quimica industrial

Formao Modular

Q um ica Industrial

C O M U N ID A D E E U R O P E IA F un d o S o cia l E u rop e u

INSTITUTO DO EMPREGO E FORMAO PROFISSIONAL

IEFP ISQ

Coleco Ttulo Suporte Didctico Coordenao Tcnico-Pedaggica

MODULFORM - Formao Modular Qumica Industrial Guia do Formando IEFP - Instituto do Emprego e Formao Profissional Departamento de Formao Profissional Direco de Servios de Recursos Formativos CENFIM - Centro de Formao Profissional da Indstria Metalrgica e Metalomecnica ISQ - Instituto de Soldadura e Qualidade Direco de Formao Eduardo Dias Lopes SAF - Sistemas Avanados de Formao, SA ISQ / Jos Artur Almeida OMNIBUS, LDA SAF - Sistemas Avanados de Formao Instituto do Emprego e Formao Profissional Av. Jos Malhoa, 11 1000 Lisboa Portugal, Lisboa, Junho de 1998 200 Exemplares 127-664-98 972-732-466-5

Apoio Tcnico-Pedaggico

Coordenao do Projecto

Autor Capa Maquetagem e Fotocomposio Reviso Produo Propriedade

1. Edio Tiragem Depsito Legal ISBN

Copyright, 1998 Todos os direitos reservados IEFP Nenhuma parte desta publicao pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma ou processo sem o consentimento prvio, por escrito, do IEFP Produo apoiada pelo Programa Operacional Formao Profissional e Emprego, co-financiado pelo Estado Portugus, e pela Unio Europeia, atravs do FSEM.S.03

Guia do Formando

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Actividades / Avaliao

Bibliografia

Caso de estudo ou exemplo

Destaque

ndice

OBJECTIVOS GERAISObjectivos

Conhecer processos qumicos industriais. Da unidade temtica I IX, faz-se referncia aos processos industriais de sntese e de separao e aos principais equipamentos usados nas indstrias qumicas. Nas unidades temticas seguintes, abordam-se as principais indstrias de qumica orgnica, inorgnica e biotecnologia.

Recurso a diapositivos ou transparncias

Recurso a software

Recurso a videograma

Resumo

M.T.09

Qumica Industrial Guia do Formando

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ndice Geral

NDICE GERAL I - INTRODUO AOS PROCESSOS QUMICOS INDUSTRIAIS

Introduo Classificao da Indstria Qumica Operaes unitrias Resumo Actividades / Avaliao

I.2 I.3 I.4 I.6 I.7

II - MOAGEM

Introduo Tipos de equipamentos. Princpios gerais Classificao dos equipamentos de moagem Resumo Actividades / Avaliao

II.2 II.2 II.3 II.12 II.13

III - MISTURA E DOSAGEM

Introduo Mistura de slidos Mistura de lquidos Agitao por ar comprimido Mistura de slidos com lquidos Misturadores de gases e de lquidos com gases Mistura de solues coloidais Dosagem Resumo Actividades / Avaliao

III.2 III.2 III.3 III.5 III.6 III.7 III.7 III.7 III.9 III.10

IV - PENEIRAO E CLASSIFICAO. SEPARAO ELCTRICA E MAGNTICA

M.T.09

Peneirao Classificao e separao por densidade Classificao por flutuao Separao elctrica

IV.2 IV.2 IV.6 IV.7

Qumica Aplicada Guia do Formando

IG . 1

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ndice Geral

Separao magntica Resumo Actividades / Avaliao

IV.9 IV.10 IV.11

V - EXTRACO, SEDIMENTAO E ESPESSAMENTO

Introduo extraco Aspectos prticos da extraco Instalaes piloto e instalaes industriais Sedimentao e espessamento

V.2 V.4 V.4 V.5

Introduo aos fenmenos de sedimentao e espessamento V.5 Sedimentao em lquidos Sedimentao em gasesV.5 V.7 V.9 V.10

Resumo Actividades / Avaliao

VI - FILTRAO, PRENSAGEM E CENTRIFUGAO

Conceito de filtrao Fenmenos associados filtrao Tipos de filtros Princpios bsicos da centrifugao Tipos de equipamentos usados na centrifugao Resumo Actividades / Avaliao

VI.2 VI.2 VI.4 VI.8 VI.8 VI.12 VI.13

VII - EVAPORAO, SECAGEM E CRISTALIZAO

M.T.09

Introduo Mecanismos de evaporao e tipos de equipamentos Mecanismos de secagem e equipamentos Introduo cristalizao Equipamentos usados na cristalizao e factores fsicos associados Resumo Actividades / Avaliao

VII.2 VII.2 VII.15 VII.22

VII.22 VII.27 VII.28


IG . 2

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ndice Geral

VIII - DECANTAO, DESTILAO E CONDENSAO

Introduo Aspectos prticos da destilao Resumo Actividades / Avaliao

VIII.2 VIII.2 VIII.6 VIII.7

IX - ABSORO E ADSORO DE GASES

Introduo ao fenmeno de absoro Aparelhagem usada Introduo ao fenmeno de adsoro Aparelhagem usada Resumo Actividades / Avaliao

IX.2 IX.2 IX.6 IX.6 IX.10 IX.11

X - INTRODUO INDSTRIA DE QUMICA ORGNICA

Combustveis e sua utilizao Coqueficao da hulha Borracha Plsticos sintticos Fibras txteis artificiais e sintticas leos, gorduras e ceras animais e vegetais Sabo e detergentes sintticos Petrleo e seus derivados Petroqumica Qumica Industrial da madeira Acar e amido Fertilizantes orgnicos naturais Insecticidas, fungicidas e herbicidas orgnicos Corantes Outros produtos orgnicos Resumo Actividades / Avaliao

X.2 X.5 X.7 X.8 X.10 X.11 X.12 X.14 X.27 X.30 X.33 X.34 X.34 X.35 X.36 X.37 X.39

M.T.09


IG . 3

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ndice Geral

XI - INTRODUO INDSTRIA DE QUMICA INORGNICA

cido sulfrico e enxofre Derivados do azoto Cloreto de sdio Carbonato de sdio cido clordrico Sal de Glauber Soda custica e cloro Fosfatos, fsforo, fertilizantes e sais potssicos Explosivos qumicos Resumo Actividades / Avaliao

XI.2 XI.4 XI.7 XI.8 XI.9 XI.10 XI.11 XI.13 XI.14 XI.15 XI.16

XII - INTRODUO BIOTECNOLOGIA

Reactores bioqumicos Esterilizao Recuperao de produtos bioqumicos Resumo Actividades / Avaliao

XII.2 XII.5 XII.7 XII.9 XII.10

ANEXO I - Introduo s Unidades e Dimenses

Unidades e dimenses Conceito de mole Densidade Peso especfico Volume especfico Fraco molar e fraco de peso Unidades de concentrao Temperatura Presso Resumo Actividades / Avaliao

AI.2 AI.8 AI.9 AI.9 AI.10 AI.10 AI.10 AI.11 AI.11 AI.15 AI.16

ANEXO II - Peneirao e Peneiros

Peneirao e peneiros

AII.1 B.1

BIBLIOGRAFIAM.T.09


IG . 4

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Introduo aos Processos Qumicos Industriais

M.T.09

Ut.01


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OBJECTIVOS

No final desta unidade temtica, o formando dever estar apto a:

Distinguir o que so operaes unitrias e tipos de indstrias; Classificar Indstrias Qumicas nos seus vrios ramos.

TEMAS

Ut.01

Introduo Classificao da Indstria Qumica Operaes unitrias Classificao das reaces qumicas Resumo Actividades / Avaliao

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I . 1

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INTRODUO

A Qumica Industrial uma rea tecnolgica que tem por objectivo transformar as matrias-primas bsicas em produtos que podem ser, directamente ou indirectamente, consumidos pelo Homem. Esta transformao parte de alguns princpios bsicos da Qumica, usando equipamentos de grande dimenso. Portanto, como em qualquer outro ramo de engenharia aplicado Indstria, tudo se resume em projectar e fabricar. Para tal, e para compreender o funcionamento de uma unidade industrial, ser necessrio efectuar o projecto duma instalao, conhecer os vrios processos de fabricao, orden-los numa forma lgica e sequencial e introduzir os equipamentos necessrios para esse fim. Deste modo, para se conhecer uma unidade industrial necessrio estudar:

Operaes unitrias; Combustveis e utilizao racional de energia; Materiais de construo (em que a resistncia corroso uma componente importante); Controlo industrial.

Voltando ao tema inicial, os bens de consumo podem ser obtidos pelos vrios tipos de indstrias:

Indstrias alimentares; Indstria do vesturio; Indstria de produtos de construo; Indstria de produtos de iluminao e aquecimento; Indstria de produtos destinados agricultura; Indstria de meios de transporte; etc.

