IniciarFLUXOGRAMAbenzenoResfriadorCondensadorW14 (kg/h)W12 (kg/h)W9 (kg/h)14T14 (oC)T12 (oC)9T9 (oC)12MisturadorAr (m2)Ac (m2)1310W10 (kg/h)36345W13 (kg/h)T10 (oC)T13 (oC)W11 (kg/h)W8 (kg/h)11T11 (oC)8T8 (oC)15guaguaW5 (kg/h)W15 (kg/h)T5 (oC)T15 (oC)5benzenoW3 (kg/h)x13EvaporadorExtratorT3 (oC)f13 (kg/h)Te (oC)f23 (kg/h)Td (oC)extrato1Vd (L)3Ae (m2)t (min)76W1 (kg/h)Bombax11W7 (kg/h)W6 (kg/h)T1 (oC)T7 (oC)T6 (oC)f11 (kg/h)condensadovaporf31 (kg/h)2W2 (kg/h)W4 (kg/h)alimentaox124x14T2 (oC)T4 (oC)f12 (kg/h)f14 (kg/h)f32 (kg/h)f24 (kg/h)rafinadoconcentradoParmetros FsicosCustosEquipamentosCp1 (kcal/kg oC)0.44p1 ($/kg)0.9700IbQbmCp2 l (kcal/kg oC)0.45p2 ($/kg)0.0220Decantador2401,136.00.66Cp3 (kcal/kg oC)1p3 ($/kg)0.00005Evaporador26,3006.10.67r1 (kg/l)1.272pv ($/kg)0.0015Condensador1,3504.60.48r2 (kg/l)0.8834fo (h/a)8,640Resfriador1,3504.60.48r3 (kg/l)1Bomba1,30010.00.68Ue(kcal / h m2 oC)500Uc (kcal / h m2 oC)500fLfDfTUr (kcal / h m2 oC)100Fatores (ISBL)311l2 (kcal/kg)94.14l3 (kcal/kg)505

PROCESSO ILUSTRATIVO

Recuperao do cido benzico de uma corrente aquosa diluda, por extrao com benzeno (Rudd & Watson).

A soluo aquosa alimentada a um extrator que recebe benzeno como solvente.O rafinado do extrator descartado. O extrato enviado a um evaporador onde concentrado pela evaporao do benzeno. O concentrado o produto do processo.O benzeno evaporado reciclado ao extrator, passando sucessivamente por um condensador, um resfriador e um misturador, onde recebe corrente de reposio (make up).

Extrator: - unio + bomba + decantador.- desprezada a solubilidade de benzeno em gua- temperatura de equilibrio no interior do decantador: Td.

Evaporador:- operao presso atmosfrica.- desprezado o aumento da temperatura de ebulio do benzeno pela presena do cido benzico.- temperatura de equilibrio interior do vaso: Te.

Condensador e Resfriador:- trocadores de calor tipo casco-e-tubo, em contra-corrente, passo simples.

Nomenclatura nas Correntes- Vazo Total da corrente j : W j- Vazo do componente i na corrente j : f ij 1 = cido benzico : 2 = benzeno : 3 = gua- Frao mssica do componente i na corrente j : x ij- Temperatura da corrente j : Tj

Problemas PropostosNas planilhas que se seguem, so propostos problemas de:(a) dimensionamento e simulao dos equipamentos isolados;(b) dimensionamento, simulao e otimizao do processo.Em cada caso, os enunciados sugerem valores para as variveis especificadas que podem ser adotados ou no pelo usurio.

Parmetros Fsicos e Econmicos:Nas tabelas abaixo, so propostos valores para os parmetros fsicos e econmicos que tambm podem ser alterados usurio. Por exemplo, para uma anlise de sensibilidade.O Programa deve ser iniciado pelos seguintes botes:1. Restaurar os Valores-base (opcional): serve para restaurar os valores eventualmente modificados em exerccio anterior.2. Implementar os Valores das Tabelas (obrigatrio): serve para implementar os valores-base ou os valores modificados pelo usurio.

