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PROCESSO QUÍMICO

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Processo quimico

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PROCESSO QUÍMICO

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ENGENHARIA QUÍMICA

Conceitos básicos da Engenharia Química.• Engenharia Química: É o ramo da Engenharia envolvido com

processos, em que as matérias-primas sofrem modificaçõ es na sua composição, conteúdo energético ou estado físico , por meio de processamento, no qual os produtos resultantes venh am a atender a um determinado fim.

• Numa definição mais formal, dada pelo American Institute of ChemicalEngineers (AIChe), “Engenharia Química é a área/profissão que dedica-se à concepção, desenvolvimento, dimensionamento, melhoramento e aplicação dos Processos e dos seus Produtos. Neste âmbito inclui-se a análise econômica, dimensionamento, construção, operação, controle e gestão das Unidades Industriais que concretizam esses Processos, assim como a investigação e formação nesses domínios”.

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PROCESSO QUÍMICO

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PROCESSO QUÍMICO

Processo Químico é um conjunto de etapas, na transformação de uma dada matéria-prima em um ou mais bens de consumo, que envolvem alterações na composição química e/ou alterações físicas no material que está sendo preparado, ou separado ou purificado.

Conceitos básicos da Engenharia Química.

Matérias-Primas

Etapas de Tratamento

Físico

Etapas de Tratamento

Químico

Etapas de Tratamento

FísicoProdutos

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PROCESSO QUÍMICO

• Processo Descontínuo (Batelada) Um processo industrial que prioritariamente programa curtos ciclos de produção de produtos. As condições de operação variam com o tempo (regime transiente); equipamentos de menor porte; processamento de uma pequena quantidade de material comparado com o processo contínuo.

• Processamento contínuo : Processo no qual as interrupções são mínimas em qualquer corrida de produção ou entre corridas de produção de produtos que exibam características de processo, tais como líquidos, fibras, pulverizados, gases. É um processo mais caro, e precisa de um alto investimento inicial. Apresentam equipamentos maiores e tecnologia mais avançada. As condições de operação não variam com o tempo. Apresenta conversões mais altas do que o processo descontínuo.

Conceitos básicos da Engenharia Química.

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Engenharia QuímicaConceitos básicos da Engenharia Química.

Balanço Material: Equação do Balanço de massa ou da conservação da massa.

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PROCESSO QUÍMICO

A indústria química recebe a (as) matéria (as) prima (as) e gera produtos; a matéria prima pode ser separada em frações (sem sofrertransformação química) ou em outros produtos(sofrendo transformação química).

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PROCESSO QUÍMICO

A indústria química recebe a (as) matéria (as) prima (as) e gera produtos; a matéria prima pode ser separada em frações (sem sofrertransformação química) ou em outros produtos(sofrendo transformação química).

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PROCESSO QUÍMICO

O PROCESSO QUÍMICO COMPREENDE VÁRIAS ETAPAS:

•PREPARAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS•REAÇÕES QUÍMICAS•PURIFICAÇÃO DO PRODUTO

•PRODUTO FINAL

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PROCESSO QUÍMICOPROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO

Processo Contínuo:

Fluxo constante de matérias-primas e de produtosem todos os equipamentos.

Processo Descontínuo (por batelada):

Um equipamento é carregado com as matérias-primas, a operação ou a conversão ocorrem apósum tempo determinado, quando então o produto édescarregado.

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PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO

O processo contínuo exige uma instrumentação de processo mais complexa, que não somente registre, mas também controle as variáveis do processo (temperatura, vazão, pressão...).

É necessário controlar os desvios e corrigi-los rapidamente.

Controle informatizado do processo.

Custos são altos para pequenas produções mas se diluem para grandes produções.

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PROCESSO CONTÍNUO E PROCESSO DESCONTÍNUO

O processo descontínuo é utilizado quando o volume de produção é pequeno, quando o custo de produção é mais favorável que o do processo contínuo ou quando condições de segurança são fundamentais.

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ESCOAMENTO PARALELO E CONTRACORRENTEEscoamento paralelo e contracorrente. Em muitas operações de transferência de massa ou de energia é necessário colocar em contato duas correntes de fluidos, seja diretamente – no caso de transferência de massa – ou indiretamente no caso de transferência de energia- para que ocorra a modificação desejada. A transferência pode ser realizada com as duas correntes escoando na mesma direção ou em direções contrárias. Quando o escoamento ocorre com os fluidos na mesma direção diz-se que o escoamento é em paralelo, e quando em direções contrárias diz-se que é em contracorrente (é o mais usual, pois se consegue uma transferência de massa ou energia muito maior do que em escoamento em paralelo).

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PROCESSO QUÍMICO (Processo de Produção de Amônia)

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– Conceituação das Principais Operações unitárias da Ind.Química

• Definição Operações Unitárias

• Tipos de Op.Unitárias:

• Mecânicas

• Transferência Calor

• Transferência de Massa

• Principais Aplicações na Indústria

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Definição Operações Unitárias

• Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de "ope ração unitária", segundo o qual um processo químico seria dividido em uma série de etapas que podem incluir: transferência de massa, tra nsporte de sólidos e líquidos, destilação, filtração, cristaliz ação, evaporação, secagem, etc. Cada uma das etapas seqüenciais numa linha de produção industrial é, portanto, uma operaopera çção unitão unit ááriaria . O conjunto de todas as etapas, compõe um processo unitário.

• Portanto, , OperaOperaçções Unitões Unitááriasrias são seqsão seqüüências de operaências de operaçções ões ffíísicas necesssicas necessáárias rias àà viabilizaviabilizaçção econômica de um processo ão econômica de um processo ququíímico.mico.