Os produtos fabricados e o consumo per capita definem o nvel de vida. Muitos destes produtos podem ser destinados ao consumo ou exportao. No entanto, quando existe uma sobreproduo desses produtos, esta acaba por se reflectir no desenvolvimento das populaes.Ut.01 M.T.09

Componente Cientfico-Tecnolgica Guia do Formando

Qumica Industrial

I . 2

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CLASSIFICAO DA INDSTRIA QUMICA

A Indstria Qumica tem um largo campo de aco, que abrange os seguintes tipos:

Tipos de Indstria Qumica

produtos metalrgicos ferro, ao no-ferrosos indstrias bsicas de qumica inorgnica cido sulfrico amonaco sais naturais cloro e bases adubos indstrias electroqumicas combustveis petrleo e derivados gs produtos pesados produtos de destilao da madeira carvo gases industriais produtos cermicos cermica em geral cal cimentos produtos orgnicos naturais acar amido papel celulose borracha resinas e gomas leos, gorduras e ceras sabo e glicerol colas e gelatinas, etc. produtos orgnicos artificiais (sintticos) corantes e solues plsticos explosivos detergentes gases militares perfumes produtos farmacuticos, etc.

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Ut.01


Qumica Industrial

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OPERAES UNITRIAS

Numa Indstria Qumica existe um nmero de operaes que esto sempre presentes para se produzirem os objectivos finais, as quais se podem sintetizar do seguinte modo:

Transporte e mistura dos reagentes; Realizao das reaces qumicas; Separao e transporte dos produtos de reaco.

A realizao das operaes anteriormente resumidas fazem-se custa das chamadas operaes unitrias da indstria e que so as seguintes:

Transporte de slidos Transporte de lquidos Transporte de gases Moagem Mistura Transmisso de calor Evaporao Hidratao e desidratao Peneirao Classificao e separao por densidades Separao elctrica e magntica Extraco Sedimentao e decantao Filtrao Centrifugao Secagem Cristalizao Destilao Absoro

As operaes entre a peneirao e absoro so tambm conhecidas por aces de separao. Na realizao das reaces qumicas existem tambm formas de classificao, sendo cada tipo de reaco conhecido por processo unitrio. So eles os seguintes: Realizao das reaces qumicas

M.T.09 Ut.01

Combusto Oxidao


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I . 4

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Neutralizao Tratamento por bases Electrlise Dupla decomposio Calcinao Nitrao Esterificao Reduo Amonlise Halogenao Sulfonao Hidrlise Hidrogenao Alquilao Reaco de Friedel e Craft Condensao e polimerizao Diazotao Fermentao Pirlise, etc.

Todos estes factores constituem a base de projecto e funcionamento duma Unidade Qumica, sendo resumidas no chamado diagrama de fabrico ou flow-sheet. Modernamente, estes diagramas esto introduzidos em computadores de processo e podem fornecer em cada instante um output do funcionamento duma dada Unidade.

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Ut.01


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RESUMO

A Engenharia Qumica est estruturada em determinados princpios bsicos que permitem ordenar o seu estudo. A ordenao das Indstrias em tipos permite agrupar tambm princpios especficos comuns a cada uma. A abordagem das operaes unitrias possibilita estabelecer em que medida que, numa unidade industrial, se podem juntar os vrios processos para se poder produzir uma determinada substncia qumica.

M.T.09

Ut.01


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ACTIVIDADES/AVALIAO

1. O que entende por uma operao unitria numa unidade de processo qumico? 2. Qual a razo por que se devem estudar os materiais de construo numa indstria qumica? 3. Que entende por controlo industrial? 4. Que diferena existe entre Indstria de Qumica Orgnica e Inorgnica? 5. Em sua opinio, de que modo se devem abordar as reaces qumicas numa indstria qumica?

M.T.09

Ut.01

Componente Prtica Guia do Formando

Qumica Industrial

I . 7

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Moagem

M.T.09

Ut.02


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Moagem

OBJECTIVOS


Explicar o que moagem e identificar quais os objectivos numa Indstria Qumica; Classificar os tipos de moinhos.

TEMAS

M.T.09 Ut.02

Introduo Tipos de equipamentos. Princpios gerais Classificao dos equipamentos de moagem Resumo Actividades / Avaliao


II . 1

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Moagem

INTRODUO

Aps o transporte de matrias-primas numa Unidade Qumica, segue-se a mistura das mesmas. Esta, para ser eficiente, implica que as dimenses dos componentes (ou reagentes) seja to pequena quanto possvel. No caso de lquidos, a fase de subdiviso faz-se na mistura. No entanto, no caso dos slidos necessrio que se faa uma operao preliminar de moagem. A moagem consiste em reduzir as partculas de determinado volume ou granulometria noutras de menor dimenso, submetendo essas partculas a aces mecnicas superiores tenso de rotura. Os esforos de tipo mecnico mais eficientes pare este efeito, so os de compresso e de corte, actuando na prtica simultaneamente.

TIPOS DE EQUIPAMENTOS / PRINCPIOS GERAIS

Com base nos mecanismos fsicos associados moagem (compresso e corte), possvel estabelecer os princpios de funcionamento dos equipamentos. Assim, a compresso pode obter-se do seguinte modo:

efeito entre duas superfcies planas ou curvas que se afastam de modo a permitir a entrada da matria-prima e que, em seguida, se aproximam; por rolamento entre duas superfcies planas ou curvas permitindo reduzir, sucessivamente, o afastamento entre elas efectuando, deste modo, a compresso; percusso de uma dada massa sobre a matria-prima a triturar.

Por sua vez, os esforos de corte so produzidos pelos processos seguintes:

escorregamento de duas superfcies, uma sob a outra; por percurso dos pedaos de forma no-uniforme.

Podem tambm conjugar-se os esforos de compresso e corte, obtendo-se um efeito misto:

Ut.02

escorregamento de uma superfcie sobre a outra; idntico ao anterior, usando tambm a energia cintica das massas em contacto (da matria-prima).

M.T.09


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Moagem

CLASSIFICAO DOS EQUIPAMENTOS DE MOAGEM

Os equipamentos de moagem podem-se classificar nas seguintes categorias.

Tipos de Indstria Qumica

aparelhos que reduzem partculas mdias e grossas ou britadores; aparelhos que reduzem partculas mdias e finas ou trituradores; aparelhos que reduzem partculas finas e muito finas ou moinhos; aparelhos que reduzem partculas muito finas e coloidais ou moinhos coloidais.

A classificao granulomtrica pouco rigorosa em termos quantitativos. No entanto, pode-se fazer a seguinte diviso:

partculas grossas: 50 a 1500 mm; partculas mdias: 1 a 50 mm; partculas finas e muito finas: inferiores a 1 mm; partculas coloidais: inferiores a 1 mcron.

Britadores Os britadores exercem um esforo de compresso sobre a superfcie a moer, atravs de aperto entre superfcie de distncia varivel, que se afastam para receber o produto e que se aproximam para efectuar o escorregamento. Existem vrios tipos de britadores:

britadores de superfcie plana (Blake e Dodge) (Fig. II.1); britadores de superfcie curva (Fig. II.2).

Nos britadores de superfcie plana, uma das superfcies fixa e a outra mvel em torno de um veio horizontal, sendo o movimento comunicado por um excntrico. As superfcies tm o nome de mandbula ou maxilas, podendo ser lisas ou dentadas (para superfcies muito duras). os britadores de superfcie curva, as maxilas so substitudas por dois tronco-cones, sendo o fixo oco e o mvel macio.

M.T.09

Ut.02


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Moagem

Fig. II.1 Britadores de superfcies planas (Blake e Dodge)

Fig. II.2 Britadores de superfcies curvasUt.02 M.T.09


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II . 4

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Moagem

Trituradores Os trituradores so equipamentos de moagem que podem trabalhar por rolamento de superfcies umas sobre as outras, por aperto entre duas superfcies e por percusso. Nos trituradores por rolamento, este conseguido por duas ou mais superfcies cilndricas que rolam sobre um plano horizontal ou sobre outra superfcie cilndrica: trituradores de galgas (Fig. II.3) e trituradores de cilindros (Fig. II.4).

Fig. II.3 Triturador de galgas

Fig. II.4 Triturador de cilindros

M.T.09

Ut.02


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Moagem

Nos trituradores que utilizam a fora centrfuga (trituradores Symons ou de discos), o mecanismo bsico constitudo por duas superfcies cnicas, cujas bases se encontram voltadas uma para a outra e que possuem movimento de rotao, em torno de dois eixos diferentes, no mesmo sentido e com a mesma velocidade (Fig. II.5).

Fig. II.5 Triturador de Symons

O disco interior est montado num veio descentrado possibilitando um afastamento ou uma aproximao. Nos trituradores por percusso ou de compresso a actuao feita deixando cair em cima da substncia um determinado nmero de massas que esto montadas em eixos verticais, accionadas por um veio de cones horizontal, mas que, devido ao baixo rendimento, so pouco usados. Os trituradores de percusso mais comuns (fora de corte) so os de martelo (Fig. II.6).

