fluxogramas_viaveis
DESCRIPTION
chemical engeneering box fluxogramschemical engeneering box fluxogramschemical engeneering box fluxogramschemical engeneering box fluxogramschemical engeneering box fluxogramschemical engeneering box fluxogramschemical engeneering box fluxogramsTRANSCRIPT
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 1/27
1
10
100
1000
10000
1 10 100
% de sólidos na alimentação
D i â m e t r o
d e p a r t í c u l a s ( μ m )
Baseado em Dahlstrom e Cornell, 1971
Filtros ecentrífugas Hidrociclones S e
c a g e m
Classificadores
Sólido - líquido
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 2/27
D i â m e t r o d e p a r t í c u
l a s ( μ m )
Vazão de gás (ft3 /min)
Filtros (para todosos dp’s)
Separadores úmidos(dp>1μm)
Precipitadores eletrostáticosou
Filtrosou
Separadores úmidos(dp>1μm)
Bancos com multiciclones de pequenodiâmetro (dp>5μm)
Ciclones com elevado diâmetro e alta
eficiência (dp>15μm)
Câmaras gravitacionais (dp>50μm)
103 104 105 106
10-1
100
10+1
10+2
Sólido - gás
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 3/27
Flotação
Separadores eletrostáticos
Separadores magnéticos úmidos
Separadores
magnéticos secos
Jigs
Mesa separadora
Câmaras gravitacionais, ciclones
Centrífugas
Hidroseparadores
Hidrociclones
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Sólido - sólido
Diâmetro de partículas (μm)
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 4/27
Fase dispersa>30% ?
dp ≥ 200μm ?
SeparadorgravitacionalSeparador gravitacional+ equipamento adicional
Fase dispersa>15% ?
dp ≥ 200μm ?
Há espaço
suficiente?
Centrífugade discos
Sim Não
Sim Não Não Sim
Separadorgravitacional
Sim
Sim
Fase dispersa>5% ?
dp < 25μm ?
S i m
N ã o
m ?
S i m
N ã o
Decantadorde bandejas
N ã o
S i m
Líquido-líquido (imiscível)
dp > 25μm ?
Coalescedores
ou flotação
De
de
N
ã o
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 5/27
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 6/27
Ex 1-) Gere um fluxograma viável de um sistema para otratamento de água captada em um rio, para ser enviada às
utilidades de um processo. Considere as principaisespecificações da água do rio dadas na tabela. Proponha umaseqüência de equipamentos para remoção de sólidos,microorganismos e íons.
Sólidos totais (mg/L) 3,7
Faixa de diâmetro de partículados sólidos (micra)
0,2 – 130
Dureza total (íon positivos, mg/L) 1,5
Íons sulfatos, nitratos, fosfatos
(mg/L)
0,70
Oxigênio dissolvido (mg/L) 4,0
DBO (mgO2/L) 1,40
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 7/27
Ex 2-) Gere um fluxograma para obtenção do Argônio a partir do
ar atmosférico, com o processo criogênico, no qual O2 e N2 sãoseparados por destilação. Ar será arrastado com O2 e a destilaçãodesta mistura pode produzir uma corrente rica em O2 e umacorrente rica em Ar, contendo ainda O2. Pense na reação
O2+H2H2O.Composto % no ar Teb (°C)
N2 78,09 -195
O2 20,95 -182CO2 0,03 -78
Argônio 0,93 -186
Neônio 0,0018 -246
He 0,0005 -269
Kr 0,0001 -153
H2O Depende da umidade do ar 100
Fuligem Depende da composição
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 8/27
Ex 3-) Gere um fluxograma viável para a produção de P1e P2 a partir de um reagente R . O reagente é compradoe armazenado líquido em um tanque.Considere a seguinte rota:
R S1 + S2 r 1 = k 1.C R S1 P1 + P2 r 2 = k 2 . (C S1-C P1C P2 /K e )
Todos são líquidos. S2 não têm valor comercial. Aspropriedades dos compostos estão listadas na tabela.Mesmo escolhendo reatores adequados, a conversãonão é total, e as espécies corretas devem ser
recirculadas ao processo
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 9/27
Prop\Comp R S1 S2 P1 P2
Teb (°C a 1atm) 140 130 70 90 91
Isotermas emuma matriz
sólida
Solúvel emH2O?
Não Sim Não Não Não
Solúvel embenzeno?
Sim Não Sim Sim Sim
T=120°C
T=100°C
T=120°C
T=100°C
T=120°C
T=100°C
T=120°C
T=100°C
R é contém impurezas, incluindo sólidos 1<dp<5micra,espécies solúveis em H2O com Teb=138°C e espéciescom baixo ponto de ebulição. Todas as impurezas não
possuem valor comercial e devem ser descartadasantes dos reatores.