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Tipos de Operãções Unitárias - Mecânicas

•• OperaOpera çções Unitões Unit áárias Mecânicasrias Mecânicas– São as operações de transporte e separação de fluidos.

– Conceitos de Mecânica dos Fluidos

•• DefiniDefini çção de fluidoão de fluido : É uma substância, que ao ser submetida àuma tensão de cisalhamento, ao invés de deformar-se como um sólido, escoa. São basicamente, líquidos, gases e partículas fluidizadas.

• Para o estudo das operações de transporte e separação de fluidos, é importante o estudo de mecânica dos fluidosmecânica dos fluidos , ou seja, o comportamento desses fluidos quando submetidos a ação de uma força.

• Características dos fluidos mais importantes para o dimensionamento de equipamentos e processos: viscosidade e pressão

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Tipos de Operãções Unitárias - Mecânicas

•• OperaOpera çções Unitões Unit áárias Mecânicasrias Mecânicas– São as operações de transporte e separação de fluidos.

• Transporte e Armazenamento Fluidos–– BombasBombas

» Centrífugas(rotor)» Deslocamento Positivo (pistão): aplicação nas ind. farmacêutica

e alimentos– Válvulas (controle e bloqueio)– Tubulações– Medidores de Vazão– Vasos Pressurizados

• Separação Fluidos– Centrifugação (aplicação principal: ind.laticínios – separação leite e

nata)– Filtração (sólido/líquido)

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Tipos de Operãções Unitárias - Mecânicas

•• BombasBombas

– Cálculo de uma bomba:• Altura manométrica (AMT) : Diferença entre a pressão

de descarga e pressão de sucção. É função da altura que se deseja levar o fluido, da perda de carga na tubulação e na pressão que se deseja levar o fluido.

– Seleção do material:• Dependendo da aplicação e do tipo de fluido (aço

carbono, aço inox, etc.)Exemplo: Manual KSB

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• OperaOpera çções Unitões Unit áárias de Transferência de Calorrias de Transferência de Calor– São as operações de troca térmica entre fluidos.

– Conceitos de Troca de Calor• Mecanismos de troca de calor

– Condução – contato entre dois corpos

– Convecção – Mistura de fluidos

– Radiação – ondas de calor

– Principais equipamentos de Transf.Calor:• Trocadores de Calor• Evaporadores – concentração de soluções, retirando

solvente. Exs.: suco de laranja, licor negro na fabricação celulose

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• Trocadores de CalorTrocadores de Calor– Trocador de calor ou Permutador de Calor é o dispositivo que efetua a

transferência de calor de um fluido para outro.

– Conforme o serviço os trocadores podem exibir designações especiais:

Condensador; Vaporizador; Refervedor ; Aquecedor; Resfriador;– A transferência de calor pode se efetuar de quatro maneiras principais:

• pela mistura dos fluidos;

• pelo contato entre os fluidos; • com armazenagem intermediária; e

• através de um parede que separa os fluidos quente e frio.

– Principais tipos de trocadores de calor:• Casco e Tubos (mais comum na indústria – boa rel.custo/benefício)

• Duplo Tubos (menor eficiência)

• Placas (Necessidade de maior área de troca – Ind. Alimentos)

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• Dimensionamento de Trocadores de Calor :Dimensionamento de Trocadores de Calor :

– Parâmetros importantes:

• Temperaturas (T1 e T2)

• Tipos dos fluidos e características térmicas (cp) e físicas (viscosidade, densidade)

– Carga térmica – Q=m.cp.∆T

• Cálculo do U (coef. troca térmica)– Função das vazões de escoamento, propriedades físico-químicas dos

fluidos (densidade, cp) e do diâmetro/àrea escoamento.

• Área de troca térmica (A)– Q= U.A.LMTD LMTD = (DQ – DF)/ ln (DQ/DF)

LMTD= diferença de temperatura média logarítmica

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• Trocadores de CalorTrocadores de Calor• Exemplos:

– Casco e tubos

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• Trocadores de CalorTrocadores de Calor• Exemplos:

– Placas

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa

•• OperaOpera çções Unitões Unit áárias de Transferência de Massarias de Transferência de Massa– São as operações de separação de fluidos miscíveis– Conceitos de Físico-Química:

• Propriedades das soluções – principalmente diferenças de Pontos de Ebulição

• Diagramas temperatura-composição– Principais operações de transf.massa:

• Destilação• Absorção – soluções líquido/gás. Ex.: Processo de

desasfaltação em refinação de petróleo – extração com GLP de componentes voláteis de resíduo de destilação.

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa

•• DestilaDestila ççãoão– Processo separação dos componentes de uma mistura,

baseado na diferença de pontos de ebulição de seus componentes.

– Equipamento utilizado: Colunas de Destilação– Principais parâmetros para projeto de colunas:

• Vazões fluidos• Composição produtos (topo/fundo)• Propriedades físico-químicas (Ponto ebulição, Curvas

equilíbrio líquido vapor)• Calcula-se diâmetro da coluna e nºestágios

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa

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Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa

•• DestilaDestila ççãoão– Exemplo 2:

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• Shreve, N. e Brink, J. - Indústrias de Processos Químicos -4ªedição, Ed.LTC

• Perry,R. e Chilton, C. – Chemical Engineer´s Handbook, 5th Ed., Ed.McGraw-Hill

• Brasil, N. I.- Introdução a Engenharia Química- Editora Interciência.

Bibliografia