Fig. II.6 Triturador de MartelosUt.02 M.T.09


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II . 6

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Moagem

Os martelos so peas articuladas na superfcie do cilindro e que se mantm em posio radial, devido fora centrfuga. As partculas a triturar por aco dos martelos so obrigadas a adquirir uma determinada velocidade, devendo atingir a energia necessria para se dar a fractura. Um outro tipo de trituradores de percusso (por corte) so os trituradores de dentes Fig. II.7; o cilindro, em vez de martelos, tem dentes.

Fig. II.7 Trituradores de percusso

Os trituradores centrfugos, desintegradores de gaiola ou moinhos Carr (Fig. II.8), so constitudos por dois discos paralelos em que esto montadas barras dirigidas segundo geratrizes de vrios cilindros concntricos; os discos possuem movimento de rotao com sentidos inversos. A substncia a moer entra pela parte central e lanada para a periferia devido fora centrfuga, sendo triturada ao passar pelas barras.

M.T.09

Ut.02

Fig. II.8 Trituradores centrfugos


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II . 7

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Moagem

Moinhos Os moinhos baseiam-se no aperto por rolamentos de superfcie devido a esforos de corte e a esforos mistos. A moagem por rolamentos semelhante dos trituradores de cilindros, mas os eixos destes no so fixos, de modo a obrigarem as roletes a encostarem contra as paredes do moinho (por meio de molas ou de fora centrfuga) Fig. II.9 e II.10.

R

Fig. II.9 Moagem por presso por mola

M.T.09

Ut.02

Fig. II.10 Moagem de presso por fora centrfuga


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II . 8

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Moagem

Nos moinhos por meio de fora centrfuga existem dois tipos de moagem (Griffin e Raymond), sendo o segundo o mais potente e onde se obtm maior eficcia. A moagem por corte consegue-se por meio de duas ms sobrepostas (Fig. II.11), com o mesmo dimetro, sendo uma fixa e outra mvel, com um plano de contacto e com uma ranhura de modo a permitir a entrada de matria-prima a moer por um esforo de corte.

Fig. II.11 Moagem por corte

Nos moinhos de esforo misto, exercidos s por escorregamento, o princpio de funcionamento semelhante aos dos moinhos pendulares, em que os roletes so substitudos por esferas de ao (Fig. II.12).

Alimentao

Zona de moagem

Veio

Fig. II.12 Moinho de esferaUt.02 M.T.09


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Moagem

O movimento de rotao comunicado por braos montados num veio central. Nos moinhos de esfera, o princpio de funcionamento baseia-se na queda de esferas de ao, slex ou porcelana que caem em cima da substncia a moer, com uma aco de corte junto s paredes. A blindagem destes moinhos cilndrica com um movimento de rotao em torno do eixo (que se encontra numa posio horizontal). A velocidade de rotao tal de modo a que as esferas estejam em contacto com as paredes e que caiam do ponto mais alto. Moinhos coloidais Como se referiu anteriormente, so sistemas de moagem para partculas de granulometria inferior a 1 mcron. Os princpios em que se baseiam so idnticos aos moinhos normais, mas com as seguintes diferenas:

as velocidades dos rgos mveis so bastante mais elevadas; as capacidades de moagem so bastante menores; a moagem feita em meio lquido e no em seco; o lquido circula em circuito fechado at se atingir a granulometria desejada.

Os principais tipos de moinhos so os seguintes:

moinhos de dentes moinhos de discos moinhos rotativos moinhos de bolas

Os moinhos de dentes (ou de Planson e Block) tm uma velocidade de rotao de 1 200 rpm e velocidades perifricas de 200 m/s. O lquido circula a 0,7 m/s. Nos moinhos de disco, o funcionamento baseado numa mistura de trituradores de discos e de ms planos, em que um dos discos responsvel pela alimentao. O movimento de rotao dos dois discos de sentido inverso, podendo no entanto um deles ser fixo. No moinho de Harrell a velocidade de rotao atinge 9 000rpm e no Coloid Mill Corporation 7 000 rpm.

Fig. II.13 Moinho de discosUt.02 M.T.09


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II . 10

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Moagem

Os moinhos rotativos tm um princpio de funcionamento idntico ao dos moinhos de caf (Fig. II.14), mas com os dois cones virados para o mesmo lado. O moinho comercial mais comum o Premier Mill.

Fig. II.14 Moinho rotativo

As velocidades perifricas atingem 150 m/s. Os moinhos de bolas so moinhos de pequeno dimetro (cerca de 25cm) e com esferas de 1 mm. Usam-se sobretudo para substncias facilmente inflamveis. No entanto, para se atingir a granulometria desejada necessrio que o lquido circule durante 150 a 200 horas.

M.T.09

Ut.02


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II . 11

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Moagem

RESUMO

A moagem a operao que se segue ao transporte das partculas de dimenses no apropriadas para se fazer a mistura. A esta operao segue-se, normalmente, a mistura que feita com todos os intervenientes slidos ou fluidos. Numa instalao comea-se por fazer a anlise da potncia a instalar, de modo a poder dimensionar-se a mesma. A classificao dos equipamentos feita em funo da granulometria das partculas que se pretendem obter. Fundamentalmente, existem os seguintes tipos de equipamentos: Britadores Trituradores Moinhos coloidais Estes foram analisados nesta unidade temtica, com algum detalhe.

M.T.09

Ut.02


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II . 12

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Moagem

ACTIVIDADES / AVALIAO

1. Qual a funo da operao moagem numa Indstria Qumica? 2. Em que princpios fsicos se baseia a moagem? 3. D exemplos de Indstrias Qumicas que usem a moagem como Operao Unitria. 4. Faa um esquema de funcionamento de um moinho de bolas. 5. Caracterize os moinhos coloidais.

M.T.09

Ut.02


Qumica Industrial

II . 13

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Mistura e Dosagem

M.T.09

Ut.03


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Mistura e Dosagem

OBJECTIVOS


Definir os conceitos de mistura e dosagem; Definir os tipos de agitadores; Definir o que so coloidais e quais as formas de mistura.

TEMAS

M.T.09

Ut.03

Introduo Mistura de slidos Mistura de lquidos Agitao por ar comprimido Mistura de slidos com lquidos Misturadores de gases e de lquidos com gases Mistura de solues coloidais Dosagem Resumo Actividades / Avaliao


III . 1

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Mistura e Dosagem

INTRODUO

A produo de reaces qumicas ou outras operaes unitrias exige que se faa a mistura e, para isso, no caso dos slidos, necessrio que as partculas sejam to finas quanto possvel. Esta operao obtm-se por moagem, conforme se viu na Unidade Temtica anterior. No caso de lquidos e gases, essa operao de subdiviso faz-se por pulverizao ou agitao e efectua-se, simultaneamente, com a mistura ou a dosagem.

MISTURA DE SLIDOS

O princpio de mistura entre slidos bastante simples. Quando se efectua esta operao, juntam-se os dois componentes que, por exemplo, se encontram depositados em dois pontos diferentes. medida que a mistura se vai fazendo, vai-se dando uma uniformizao. Quando a camada de um dos componentes for da ordem de grandeza da sua granulometria, a operao de mistura est realizada. A operao de mistura vai obrigar, assim, a uma srie sucessiva de conjugao e disjuno em que os dois componentes se vo interpenetrando. O trabalho necessrio para realizar a mistura aumenta com os volumes das fraces; a mistura tanto mais rpida quanto maior forem os volumes das fraces. Existem dois processos de mistura que se usam na Indstria Qumica, dando origem, portanto, a dois tipos de misturadores:

Mistura

misturadores contnuos - a mistura mais lenta mas o consumo de energia menor; misturadores descontnuos - a mistura mais rpida mas o consumo de energia maior.

Os misturadores contnuos so constitudos por uma caixa cilndrica em cujo interior existe um rgo mvel que efectua a mistura, imprimindo s partculas um movimento com um determinado sentido. Este objectivo atingido atravs dum sem-fim. Os misturadores descontnuos so constitudos por uma caixa com um movimento de rotao em torno de um eixo. Esta caixa tem, habitualmente, uma forma cilndrica ou tronco-cnica (em que se incluem, por exemplo, as betoneiras). No movimento de rotao, devido ao atrito da fora centrfuga, a substncia arrastada, caindo de uma determinada altura (Fig. III.1).Ut.03 M.T.09


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Mistura e Dosagem

Fig. III.1 Misturadores descontnuos

A velocidade de rotao tem de ser limitada para que as partculas caiam quando atingem uma determinada altura.