DIMEXTRDIMENSIONAMENTO DO EXTRATORw1100000Td25X110.002Vd11860T125x120.0008W15 (kg/h) =37,335W3 (kg/h) =37,455T1525W1537425T15 (oC) =25.0x13 =0.0032DECANTADORT3 (oC) =25.0w1110000Td15f13 (kg/h) =120X110.002VdBOMBAf23 (kg/h) =37,335T125x121Td (oC) =25.0r =0.60T1525W15Vd (l) =11,8523W1 (kg/h) =100,000t (min) =5.0Extratow1100000Tdx11 =0.0020k =4.00X110.005VdT1 (oC) =25.0T125x12f11 (kg/h) =200T1525W15f31 (kg/h) =99,800W2 (kg/h) =99,880Alimentao2x12 =0.0008w1100000TdT2 (oC) =25.0X110.002Vdf12 (kg/h) =80T130x12f32 (kg/h) =99,800T1525W15RafinadoParmetros Fsicos ("default")w1100000TdCp1 (kcal/kg oC)0.44X110.002VdCp2 l (kcal/kg oC)0.45T125x12Cp3 (kcal/kg oC)1T1530W15r1 (kg/l)1.272r2 (kg/l)0.8834r3 (kg/l)1

DIMENSIONAMENTODeterminar o volume do decantador (Vd) e a vazo de benzeno (W15) necessrios para recuperar 60% do cido benzico presente a 0,2% nos 100.000 kg/h de alimentao, a 25 oC, com um tempo de residncia de 5 min (0,0833 h). Determinar as concentraes das correntes de extrato e de rafinado. A temperatura do benzeno T15 25 oC.

SIMEXTRSIMULAO DO EXTRATORw1100000t5X110.002Td25T125r0.6W15 (kg/h) =37,335W3 (kg/h) =37,455T1525T15 (oC) =25.0x13 =0.0032w1537425DECANTADORT3 (oC) =25.015f13 (kg/h) =120w1110000tBOMBAf23 (kg/h) =37,335X110.005Td1Td (oC) =25.0r =0.60T125rVd (l) =11,8523T1525W1 (kg/h) =100,000t (min) =5.0Extratow1537425x11 =0.0020k =4.00T1 (oC) =25.0w1100000tf11 (kg/h) =200X110.005Tdf31 (kg/h) =99,800W2 (kg/h) =99,880T130rAlimentao2x12 =0.0008T1525T2 (oC) =25.0w1537425f12 (kg/h) =80f32 (kg/h) =99,800w1100000tRafinadoX110.002TdParmetros Fsicos ("default")T130rCp1 (kcal/kg oC)0.44T1525Cp2 l (kcal/kg oC)0.45w1537425Cp3 (kcal/kg oC)1r1 (kg/l)1.272w1100000tr2 (kg/l)0.8834X110.002Tdr3 (kg/l)1T125rT1525w1550000

SIMULAO Determinar as vazes e as concentraes das correntes de extrato e de rafinado, a frao recuperada de cido benzico e o tempo de residncia, caso o extrator de Vd = 11.860 l fosse alimentado com 50.000 kg/h de benzeno, e no com os 37.425 kg/h de projeto (as demais condies de entrada permanecendo as mesmas de projeto).

DIMRESFDIMENSIONAMENTO E SIMULAO DO RESFRIADORW12 (kg/h) =59,969T12 ( oC) =30.012A r (m2 ) =3621310W13 (kg/h) =36,345W10 (kg/h) =36,345T13 ( oC) =25.0T10 ( oC) =80.011benzenoW11 (kg/h) =59,969T11 ( oC) =15.0guaParmetros Fsicos ("default")Cp2 l (kcal/kg oC)0.45Cp3 (kcal/kg oC)1Ur (kcal / h m2 oC)100

DIMENSIONAMENTODeterminar a vazo de gua de resfriamento (W11) e a rea de troca trmica (Ar) do resfriador necessrias para resfriar 36.345 kg/h de benzeno liquido saturado at 25 oC. A gua se encontra a 15 oC e deve sair a 30 oC.

SIMRESFDIMENSIONAMENTO E SIMULAO DO RESFRIADORW12 (kg/h) =228,101T12 ( oC) =30.012A r (m2 ) =1201310W13 (kg/h) =36,345W10 (kg/h) =36,345T13 ( oC) =80.0T10 ( oC) =80.011benzenoW11 (kg/h) =228,101T11 ( oC) =15.0guaParmetros Fsicos ("default")Cp2 l (kcal/kg oC)0.45Cp3 (kcal/kg oC)1Ur (kcal / h m2 oC)100

SIMULAOPretende-se determinar as temperaturas de saida do benzeno e da gua, caso o resfriador projetado para 362 m2 fosse alimentado com 20.000 kg/h de benzeno ao invs de 36.345 kg/h, mantidas a vazo e a temperatura da gua de resfriamento.