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 10/27
Ex 4-) Gere um fluxograma viável para a produção de P1e P2 a partir de reagentes R1+R2 . Os primeiro reagentedeve ser extraído a partir de folhas vegetais. O segundoreagente é gás em todas as condições experimentais.As seguintes reações ocorrem:
R1+3.R2 P1 + P2 R1+P1 S1 + 2*S2
R2+P1
S3 As propriedades das espécies estão apresentadas natabela. S1, S2 e S3 não possuem valor comercial. A
conversão de equilíbrio no reator é de 60% para areação de interesse.
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 11/27
Prop\Comp R1 R2 S1 S2 S3 P1 P2
Teb (°C a 1atm) 101 -189 123 73 110 64 64
Solúvel emH2O?
Sim Não Sim Sim Não Não Sim
Solúvel embenzeno?
Sim Não Não Não Sim Sim Não
O processo de extração de folhas pode arrastar uma pequena
quantidade de material particulado, com dP entre 0,1-3micra. Esteprocesso pode também arrastar compostos presentes nas folhascom Teb≈40°C.A Teb do benzeno = 80,1°C. No reator, somente as espécies
reagidas e formadas pela reação podem estar presentes. S3 nãodeve ser separado por destilação das misturas contendo S1+P2pois forma azeótropos.
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 12/27
Ex 5-) Gere um fluxograma viável para a produzir P partir de R .
R deve ser obtido a partir de um sólido sol1, que por sua vez écomprado em mistura com outro sólido sol 2. O sol1 possuipropriedades magnéticas. Após gaseificar, é preciso removergrande concentração de material particulado com dp entre 0,2-
35micra. R é então alimentado ao reator:
R P + S1R S1 + 3*S2
O reator opera com catalisador (30<dp<60) em leito fluidizado,que é desativado e deve ser regenerado com O2 em umregenerador. P pode ser facilmente separado pois adsorve-se
em uma matriz sólida, diferente de R, S1, S2. Não é vantajosorecuperação de R. O produto P adsorvido pode ser recuperadocom vapor, mas não é solúvel em água. Teb<-150°C para todos.
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 13/27
Ex 6-) Gere um fluxograma viável para a produção de ácido cítrico apartir de um xarope de açúcares. O xarope contém 3% sólidos
suspensos. O xarope contém cátions e ânions dissolvidosindesejados na fermentação. O processo é feito por fermentação comH2O + O2, com alimentação do xarope purificado + inócuo. A glicosereage para produzir ácido cítrico, contudo, a conversão não é total,
mas o reagente não reagido não é recuperado. Após a reação, deve-se remover os sólidos presentes (inócuo), obtendo-se o produto +substrato. Uma forma de recuperação do ácido cítrico é promover areação com cal hidratada (Ca(OH)2) e precipitação do produto. Emseguida, é necessário reagir com H2SO4 para solubilizar novamente o
ácido cítrico. Etapas de purificação são necessárias paradesmineralização. Etapas de concentração devem levar o ácido à fasesólida puro. Considere que dp dos sólidos <3micra sempre.
Fermentação
C12H22O11 + H2O + O2 2C6H8O7 + 4H2ORecuperação2C6H8O7 + 3Ca(OH)2 Ca3(C6H5O7) + 6H2OCa3(C6H5O7) + 3H2SO4 C6H8O7 + 3CaSO4
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 14/27
Matérias-prima
ProdutosProcesso
Açúcares +Ca(OH)
2+
H2SO4+Inócuo +
H2O +
ar
Ácidocítrico
Processo
H2O
Micélio
CaSO4
Impurezas
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 15/27
Açúcares Separação 1b Fermentação
Inócuo
Separação 1cH 2 O
Ar Separação 1a
Impurezas Separação 2
Micélio
Reator 2
Ca(OH)2
Separ 3
Ác + subst +H 2 O
Substrato
Reator 3
H 2 SO 4
CaSO 4
Separ 4
Íons
Concentração
Ác + íons + H 2 O
H 2 O Cristais de
ácido cítrico
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 16/27
Separação 1Purificação de ar pode ser feita através de um filtro.
Purificação de água conforme visto anteriormente.Purificação de açúcares semelhante à purificação deH2O
Açúcares
H 2 O
Ar Filtro
Ácido +base p/regeneração
Tr Iônica
Tr Iônica Armazen.
Filtro rot
FiltrosDec
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 17/27
FermentaçãoReações de fermentação geralmente são conduzidas
em batelada
Açúcares
H 2 O
Ar purificados
Reat a
Reat b
Reat c
Inócuo Açúcares + ác.Citrico + H 2 O +
micélio
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 18/27
Separação 2Podemos separar o micélio por filtração ou
centrifugação
Filtro
Açúcares + ác.Citrico + H 2 O +
micélio
Micélio
Açúcares + ác.Citrico + H 2 O
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 19/27
Reator 2 + Separador 2O reator 2 deve operar fazendo a mistura Ca(OH)2 com o
efluente do filtro. Para atingir a mistura, provavelmentetrata-se de um tanque agitado. Há precipitação comformação de sólidos que podem ser retirados por
filtração.