MISTURA DE LQUIDOS

A mistura de lquidos efectua-se por agitao, executada mecanicamente, ou por meio de ar comprimido (cujo objectivo criar correntes na massa lquida). A agitao mecnica consiste em comunicar um movimento de rotao a uma determinada poro de lquido. A mistura faz-se por meio de um movimento cuja superfcie isobrica um parabolide e cujo eixo o do eixo de rotao. H no entanto duas foras que impedem a formao de um parabolide: a fora centrfuga que impele a parte isolada para a periferia, e as camadas superiores do lquido que tendem a ocupar o espao que ficou livre. No entanto, as linhas de corrente so dependentes dos tipos de misturadores. Ao contrrio dos slidos, os lquidos misturam-se rapidamente, uma vez accionada a perturbao, sendo necessrio, para tal, ter uma agitao permanente e a energia para o efeito. O clculo de um agitador de ps complexo e baseia-se em princpios de mecnica definidos, sendo as fases essenciais as seguintes:

M.T.09 Ut.03

resistncia ao movimento; potncia a instalar; nmero de rotaes; dimensionamento das ps.


Qumica Industrial

III . 3

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Mistura e Dosagem

Outros tipos de agitadores so os mecnicos; os mais comuns so os seguintes:

agitadores de hlice; agitadores sem-fim; agitadores de rotor; agitadores de cone; agitadores de propulso radial; agitadores de discos de elevada velocidade.

Nos primeiros (agitadores de hlice) as ps tradicionais so substitudas por uma hlice. Nos agitadores sem-fim a parte central possui um parafuso sem-fim (Fig. III.2.). Nestes sistemas, cada espora equivalente a uma hlice.

Fig. III.2 Agitadores mecnicos de tipo sem-fim

Nos agitadores de rotor existe um corpo central (rotor), que accionado como uma bomba centrfuga, obrigando o lquido a circular (Fig. III.3). Os outros tipos de agitadores tm geometrias caractersticas dos nomes, obrigando os lquidos a movimentos especficos.Ut.03 M.T.09


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Mistura e Dosagem

Fig. III.3 Agitador de rotor

AGITAO POR AR COMPRIMIDO

O sistema por emulsor idntico ao de rotor, mas a bomba centrfuga substituda por um emulsor (Fig. III.4).Ar Comprimido

Jactos de Ar

Jactos de Ar

Fig. III.4 Agitador por ar comprimidoUt.03 M.T.09


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III . 5

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Mistura e Dosagem

Outros sistemas fazem borbulhar ar comprimido ou vapor por meio de tubos perfurados, situados no interior do lquido. Este sistema usado para explosivos ou lquidos corrosivos.

MISTURA DE SLIDOS COM LQUIDOS

A mistura de slidos com lquidos pode efectuar-se de dois modos:

Mistura de slidos com lquidos

Caso a mistura seja pouco viscosa, efectua-se como se de um lquido se tratasse; se a mistura for bastante viscosa a forma de a efectuar e atravs de um sistema com um sem-fim, sendo essencial estudar o atrito. As ps possuem formato esfrico, tendo cada uma delas uma funo idntica a uma hlice de um sem-fim (Fig. III.5), sendo o nmero de rotaes igual ao de um sistema deste tipo.

Lquido

Slidos

Lquido

Fig. III.5 Sistema para misturas de elevada viscosidade

Para sistemas usados no fabrico de explosivos usam-se misturadores de baixa rotao, podendo efectuar-se, igualmente, uma rotao em torno do eixo.

M.T.09

Ut.03


Qumica Industrial

III . 6

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Mistura e Dosagem

MISTURADORES DE GASES E DE LQUIDOS COM GASES

A mistura de gases efectuada num recipiente fechado, fazendo entrar pela parte inferior gs mais denso ou fazendo entrar os dois simultaneamente. Na mistura de lquidos com gases, pode-se actuar de dois modos:

Mistura de gases

Mistura de lquidos com gases

lanando o lquido finamente dividido na massa do gs; fazendo borbulhar o gs na massa lquida, sendo, no entanto, o primeiro tipo o mais comum.

A mistura do lquido com o gs pode ser feita ainda de dois modos:

lanamento do lquido sob presso; afastamento do lquido por meio dum gs sob presso. Pulverizao, disperso, turbodisperso e ar primrio

A subdiviso pode-se efectuar fazendo passar o lquido atravs de orifcios finos, ou atravs dum pequeno rotor que lana o lquido muito dividido para a periferia. O primeiro sistema denomina-se pulverizao e o segundo, disperso. No caso de rotores cilndricos, o sistema de disperso chama-se turbodispersor. O sistema de arrastamento bastante usado na combusto de lquidos e ar, denominando-se ar primrio.

MISTURA DE SOLUES COLOIDAIS

A mistura deste tipo de solues idntica dos lquidos, mas com grande agitao, sendo aconselhvel a utilizao de agitadores de propulso radial.

DOSAGEM

A dosagem acompanhada de medio de quantidades a misturar, tendo aspectos especficos no caso de misturadores descontnuos ou contnuos.

Misturadores descontnuosNestes misturadores necessria a pesagem prvia dos slidos e dos lquidos ou a medio dos volumes dos lquidos. A pesagem semelhante para slidos ou lquidos, porque os slidos esto, em princpio, bastante subdivididos.Ut.03 M.T.09


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Mistura e Dosagem

Os sistemas de pesagem podem ser manuais ou automticos, caindo a massa no sistema de alimentao, quando necessrio. No caso de regulao automtica existe uma vlvula de regulao que fecha pouco antes do fim da dosagem necessria, sendo o ltimo ajuste feito por uma outra vlvula de regulao fina, permitindo, deste modo, uma alimentao rpida e correcta. A medio de volumes de lquidos faz-se com recurso a recipientes de volume conhecido.

Misturadores ContnuosNeste caso, h necessidade de fazer uma medio contnua das substncias a alimentar no misturador, as quais so feitas por doseadores volumtricos ou ponderais. Os doseadores volumtricos para slidos so de tipo varivel, indo desde uma simples vlvula a dispositivos com um rgo rotativo, que no movimento arrastam um dado volume de slidos, ou por um transportador de vrios tipos. Os doseadores ponderais so do tipo transportador, normalmente de banda, e que alimentado a partir de uma balana. Os doseadores de lquidos so mais simples e fazem-se, volumetricamente, por meio de vlvulas. No entanto, o volume doseado depende da presso em que introduzido, sendo necessrio a devida calibrao. Os doseadores de gases tm um princpio idntico ao dos lquidos, sendo a presso de alimentao uma varivel importante. Doseadores

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Mistura e Dosagem

RESUMO

A mistura e a dosagem so duas operaes unitrias fundamentais em Engenharia Qumica pois, destas aces, depende muitas vezes o resultado prtico de uma Instalao Industrial, ou seja, o seu rendimento. A mistura pode ser encarada como uma subdiviso dos constituintes de forma a que as entidades presentes possam reagir ou formar uma outra nova entidade. A mistura de slidos pressupe, na maioria das vezes, uma operao prvia de moagem, de modo a que os constituintes fiquem finamente divididos. A energia necessria para se efectuar a mistura pode ser efectuada por meios mecnicos ou por insuflao de ar. Os agitadores so, de um modo geral, de tipo hlice ou rotativos e a escolha do tipo a usar obedece a um certo nmero de regras. Nos agitadores por ar comprimido, as hlices so substitudas por um emulsor. Este tipo aplica-se muito no fabrico de explosivos, por exemplo, plvora. A mistura pode abranger no s slidos, como tambm outros tipos de fases. A dosagem uma outra forma de mistura mas, aqui, as quantidades a adicionar so doseadas em funo dos fins a atingir. Os doseadores podem ser descontnuos ou contnuos sendo estes munidos de meios de regulao de dbitos.

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Mistura e Dosagem


1. Que tipo de operao prvia mistura necessrio fazer para que esta seja eficiente? 2. Que tipos de misturadores de slidos existem e quais as vantagens de cada um? 3. Em que consiste a agitao mecnica usada em mistura? 4. Como se procede para fazer misturas de solues coloidais? 5. A dosagem, como meio de mistura, distingue-se por vrios factores. Distinga-os.

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Peneirao e Classifacao. Separao Elctrica e Magntica

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Peneirao e Classificao. Separao Elctrica e Magntica

OBJECTIVOS


Identificar operaes de peneirao e sua classificao; Analisar como se faz a separao e classificao por densidade e por flutuao; Identificar um precipitador electrosttico e descrever como feita a separao magntica.

TEMAS

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Peneirao Classificao e separao por densidade Classificao por flutuao Separao elctrica Separao magntica Resumo Actividades / Avaliao


IV . 1

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PENEIRAO

A peneirao uma operao efectuada em sistemas que so constitudos por redes, s quais imprimido um determinado movimento, de modo a obrigar as partculas finas a passarem atravs delas, ficando retidas as de maior dimenso. O movimento conseguido por trs processos:

Peneiros

rotao movimento horizontal movimento vertical

A estes, correspondem trs tipos de peneiros:

rotativos ondulatrios vibratrios

Peneiros rotativosSo constitudos por cilindros, em que deitada a substncia a peneirar e cuja superfcie lateral uma rede. A capacidade de cerca de 200 kg por hora, por m2 e por mm de abertura.