DIMCONDDIMENSIONAMENTO E SIMULAO DO CONDENSADORW9 (kg/h) =228,101T9 (oC) =30.09Ac (m2 ) =120105W10 (kg/h) =36,345W5 (kg/h) =36,345T10 (oC) =80.0T5 (oC) =80.08benzenoW8 (kg/h) =228,101T8 (oC) =15.0guaParmetros Fsicos ("default")l2 (kcal/kg)94.14Cp3 (kcal/kg oC)1Uc (kcal / h m2 oC)500

DIMENSIONAMENTODeterminar a vazo de gua de resfriamento (W8) e a rea de troca trmica (Ac) necessrias para condensar 36.345 kg/h de benzeno de vapor saturado a lquido saturado. A gua se encontra a 15 oC e deve sair a 30 oC .

SIMCONDDIMENSIONAMENTO E SIMULAO DO CONDENSADORW9 (kg/h) =35,727T9 (oC) =67.79Ac (m2 ) =120105W10 (kg/h) =20,000W5 (kg/h) =20,000T10 (oC) =80.0T5 (oC) =80.08benzenoW8 (kg/h) =35,727T8 (oC) =15.0guaParmetros Fsicos ("default")l2 (kcal/kg)94.14Cp3 (kcal/kg oC)1Uc (kcal / h m2 oC)500

SIMULAODeterminar a vazo de gua (W8) necessria para condensar 20.000 kg/h de benzeno, ao invs dos 36.345 kg/h para os quais foi calculada a rea de 120 m2. O condensador conta com um sistema de controle que manipula a vazo de gua de modo a garantir a saida do benzeno como lquido saturado. A gua se encontra a 15 oC.

DIMEVAPDIMENSIONAMENTO E SIMULAO DO EVAPORADORW5 (kg/h) =36,150W3 (kg/h) =37,3455T5 (oC) =80.0x13 =0.0032BenzenoT3 (oC) =25.0f13 (kg/h) =120f23 (kg/h) =37,2253Te (oC) =80.0SoluoAe (m2 ) =12476W7 (kg/h) =8,569W6 (kg/h) =8,569T7 (oC) =150T6 (oC) =150CondensadoVaporParmetros Fsicos ("default")W4 (kg/h) =1,195Cp1 (kcal/kg oC)0.444x14 =0.1000Cp2 l (kcal/kg oC)0.45T4 (oC) =80.0Cp3 (kcal/kg oC)1f14 (kg/h) =120l2 (kcal/kg)94.14f24 (kg/h) =1,076l3 (kcal/kg)505ProdutoUe (kcal / h m2 oC)500

DIMENSIONAMENTODeterminar a vazo (W6) de um vapor a 150 oC e a rea de troca trmica necessrias para obter um concentrado com 10% de cido benzico, a partir de uma corrente com 37.545 kg/h de uma soluo de 0,32% de cido benzico em benzeno, a 25 oC. O condensado deve sair como lquido saturado a 150 oC . O evaporador opera a 1 atm.

SIMEVAPDIMENSIONAMENTO E SIMULAO DO EVAPORADORW5 (kg/h) =32,823W3 (kg/h) =50,0005T5 (oC) =80.0x13 =0.0032Benzeno0.009314845T3 (oC) =25.0f13 (kg/h) =160f23 (kg/h) =49,8403Te (oC) =80.0SoluoAe (m2 ) =12476W7 (kg/h) =8,569W6 (kg/h) =8,569T7 (oC) =150T6 (oC) =150CondensadoVaporParmetros Fsicos ("default")W4 (kg/h) =17,177Cp1 (kcal/kg oC)0.444x14 =0.0093Cp2 l (kcal/kg oC)0.45T4 (oC) =80.0Cp3 (kcal/kg oC)1f14 (kg/h) =160l2 (kcal/kg)94.14f24 (kg/h) =17,017l3 (kcal/kg)505ProdutoUe (kcal / h m2 oC)500

SIMULAODeterminar as vazes de vapor (W6) e de evaporado (W5), a vazo (W4) e a concentrao do concentrado (x14), caso o evaporador, com os mesmos 124 m2 de rea de projeto, fosse alimentado com 50.000 kg/h de soluo e no mais com 37.345 kg/h. O evaporador dotado de um sistema de controle que manipula a vazo de vapor de modo a garantir que esse vapor saia como lquido saturado a 150 oC.

