada) e das correntes resultantes da divisão são exatamente iguais.

9. Reciclo A reciclagem de um dado material que deixa um processo, envolve o retorno desse material ou de parte dele para novamente ser processado. A reciclagem pode envolver a recuperação de papel ou alumínio numa unidade de reciclagem ou o retorno de um reagente não completamente convertido para o reator num processo químico. A operação de reciclo pode ocorrer em processos sem ou com reação, sendo estes últimos vistos, em maior detalhe, no item subsequente (item 4.8 ).

10. Observe que nesse processo pode-se definir quatro VCs , um VC1 que compreende o processo como todo, um VC2 que envolve o ponto de mistura (ponto M), um VC3 que compreende a unidade de processo e um VC4 que envolve a unidade de separação.

11. Purga Trata-se de uma corrente descartada do processo para evitar o acúmulo de algum composto inerte ou indesejado. Normalmente a corrente de purga é desviada da corrente de reciclo. No processo de produção de açúcar, a sacarose contida no caldo de cana concentrado (evaporado) é cristalizada e separada do sobrenadante (mel) por centrifugação. O mel recebe mais caldo de cana e é novamente concentrado até o ponto de cristalização, e assim sucessivamente.

12. Pelo fato do processo cristalizar e separar apenas a sacarose, no mel residual há um acúmulo de outras espécies contidas na matéria-prima original (cana-de-açúcar), principalmente fósforo, cálcio e potássio, entre outros produtos indesejados que dificultam a extração da sacarose e necessitam ser purgados do processo. A corrente de purga é definida como melaço ou mel final, que é a matéria-prima utilizada na produção de etanol.

13. Exercício proposto 1. Suco natural de laranja contém 13,5% m/m de sólidos e o restante de água. Já o suco concentrado de laranja comercial contém 45% m/m de sólidos. No início da produção industrial, o suco concentrado de laranja era produzido por meio de uma evaporação simples. No entanto, os constituintes voláteis do suco escapavam com a água, deixando o concentrado insípido. Os processos modernos resolveram esse problema desviando ( by-pass ) do evaporador uma parte da alimentação de suco natural .. O suco que sai no evaporador é concentrado a 61% sólidos, e esse produto é misturado com a corrente de suco natural que foi desviada, resultando em um suco com a concentração desejada de sólidos. Calcule a quantidade de suco concentrado produzido por 1000kg de suco natural alimentado ao processo e a percentagem de alimentação que é desviada do evaporador. Considere o processo contínuo em estado estacionário