Peneiros vibratrios e oscilatriosSo constitudos por uma caixa rectangular com um fundo construdo por uma rede, cujo nmero de oscilaes varia entre 60 e 400 por minuto e o nmero de vibraes de 1 200 a 3 500 por minuto. A capacidade vai at cerca de 5 toneladas por hora, por m2 e por milmetro de abertura, para as peneiras vibratrias e de 1 a 3 toneladas por hora, por m2 e por milmetro de abertura, para os oscilatrios.

CLASSIFICAO E SEPARAO POR DENSIDADE

Esta forma de classificao e separao por densidades baseia-se na diferena de velocidade de deposio de uma partcula em suspenso num fluido, em funo das suas dimenses ou do seu peso especfico. Na prtica, as velocidades de deposio determinam-se igualando o peso aparente das partculas (peso real menos a impulso) resistncia que o fluido exerce, ou seja, quando se atinge a velocidade final em que o movimento uniforme.Ut.04

Classificao. Separao

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O movimento das partculas determinado em funo da forma das mesmas, e das caractersticas do fluido, em que se est a processar o movimento. A classificao a separao das partculas de granulometrias diferentes mas com o mesmo peso especfico, ou seja, na prtica, as partculas depositam-se tanto mais depressa quanto maior for o seu dimetro (Fig. IV.1).

Suspenso Chicana gua

Finos em Suspenso

Partculas Grosseiras

Partculas Intermdias

Partculas Pequenas

Fig. IV.1 Deposio de partculas de vrias granulometrias

A classificao das partculas pode ser auxiliada, se existir um fluido em contracorrente ao sentido em que se est a realizar a deposio. Este fluido pode ser um lquido ou um gs. No caso de ser um lquido, geralmente utiliza-se a gua. No caso de se efectuar sem lquido auxiliar, a deposio pode ser feita por gravidade ou mecanicamente. No caso de se usar a gravidade, utiliza-se um sistema de caixas (Fig. IV.2) com uma forma piramidal e de dimenses crescentes. A remoo por meios mecnicos constituda por um sistema formado por uma caixa com uma rampa de 10 a 20. O lquido que entra no classificador fica entre a rampa e a superfcie livre. As partculas mais finas saem com o lquido, enquanto que as mais grossas ficam na rampa, sendo retiradas por um transportador de ps, cujo movimento bastante curto (cerca de 30cm). As ps do transportador so montadas numa barra que tem um movimento inverso mas, para que no arraste as partculas no mesmo sentido, levanta durante este percurso (Fig. IV.3). A separao de partculas grossas e finas faz-se por agitao do lquido, provocada pela movimentao das ps, fazendo com que as partculas finas se mantenham em suspenso, aumentando o peso especfico do lquido e justificando, deste modo, a separao. Quando se recorre a um lquido auxiliar, h que usar um sistema que, em princpio, tem a forma de cone (Fig. IV.4).

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Alimentao da suspenso

gua de separao

Material pesado mais grosso

Slidos menos grossos

Slidos ainda menos grossos

Slidos Finos

Fig. IV.2 Classificador de caixas

Fig. IV.3 Sistema de classificao mecnicaUt.04 M.T.09


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Pode-se recorrer tambm a um gs auxiliar, como o ar, desde que no haja perigo de exploso ou combusto, ou, quando existir esse risco, deve utilizar-se um gs inerte. Os equipamentos so tambm em cone duplo (Fig. IV.5). A separao por densidades idntica ao de classificao entrando, para o efeito, com a variao de densidades e no com os dimetros. Esta operao tem grande aplicao em engenharia de minas.

Carga Sada de gua e de slidos finos

Cone mvel Cone fixo

gua

Slidos grossos

Fig. IV.4 Sistema de separao com lquido duplo auxiliar

Fig. IV.5 Sistema de separao com gs auxiliarUt.04 M.T.09


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CLASSIFICAO POR FLUTUAO

Outra forma de separao, tambm com grande aplicao na engenharia de minas, a que tem como base a flutuao. Consiste em fazer flutuar determinados minrios ou minerais cujas partculas so inferiores a 0,3mm, em lquidos de peso especfico inferior. Para o efeito, necessrio fazer diminuir o peso especfico aparente desses minerais, o que se consegue por meio de uma pelcula de reteno de ar sobre a superfcie dos mesmos. Este efeito conseguido da seguinte forma:

Introduo de ar no fundo do recipiente de flutuao; Preparao da superfcie dos gros para reteno da superfcie de ar; Fazer com que apenas flutue o mineral que interessa separar; Preparao de espuma que mantenha superfcie o material separado; Conservar o pH do lquido em determinado valor.

Apresenta-se na Fig. IV.6 um esquema deste sistema de separao.

Fig. IV.6 Sistema de separao por flutuaoUt.04 M.T.09


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SEPARAO ELCTRICA

A separao elctrica utiliza-se na purificao de gases com partculas slidas em suspenso. Este processo foi estudado por Cotrell, nos EUA, por Lodge, na Inglaterra e por Moeller, na Alemanha, sendo, no entanto, mais conhecido por Cotrell. Estes equipamentos tm normalmente o nome de precipitadores elctricos ou electrofiltros. Basicamente, o processo consiste em fazer passar o gs a purificar entre armaduras de um condensador com potenciais diferentes. O campo elctrico criado pela diferena de potencial e tem de ser suficiente para ionizar as partculas. O campo criado no deve chegar para ionizar totalmente o gs, de modo a no provocar a descarga do condensador. Um electrofiltro constitudo por armaduras verticais onde aplicada uma tenso de 50 a 75 kV. Aquelas so constitudas por fios; as armaduras colectoras so constitudas por placas planas ou redes, ou por tubos que circundam os fios verticais, e com uma distncia que varia entre 7,5 e 15cm. Os electrofiltros so constitudos por cmaras de seco quadrada, cujas dimenses variam com o caudal de gases a purificar e com o rendimento que se quer obter. Este ser tanto maior quanto maior for o tempo de permanncia no campo elctrico. Na Fig. IV.7, apresenta-se um precipitador electrosttico. A despoeirao elctrica aplicada para vrios fins, nomeadamente:

Electrofiltros

Fumos metalrgicos cido sulfrico Caldeiras a carvo Gasognios Recuperao de slidos secos (por ex.: indstria do cimento)

O grande problema, ainda hoje, neste tipo de equipamento, so as elevadas temperaturas a que funcionam, o que levanta dificuldades na escolha de materiais para as armaduras e isolamentos laterais.Ut.04 M.T.09


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Sada de gases Entrada de gua Electrodos de alta voltagem

Suporte de isolantes

Sada de gs

Placa de suporte

Electrodos colectores

Pesos Corpo

Sada de efluente

Fig. IV.7 Precipitador Electrosttico ou Electrofiltro

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SEPARAO MAGNTICA

A separao magntica destina-se a separar pedaos de ferro ou de outro material ferromagntico, de lquidos ou slidos. Esta operao tem importncia quando as substncias tm de entrar em britadores ou moinhos, como forma de reteno de materiais metlicos. Os dispositivos utilizados so simples e so constitudos por sistemas em que h um actuador magntico que faz a separao, conforme se pode ver na Fig. IV.8.

Fig. IV.8 Sistema de separao magntica de dupla tela

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RESUMO

Os peneiros so equipamentos de separao de partculas slidas e dividem-se em: rotativos, ondulatrios e vibratrios. A separao por densidades baseada nas diferentes velocidades de deposio de partculas, em funo das dimenses ou de peso especfico. So exemplos deste sistema os ciclones que, dentro deste tipo de equipamentos, so os mais vulgarizados. A classificao por flutuao outra forma de separao de partculas e bastante usada em minerao. A separao elctrica baseia-se no fenmeno de ionizao de partculas slidas em campos criados com alta tenso. A separao magntica destina-se a separar materiais ferromagnticos, como o ao, e tem alguma aplicao em indstrias metalrgicas e nas modernas indstrias ligadas reciclagem ou ao ambiente em geral.

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1. Qual a funo da peneirao como operao unitria? 2. Em que tipo de Indstrias Qumicas se pode usar a separao por densidades? 3. A flutuao usada em minerao. Descreva outro tipo de utilizao em Instalaes Qumicas. 4. Em que condies se podem usar as separaes elctrica e magntica?

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Extraco, Sedimentao e Espessamento

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Extraco. Sedimentao e Espessamento

OBJECTIVOS


Analisar o que um diagrama binrio de equilbrio; Determinar o objectivo duma instalao piloto; Explicar o que a extraco e a sedimentao; Definir os equipamentos principais usados nestas operaes unitrias.