DIMPROCDIMENSIONAMENTO DO PROCESSOW14 (kg/h) =1,080W12 (kg/h) =59,82180W9 (kg/h) =227,53614T14 (oC) =25.0T12 (oC) =30.09T9 (oC) =30.012Ar (m2) =361Ac (m2) =1191310W10 (kg/h) =36,25536345W13 (kg/h) =36,255T10 (oC) =80.0T13 (oC) =25.0W11 (kg/h) =59,821W8 (kg/h) =227,53611T11 (oC) =15.08T8 (oC) =15.015W5 (kg/h) =36,255W15 (kg/h) =37,335T5 (oC) =80.0T15 (oC) =25.05W3 (kg/h) =37,455x13 =0.0032T3 (oC) =25.0f13 (kg/h) =120Te (oC) =80.0f23 (kg/h) =37,335Td (oC) =25r =0.60Vd (L) =11,8523Ae (m2) =1t (min) =5124k =476W1 (kg/h) =100,000x11 =0.0020W7 (kg/h) =8,594W6 (kg/h) =8,594T1 (oC) =25.0T7 (oC) =150.0T6 (oC) =150.0f11 (kg/h) =200f31 (kg/h) =99,8002W2 (kg/h) =99,880W4 (kg/h) =1,200x12 =0.00084x14 =0.1000Parmetros Fsicos ("default")T2 (oC) =25.0T4 (oC) =80.0Cp1 (kcal/kg oC)0.44f12 (kg/h) =80f14 (kg/h) =120Cp2 l (kcal/kg oC)0.45f32 (kg/h) =99,800f24 (kg/h) =1,080Cp3 (kcal/kg oC)1r1 (kg/l)1.272r2 (kg/l)0.8834r3 (kg/l)1Ue(kcal / h m2 oC)500Uc (kcal / h m2 oC)500Ur (kcal / h m2 oC)100l2 (kcal/kg)94.14l3 (kcal/kg)505

Determinar as dimenses dos equipamentos, as vazes de vapor, de gua e de benzeno, necessrios para recuperar 60% do cido benzico presente em 100.000 kg/h de uma soluo aquosa a 0,20% e a 25 oC. A temperatura de operao do decantador deve ser de 25 oC e o tempo de residncia de 5 minutos. O evaporador opera presso atmosfrica (Te = 80 oC) e deve concentrar a soluo at 10% de cido benzico. O vapor se encontra a 150 oC e o condensado deve sair como lquido saturado. O benzeno deve deixar o condensador tambm como lquido saturado. A gua se encontra a 15 oC e deve ser aquecida no mximo at 30 oC no condensador e no resfriador.

SIMPROCSIMULAO DO PROCESSOW14 (kg/h) =1,080W12 (kg/h) =59,821W9 (kg/h) =227,53614T14 (oC) =25.0T12 (oC) =30.09T9 (oC) =30.012Ar (m2) =361Ac (m2) =1191310W10 (kg/h) =36,25536345W13 (kg/h) =36,255T10 (oC) =80.0T13 (oC) =25.0W11 (kg/h) =59,821W8 (kg/h) =227,536W5a (kg/h) =36,25511T11 (oC) =15.08T8 (oC) =15.015Erro Relativo =0.000000885127W15 (kg/h) =37,335T15 (oC) =25.0W5c (kg/h) =36,342W3 (kg/h) =37,455x13 =0.00325T5 (oC) =80.0T3 (oC) =25.0f13 (kg/h) =120Te (oC) =80.0f23 (kg/h) =37,335Td (oC) =25.0r =0.60Vd (L) =11,8523Ae(m2) =1t (min) =5.0123.9997414286k =4.0076W1 (kg/h) =100,000x11 =0.0020W7 (kg/h) =8,594W6 (kg/h) =8,594T1 (oC) =25.0T7 (oC) =150.0T6 (oC) =150.0f11 (kg/h) =200f31 (kg/h) =119,7602W2 (kg/h) =99,880W4 (kg/h) =1,200x12 =0.00084x14 =0.1000Parmetros Fsicos ("default")T2 (oC) =25.0T4 (oC) =80Cp1 (kcal/kg oC)0.44f12 (kg/h) =80f14 (kg/h) =120Cp2 l (kcal/kg oC)0.45f32 (kg/h) =99,800f24 (kg/h) =1,080Cp3 (kcal/kg oC)1r1 (kg/l)1.272r2 (kg/l)0.8834r3 (kg/l)1Ue(kcal / h m2 oC)500Uc (kcal / h m2 oC)500Ur (kcal / h m2 oC)100l2 (kcal/kg)94.14l3 (kcal/kg)505