Reator 2
Açúcares + ác.Citrico + H 2 O
Ca(OH)2 Açúcares +
Ca 3 (C
6 H
5 O
7 ) +
H 2 O Filtro rot
Açúcares+H
2 O
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 20/27
Reator 3 + Separador 3A configuração é completamente análoga à anterior.
Reator 3
H 2 SO 4 + H 2 O
CaSO 4 (C 6 H 8 O 7 ) +
H 2 O Filtro rot
CaSO 4
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 21/27
Separação 4 + ConcentraçãoPodemos retirar os íons por troca iônica. Podemos
concentrar o utilizando evaporadores. Em seguida,transformamos em cristais sólidos por cristalização.Retiramos os cristais por centrifugação ou filtração e
fazemos a secagem.Ácido +base p/regeneração
Tr Iônica
Íons
Evaporação
H 2 O
Cristalização
H 2 O
Filtro
H 2 O
Secagem
H 2 O
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 22/27
Ex 7-) Elabore o fluxograma para da água ácida, que contém NH3 eSO2. Ambos são solúveis em água e mais solúveis em dietilamina, um
solvente caro. Sob certas condições de pressão e temperatura NH3 eSO2 podem tanto se solubilizar em dieltilamina quanto permaneceremna fase gás. Pontos de ebulição SO2 = -10°C e NH3 = -33°C.
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 23/27
Ex 8-) Frações orgânicas A+B+C+D+contaminante são separadas emuma coluna de destilação fracionada. Para isto, injeta-se vapor vivo
na coluna. O vapor d’água arrasta o componente mais leve da colunaA+contaminante. As retiradas laterais de líquido da coluna dedestilação contém a fração desejada e alguma quantidade de fraçõesmais leves. A fase orgânica pode ser condensada facilmente no topo,seguindo na fase gás H
2O+contaminante. O contaminante não pode
ser separado da água por destilação, mas possui alta afinidade porum solvente SOLV1 a uma temperatura de 150°C e baixa afinidade poreste mesmo solvente a uma temperatura de 180°C. Você deve removero cont da água e obter as frações puras.
A+B+C+D+contaminante
D e s t i l a ç ã o
Vapor
Vapor+A+cont
B+A
C+B
D+C
CondVapor+cont
A
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 24/27
Nas retiradas laterais, podemos efetuar a separação por stripping de gasescom vapor, uma vez que queremos retirar frações de voláteis em líquidos.Para remover o contaminante da água, podemos utilizar absorção com
SOLV1. Depois, realizamos um stripping apenas com calor deste mesmosolvente.
A+B+C+D+contaminante
D e s t i l a ç ã
o
Vapor
Vapor+A+cont
B+A
Cond
Vapor+cont
A
Strip.
Vap+A
B
Vap
C+B Strip.
Vap+B
C
Vap Vap
D+C Strip. D
Vap
Vap+C
Absorção
SOLV1
Vapor
SOLV1+cont Strip. cont
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 25/27
Ex 9-) Proponha um fluxograma do processo em diagrama de blocospara a produção de açúcar e álcool a partir da cana. Composições
típicas da cana e dos sólidos solúveis contidos na cana estãoapresentados a seguir.
Componente (% mássica)
Água 73-76
Sólidos totais 24-27
Sólidos solúveis 10-16
Fibras (base seca) 11-16
Tabela - Composição típica da cana
Componente (% mássica) Componente (% mássica)
Sacarose 70-91 Aminoácidos 0,5-2,5Glicose 2-4 Proteínas 0,5-0,6
Frutose 2-4 Amido 0,001-0,0015
Sais 3-5 Gomas 0,3-0,6
Ácidos
inorgânicos
1,5-4,5 Ceras e graxas 0,005-0,015
Ácidos
orgânicos
1-3 Outros 3-5
Ácidos
carboxílicos
1,1-3
Tabela - Composição típica dos sólidos solúveis
Ao caldo deve ser adicionado SO2 (sulfitação) para inibição dereações que promoveriam odores e cor inadequadas. Também deveser adicionado Ca(OH)2 (calagem), visando neutralizar ácidos. A
presença de Ca e SO4 forma precipitado, que ao decantar, arrastaimpurezas.
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 26/27
Matérias-prima
ProdutosProcesso
Cana de açúcar
+ Água+ SO2
+ Ca(OH)2
AçúcarProcesso
H2O
Sólidos+ CaSO4
C (OH)
7/21/2019 Fluxogramas_viaveis
http://slidepdf.com/reader/full/fluxogramasviaveis 27/27
Moendas Absorção
H 2 O quente
Bagaço p/
caldeira
SO 2
Caldo Tanque demistura
Ca(OH)2
Decantação
ana deaçúcar
Sólidos Evaporação
Água
Cozimento
Cristalização
Água
Filtração
Água
Secagem
Água
Filtro Torta
Líquido