TEMAS

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Introduo extraco Aspectos prticos da extraco Instalaes piloto e instalaes industriais Sedimentao e espessamento Introduo aos fenmenos de sedimentao e espessamento Sedimentao em lquidos Sedimentao em gases Resumo Actividades / Avaliao


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INTRODUO EXTRACO

A operao de extraco consiste em separar os constituintes de uma mistura, pondo essa mistura em contacto com um lquido que dissolva alguns desses constituintes. A quantidade separada depende da quantidade de solvente usado e do tempo de contacto, sendo o problema principal estabelecer qual o mecanismo adequado de dissoluo. No caso de uma substncia bem definida e completamente solvel, a separao torna-se uma operao simples de entender. Supondo uma fase lquida B e uma substncia A solvel em B, ambas em presena uma da outra, a fase B vai dissolver a A at se atingir o equilbrio, ou seja, at que esteja saturada em B, formando-se uma nica fase, se no se atingir o limite de saturao. No caso da quantidade ser superior ao limite de solubilidade, formar-se- uma fase e o remanescente de A no solubilizado. A dissoluo faz-se atravs de uma interface e vai variando ao longo do tempo. Pode dar-se de dois modos:

Extraco Conceitos bsicos

com o lquido em repouso; com o lquido em movimento (agitao do solvente).

No primeiro caso, o movimento da molcula de A em B faz-se por um mecanismo de difuso e depende das diferenas de concentrao. No segundo caso, a dissoluo facilitada por existir uma renovao permanente do solvente (por conveco). Os fenmenos de difuso e de conveco so complexos, sendo necessrio recorrer a clculos longos que simulem os mecanismos fsicos que lhes esto associados. No entanto, do conhecimento comum que o fenmeno da dissoluo que est associado extraco mais rpido se for feito com agitao. No caso de dissoluo de um constituinte de uma mistura (de dois constituintes) num solvente, tem-se j uma verdadeira extraco. Para se perceber melhor o modelo, pode-se considerar que um dos constituintes completamente insolvel no solvente. Para se dar a dissoluo necessrio que o componente a extrair contacte com a superfcie livre do solvente. O equilbrio d-se entre duas solues do constituinte solvel, ou seja, a existente e a que se vai formar (fase A e fase B). O transporte do constituinte solvel atravs do primeiro dissolvente, ter um mecanismo inverso ao da dissoluo descrito anteriormente e pode fazer-se por difuso ou por conveco, formando-se na interface um filme estacionrio. Existiro, assim, dois filmes adjacentes atravs dos quais se faz a transferncia. No entanto, quando uma das fases slida, no se formam dois filmes mas apenas um.M.T.09 Ut.05


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No caso de solventes parcialmente solveis entre si, h necessidade de recorrer a diagramas binrios (Fig. V.1) para se saber as concentraes e a composio das fases em presena dos componentes presentes.

CAe

CBe

Fig. V.1 Diagrama binrio de equilbrio

Este facto torna-se mais complexo se existirem mais de dois solventes, podendo-se, para isso, recorrer-se a diagramas ternrios (Fig. V.2) a fim de se conhecerem as condies de equilbrio.

D

D 1 2 2 3 1 2 1 D2

D1

D2

D1

Fig. V.2 Diagrama ternrio de equilbrio

Convm referir que um factor que no foi abordado detalhadamente o tempo de execuo desta operao, que longa, se os fenmenos se realizarem apenas por difuso. Para facilidade de aplicao dos diagramas ternrios podem-se usar diagramas binrios, procurando-se, apenas naqueles, pontos especficos.Ut.05 M.T.09


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ASPECTOS PRTICOS DA EXTRACO

Do ponto de vista prtico, a extraco deve efectuar-se reduzindo o mais possvel o tempo e a quantidade de solvente. O tempo de extraco total, teoricamente, infinito, sendo a operao na fase final muito lenta, porque o solvente extractor vai-se concentrando. Assim, para aumentar o rendimento, opera-se por andares, ou seja, o dissolvente vai extrair uma primeira formao enquanto a velocidade for razovel, sendo este renovado, e assim sucessivamente, chamando-se a este processo extraco por contacto mltiplo. O solvente que sai em cada andar o extracto e a mistura o resduo, podendo o nmero de andares ser igual a dois ou superior. Um outro processo o de contracorrente. Neste caso, o solvente novo entra por um andar em que a mistura est quase toda processada. O resduo que sair desta operao o resduo final e o solvente que sair deste andar vai para um outro, onde a mistura mais rica no constituinte que se quer extrair, e assim por diante. Com este processo, consegue-se reduzir o tempo de extraco com um rendimento desejvel. Os processos de contacto mltiplo e contracorrente reduzem tambm a quantidade de solvente a usar. Um exemplo tpico d como valores de solventes, para uma dada extraco e para um dado rendimento, os seguintes:

Extraco

Prtica de extraco

simples .............................. 3,7 l contacto mltiplo ............... 1,9 l contracorrente .................... 1,2 l

INSTALAES PILOTO E PROCESSOS INDUSTRIAISPara o estabelecimento do nmero de andares e, dada a complexidade deste assunto, recorre-se a instalaes piloto e ensaios laboratoriais para determinar o processo de extraco. Modernamente, recorre-se tambm a modelos computacionais, os quais tm em linha de conta a especificidade dos processos qumicos que lhes esto associados. A extraco aplica-se em inmeros processos industriais como a purificao de leos lubrificantes ou a extraco de gases em sistema de desgasificao (desgasificadores ou desarejadores), em circuitos de gua de alimentao de caldeira.

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SEDIMENTAO E ESPESSAMENTO

Introduo nos espessamento

fenmenos

de

sedimentao

e

A classificao, separao por densidades e a extraco de slidos, tem, normalmente, num processo qumico, uma operao de separao, que pode ser feita por sedimentao ou filtrao. No caso de partculas que depositem facilmente, usa-se um processo de sedimentao. A secagem tambm pode ser a operao final a realizar, no caso de o fluido ser um lquido. O espessamento uma sedimentao de lquidos. Os lquidos que arrastam partculas slidas podem classificar-se em suspenses ou solues coloidais, consoante o dimetro das partculas seja superior ou inferior a 0,1 mcron. Na indstria metalrgica, chamam-se areias s partculas de dimetro superior a 74 mcron e lamas s de dimetro inferior. Os processos de sedimentao no so aplicveis a solues coloidais. No caso de partculas em suspenso, s quais se chamam dispersoides, podem ainda dividir-se em mecnicas ou de condensao, consoante sejam arrastadas pelo gs ou sejam provenientes do prprio gs, devido a reaces qumicas ou a condensao. Os dimetros variam, no caso de dispersoides mecnicos, entre 5 e 50 mcron e tm, normalmente, o nome de poeiras ou chuvas, consoante sejam slidos ou lquidos. Os dispersoides de condensao tm dimetros entre 0,1 e 0,5 mcron e chamam-se fumos ou nvoas, conforme sejam slidos ou lquidos. Sedimentao

Sedimentao em lquidosUm aspecto terico, importante, no fenmeno de sedimentao em lquidos o facto de este no ser idntico na parte inferior, junto ao fundo. A aparelhagem constituda por um tanque, que tem o nome de espessador, com uma sada na parte central inferior por onde retirado o slido sedimentado (atravs duma bomba de diafragma). O lquido sai pela parte superior enquanto que a alimentao se faz, continuamente, pela parte central superior (Fig. V.3). Estes sistemas devem possuir um mecanismo que transporte a massa espessada para o centro. Aquele constitudo por um veio, animado dum movimento lento de rotao (inferior a 1 r.p.m.), onde so montados 2 ou 4 braos munidos de ps inclinadas (que arrastam as partculas para o centro). Um dos aspectos importantes que deve ser considerado no estudo destes equipamentos , para alm da potncia do mecanismo de movimento, o dimensionamento das ps e a capacidade de processamento. Sedimentao em lquidos

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Bomba de Diafragma

Fig. V.3 Sistema de sedimentao

O espessador contnuo, com este sistema mecnico, tem o nome de Espessador Dorr. Estes so, em geral, colocados em nveis diferentes. Normalmente, cada um deles constitui um andar de extraco em contracorrente (Fig. V.4).

Sdido Novo Agitador

1, 2, 3, 4 - Circuito slido 5, 6, 7, 8 - Cicuito lquido de lavagem

Solvente Novo Produto Lquido P de A

Conc.O a

Conc.O I1

Conc.O I2

Slido Lavado qP de B Primeiro Espessador Primeiro Espessador de Lavagem Segundo Espessador de Lavagem

Fig. V.4 Espessador contnuo

Entre cada dois andares necessrio produzir uma mistura interna entre o extracto que entra e o resduo. Esta operao feita numa calha com ps, com um movimento oscilatrio em torno de um eixo longitudinal intitulado amassador Dorrco.Ut.05 M.T.09


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Sedimentao em gasesA sedimentao em gases feita em equipamentos tpicos, cujo exemplo mais conhecido o ciclone. As cmaras de sedimentao so equipamentos mais simples desta classe de sedimentadores e podem ser de dois tipos: Sedimentao em gases

Vazia Com chicanas

As chicanas tm a vantagem de permitir aumentar o comprimento de deposio e de fazer com que, nas vrias mudanas de direco, as partculas possam embater nas paredes, perdendo energia e depositando-se mais facilmente (Fig. V.5).