Determinar:(a) as vazes, as temperaturas e as concentraes das correntes intermedirias e de sada; (b) as vazes de entrada de vapor no evaporador (W6) e de gua no condensador (W8); (c) a temperatura e o tempo de residncia no decantador. O procedimento modular iterativo e a varivel de abertura W5.Ao se Iniciar a simulao, os valores "default" das Variveis Especificadas e de W5a so restaurados, podendo ser modificados pelo usurio antes de se promover as Iteraes. A cada iterao o Erro Relativo calculado e apresentado. O procedimento pode ser interrompido ou reiniciado quando o usurio estiver satisfeito com o seu valor..

OTIMPROCOTIMIZAO DO PROCESSOReceita82,760273866.521462015155931.193170504W14 (kg/h) =89W12 (kg/h) =1,159W9 (kg/h) =2,245ISBL76,198155931.19317050414T14 (oC) =25.0T12 (oC) =39.09T9 (oC) =62.2Cutil23,15612LE8,944Ar (m2) =13Ac (m2) =6Iteraes1131310W10 (kg/h) =1125.3842592593W13 (kg/h) =1,125T10 (oC) =80.0T13 (oC) =25.0W11 (kg/h) =1,159W8 (kg/h) =2,24511T11 (oC) =15.08T8 (oC) =15.015W5 (kg/h) =1,1250W15 (kg/h) =1,214T5 (oC) =80.0T15 (oC) =25.05W3 (kg/h) =1,224x13 =0.0081T3 (oC) =25.0f13 (kg/h) =10Te (oC) =80.0f23 (kg/h) =1,214Td (oC) =25r =0.49Vd (L) =53131t (min) =5Ae (m2) =4k =476W1 (kg/h) =5,000x11 =0.0040W7 (kg/h) =270W6 (kg/h) =T1 (oC) =25.0T7 (oC) =150.0T6 (oC) =150.0f11 (kg/h) =20f31 (kg/h) =4,9802W2 (kg/h) =4,990W4 (kg/h) =99x12 =0.00204x14 =0.1000Parmetros Fsicos ("default")T2 (oC) =25.0T4 (oC) =80.0Cp1 (kcal/kg oC)0.44f12 (kg/h) =10f14 (kg/h) =10Cp2 l (kcal/kg oC)0.45f32 (kg/h) =4,980f24 (kg/h) =89Cp3 (kcal/kg oC)1r1 (kg/l)1.272r2 (kg/l)0.8834Investimentor3 (kg/l)1CustosIbQbmUe(kcal / h m2 oC)500p1 ($/kg)0.9700Decantador2401,136.00.66Uc (kcal / h m2 oC)500p2 ($/kg)0.0220Evaporador26,3006.10.67Ur (kcal / h m2 oC)100p3 ($/kg)0.00005Condensador1,3504.60.48l2 (kcal/kg)94.14pv ($/kg)0.0015Resfriador1,3504.60.48l3 (kcal/kg)505fo (h/a)8,640Bomba1,30010.00.68fLfDfTFatores (ISBL)311

Determinar as dimenses dos equipamentos, as vazes de vapor, de gua e de benzeno, necessrios para recuperar o cido benzico presente em 100.000 kg/h de uma soluo aquosa a 0,20% e a 25 oC. A temperatura de operao do decantador deve ser de 25 oC e o tempo de residncia de 5 minutos. O evaporador opera presso atmosfrica (Te = 80 oC) e deve concentrar a soluo at 10% de cido benzico. O vapor se encontra a 150 oC e o condensado deve sair como lquido saturado. O benzeno deve deixar o condensador tambm como lquido saturado. A gua se encontra a 15 oC . Variveis de Projeto: r, T9 e T12.