Fig. V.5 Cmara de sedimentao de chicanas

Os ciclones so equipamentos em que as partculas, no seu interior, so obrigadas a percorrer um caminho circular dentro duma cmara cilndrica e troncocnica e a depositarem-se no fundo, perdendo, neste movimento, acelerao. As partculas mais finas, cujo comportamento se assemelha mais a um gs, so arrastadas por este e saem pela parte superior (Fig. V.6).

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Fig. V.6 Esquema de um ciclone


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As dimenses dum ciclone tm a ver com as dimenses das partculas e com a velocidade de sedimentao. Nestes equipamentos existe uma grandeza importante chamada dimetro crtico das partculas, a qual define, para determinadas condies de funcionamento, o valor de dimetro de partculas abaixo do qual no possvel efectuar a sua separao. Outro aspecto importante nestes equipamentos a perda de carga, motivada pela passagem dos gases no seu interior e que tem de ser tomado em conta, quando se calcula o transporte da massa gasosa.

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RESUMO

A operao de extraco consiste em separar os constituintes de uma mistura, pondo esta em contacto com um lquido que dissolve alguns desses constituintes. A separao feita atravs dum interface com o lquido em repouso ou com o lquido em movimento. A extraco recorre, em termos prticos, a diagramas binrios ou ternrios em equilbrio, mas dever-se- ter em conta que o factor tempo uma varivel bastante importante. Assim, e em termos mais prticos, dever-se-o procurar condies efectivas, que permitam fazer a extraco duma forma rpida e com menor volume possvel de solvente. A sedimentao a forma de separao de partculas que se depositam facilmente, quer seja num meio lquido ou gasoso. Um dos equipamentos mais importantes de separao de partculas por este processo o ciclone que tem uma vasta aplicao em Engenharia Qumica.

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1. Como classifica, do ponto de vista fsico, uma separao? 2. De que modo se pode aplicar um diagrama de equilbrio para extraco de slidos ou lquidos dum outro lquido? 3. Que caractersticas tem de ter uma extraco para ser eficiente? 4. Do ponto de vista prtico, como se pode determinar o rendimento de uma extraco? 5. Descreva um ciclone e quais as caractersticas que deve ter para ser eficiente.

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Filtrao, Prensagem e Centrifugao

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OBJECTIVOS


Explicar os mecanismos de filtrao e centrifugao, os meios filtrantes e equipamentos; Identificar os equipamentos usados na centrifugao.

TEMAS

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Conceito de filtrao Fenmenos associados filtrao Tipos de filtros Princpios bsicos da centrifugao Tipos de equipamentos usados na centrifugao Resumo Actividades / Avaliao


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CONCEITO DE FILTRAO

Foi referido anteriormente que, no caso de se pretender efectuar a separao de partculas de diversas granulometrias em suspenso num lquido, esta se pode efectuar por meio de um peneiro colocado no percurso desse lquido. A granulometria das partculas que passam depende da abertura das malhas. Se a malha for mais apertada que a granulometria das partculas, d-se a separao das partculas por um fenmeno chamado filtrao. Na filtrao usam-se filtros de tecidos de fibras naturais ou artificiais (l, algodo, seda, etc.) permitindo, deste modo, filtrar o lquido, mas impedindo, no entanto, de reter as partculas mais finas. Outra hiptese a que se recorre filtrao atravs de corpos compactos de determinada porosidade, a qual permite o mesmo efeito. Os materiais mais comuns utilizados so: Filtrao

Membranas Produtos cermicos Materiais finos que se encontram entre outros de maior granulometria

Outro aspecto que h a considerar na operao de filtrao o facto de o papel onde a substncia filtrada operar tambm como meio filtrante. Se se chamar precipitado suspenso de partculas num lquido, aquele, ao ser retido no filtro, vai actuar a partir de determinada altura como meio filtrante, sendo denominado bolo. O estudo deste bolo varivel consoante se trate de partculas deformveis ou indeformveis, ou seja, bolos compressveis ou incompressveis. Do ponto de vista industrial e na maioria dos casos, a filtrao faz-se usando o bolo como meio filtrante, sendo o papel do filtro, propriamente dito, de simples suporte. Enquanto no se obtm um regime estacionrio, provvel que subsista alguma turbidez, que reduzida, posteriormente, medida que o processo de filtrao se desenvolve.

FENMENOS ASSOCIADOS FILTRAO

Sempre que se efectua a passagem de um lquido atravs de um meio filtrante, h uma resistncia a essa passagem. Para aumentar o rendimento de filtrao, preciso actuar de dois modos:

Exercer compresso ou sobrepresso na parte superior do lquido; Aspirar na parte inferior.

Esta sobrepresso ou aspirao (vcuo) funo da perda de carga atravs da membrana filtrante e do bolo que se vai formando. O conhecimento desta vai possibilitar saber qual a sobrepresso ou vcuo que se tem de aplicar.M.T.09 Ut.06


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Portanto, todo o fenmeno de filtrao consiste em saber at que ponto se pode reter um bolo, antes de o retirar numa operao intercalar e de modo a que o rendimento de filtragem seja elevado, sem aumentar demasiado a sobrepresso ou a aspirao. Os filtros agrupam-se, assim, em duas grandes categorias:

Filtros de grande rea filtrante e de trabalho descontnuo; Filtros de pequena rea e contnuos.

No primeiro caso, usual utilizar-se um composto de filtros empilhados fazendo-se a alimentao entre os mesmos e usando uma sobrepresso. No segundo caso, usam-se filtros rotativos, com aspirao, tambm chamados filtros de vcuo. Deste modo, possvel definir os filtros que se podem usar na prtica:

Filtros de materiais soltos no so utilizveis para grandes quantidades de precipitado ( destinado, principalmente, filtrao de guas para a indstria alimentar). Filtros de membrana e de materiais cermicos so usados, fundamentalmente, para laboratrio. Em aplicaes industriais, os filtros mais usados so os de precipitado.

Filtros de membranaAs membranas artificiais obtm-se a partir de solues coloidais por evaporao do solvente, obtendo-se, deste modo, uma pelcula muito fina de poros bastante apertados. Os filtros de papel usados sobretudo nos laboratrios, podem ser considerados, com alguma aproximao, como membranas. Filtros de membrana

Filtros de materiais cermicosEstes tipos de filtros so, sobretudo, de trs categorias: Filtros de materiais cermicos

Filtros de porcelana porosa; Filtros de gros aglomerados por fuso; Filtros de gros ligados por um cimento de ligao.

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Aos dois primeiros grupos pertencem os filtros constitudos por vidro ou porcelana aglomerada a alta temperatura, enquanto que, ao terceiro, pertencem os de tipo alumina, carvo ou quartzo, com um cimento de ligao base de silicato de sdio.


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Filtros de gros soltosOs materiais mais usados so a areia, terra, carvo, carvo activado, etc., com uma granulometria varivel, mas que ronda 0,25 mm. Estes tipos de filtros so constitudos por uma caixa cilndrica ou prismtica, podendo o eixo ser colocado vertical ou horizontalmente. Os filtros deste tipo dividem-se, ainda, em lentos e rpidos, podendo estes ser abertos ou fechados. No primeiro caso, so apenas condicionados por uma coluna de gua e, no segundo caso, por uma sobrepresso que pode ter valores at 4 bares. As capacidades de filtragem so variveis. Assim, tem-se:

Filtros lentos 0,03 l/s m2; Filtros rpidos 1 a 3 l/s m2.

Estes meios no servem, de modo geral, como nicos meios filtrantes. No entanto, no caso de gases, servem como meio filtrante como, por exemplo, nos chamados filtros de mangas. Nestes filtros, interrompida, periodicamente, a passagem do gs de modo a retirar as partculas retidas, sendo estas operaes, de um modo geral, automticas.

Substncias auxiliares de filtraoSo substncias que se juntam aos precipitados finos e coloidais, de modo a facilitar a filtrao. Devem permanecer em suspenso na soluo, ser inertes e promover a aglomerao dessas partculas.

TIPOS DE FILTROS

Conforme se viu anteriormente, os filtros de bolo classificam-se em:

Filtros de presso Filtros de vcuo

Os filtros de presso subdividem-se, ainda, em:

Filtros de prensa Filtros de placas Prensas

Os filtros de prensa so formados por uma srie de molduras sobrepostas alternadamente, e cujo corte transversal se pode ver na Fig. VI.1, a seguir.M.T.09 Ut.06


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Placas de Lavagem Tecido Entrada da gua de lavagem Placa Simples Quadro

Cabeote

Bolo Fechado

Bolo Fechado

Fig. VI.1 Esquema geral de um filtro prensa

As caractersticas mais comuns so:

presso inferior a 70 bar; dimenses de 1 a 1,5 m de lado; nmero de quadros inferior a 40

Os filtros de placas so formados por uma srie de superfcies filtrantes sobrepostas, constitudas por uma rede metlica sobre a qual assenta o material filtrante (Fig. VI.2). Fundamentalmente, existem dois tipos de filtros: Sweetland e Kelly. A presso de funcionamento varia, para ambos os casos, entre 3 e 15 bar, situando-se a rea total entre 50 a 100 m2. Quando o precipitado poroso, a quantidade que fica retida suficiente, tornando-se necessrio submet-la a uma prensagem, que se pode obter por sistemas sem-fim ou por bombas hidrulicas. Outro tipo de filtro, bastante usado na indstria, o de vcuo, o qual, de um modo geral, contnuo, sendo a presso, normalmente, inferior atmosfrica. Existem, fundamentalmente, dois tipos: os de correia e os rotativos. Nos filtros de correia, o material de suporte formado por uma correia sobre a qual se faz vcuo. Em relao aos filtros rotativos, estes podem ser de tambor ou de discos.M.T.09 Ut.06


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Suspiro de ar

Bolo

Bolo

Bolo Papel de filtro, tecido ou tela metlica Placa perfurada Placa de filtragem Bolo Bolo Bolo

Bolo Bolo Bolo Entrada Bolo

Placa polidora

Soluo de polimento

Sada

Fig. VI.2 Filtro de placas

Os filtros de tambor so formados por duas superfcies cilndricas concntricas, de raios pouco diferentes, sendo a coroa cilndrica dividida em partes iguais (Fig. VI.3). A cada um dos compartimentos, liga-se um dispositivo de vcuo com disposio radial, reunindo-se todos num disco central, com um nmero de orifcios igual ao nmero de tubos, o qual apertado contra outro disco com dois orifcios diferentes, um com sobrepresso (o menor) e outro ao vcuo (o maior). Quando em funcionamento, os orifcios vo estando em contacto com o vcuo e com o de sobrepresso, dando-se a operao de filtrao ou separao do bolo. O filtrado segue pela canalizao de vcuo, sendo, posteriormente, bombeado. O vapor do lquido segue tambm para um condensador baromtrico. O vcuo produzido, de um modo geral, por uma bomba rotativa, e a sobrepresso por um compressor de menor dimenso. A alimentao do filtro feita, ou pela parte interior, ou atravs de um tanque concntrico exterior. NoM.T.09 Ut.06


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primeiro caso, o filtro est na parte interior e, no segundo, na superfcie exterior (filtros Oliver ou Darrco).

Fig. VI.3 Esquema geral de um filtro rotativo de tambor e tambor de aspirao sobrepresso

Os filtros de discos so semelhantes aos rotativos, mas so constitudos por uma srie de discos sobrepostos, divididos em vrios sectores (Fig. VI.4) ligados a tubos de vcuo.

Fig. VI.4 Esquema geral de um filtro rotativo de discosUt.06 M.T.09


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Os parmetros tpicos de funcionamento dos filtros rotativos so os seguintes:

Velocidade de rotao: 1 a 60 r.p.m. Espessura dos bolos: cerca de 2,5cm dimetro 30cm a 4,5m comprimento 30cm a 6m Filtros Darrco Filtros de discos dimetro 1 a 4m comprimento 30cm a 1,5m dimetro 0,5 a 4m nmero de discos 5 a 10 Dimenses: Filtros Oliver

Os bolos, aps serem separados, podem ter de sofrer uma operao posterior de lavagem, operao essa que, na maioria dos casos, feita com gua. Estes processos de lavagem dependem dos tipos de filtro.

PRINCPIOS BSICOS DA CENTRIFUGAO

Nos ciclones, o sistema de separao das partculas baseia-se numa fora centrfuga, permitindo, deste modo, recolher as partculas em suspenso num fluido gasoso. A fora centrfuga pode ser usada, tambm, para fazer a separao, sendo esta operao denominada centrifugao. A centrifugao pode substituir a separao por densidades (slidos de densidades diferentes), a sedimentao (slidos de lquidos) e a decantao (lquidos de densidades diferentes). Os equipamentos utilizados baseiam-se em princpios idnticos aos dos ciclones.

TIPOS DE EQUIPAMENTOS USADOS NA CENTRIFUGAO

Basicamente, a aparelhagem usada destina-se a realizar, com o mximo de rendimento, o que se apresenta na Fig. VI.5. A centrfuga tem uma pea lateral (parede) e um canal central de alimentao que formam uma nica pea, denominada cesto ou tambor de centrifugao. Dado que o lquido fica turvo se for descarregado continuamente, a alimentao feita de forma descontnua, ficando o depsito separado. O lquido sai continuamente atravs de um cesto exterior. Como exemplos de centrfugas, consideram-se trs tipos:

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Decantador Heine Supercentrfuga Sharples Centrfuga de pratos De Laval


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Fig. VI.5 Esquema geral de uma centrfuga

O decantador Heine apresenta ainda duas variantes: a contnua, para pequenas quantidades de slidos, e a centrfuga de parede perfurada, coberta, interiormente, com panos de filtro. O decantador de Heine (Fig. VI.6) tem um dimetro que varia entre 0,5 e 1,2 m, uma altura entre 25 a 75cm e velocidade de rotao de 500 a 1 500 r.p.m..

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Fig. VI.6 Decantador de Heine


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A supercentrfuga Sharples (Fig. VI.7) possui um tambor pequeno, de altura aproximadamente 6,5 vezes o dimetro, atingindo uma velocidade que pode ir a valores de 18 000 r.p.m.. Em laboratrio, as dimenses so menores e as velocidades chegam a atingir 45 000 r.p.m..

Mecanismo de Accionamento

Cobertas de Descarga

Recipiente Rotativo Espao com Ar Armao Lquido Leve Slidos Lquido Pesados Travo

Entrada de Lquido

Fig. VI.7 Supercentrfuga Sharples

Nas centrfugas de pratos (Fig. VI.8), o lquido percorre canais estreitos entre pratos de forma troncocnica. O afastamento dos pratos de 0,4mm. Nas centrfugas contnuas, para pequenas quantidades de slidos, a forma idntica de Heine, onde as partes superior e exterior do tambor esto em comunicao com uma canalizao de sada. Nas centrfugas de parede furada h uma operao conjunta de filtrao, pois a parede do cesto perfurada.Ut.06 M.T.09


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Fig. VI.8 Centrfuga de pratos

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RESUMO

A filtrao uma das formas de separao de slidos em suspenses, atravs de meios filtrantes. Estes podem ser de vrios materiais, como membranas, produtos cermicos e materiais finos, que se encontram entre os de maior granulometria. O aspecto mais importante na filtrao a formao do bolo, cuja consistncia influencia a eficincia do mesmo. A filtrao pode ser feita com sobrepresso ou depresso, resultando o seu rendimento da velocidade com que o bolo se forma e do modo como extrado. Os filtros podem-se dividir em filtros de grande rea, ou descontnuos, e de pequena rea, ou contnuos. A centrifugao outra forma de separao de slidos, que se baseia na diferena de densidades. Pode substituir a separao pura e simples por densidades, a decantao e a sedimentao. Existem vrios tipos de centrfugas, podendo algumas atingir grandes velocidades de rotao (45 000 r.p.m. em modelos de laboratrio).

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1. O que , fisicamente, a filtrao? 2. Que materiais filtrantes se podem aplicar e quais so os mais eficientes? 3. De que modo o bolo pode aumentar a eficincia de uma filtrao? 4. O que so filtros de gros soltos e quais os tipos mais usados? 5. Qual o efeito da sobrepresso ou depresso na eficincia de uma filtrao? 6. O que uma centrifugao e em que situaes se pode aplicar?

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Evaporao, Secagem e Cristalizao

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OBJECTIVOS


Explicar quais os objectivos da vaporizao; Identificar os mecanismos de evaporao, tipos de equipamentos e quais os equipamentos usados na evaporao; Explicar conceito de secagem e quais os equipamentos principais; Explicar o conceito de cristalizao e quais os equipamentos principais.

TEMAS

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Introduo Mecanismos de evaporao e tipos de equipamentos Mecanismos de secagem e equipamentos Introduo cristalizao Equipamentos usados na cristalizao e factores fsicos associados Resumo Actividades / Avaliao

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INTRODUO

A vaporizao de lquidos uma operao frequente na Indstria Qumica e tem como objectivos os seguintes:

Produo de vapor para produo de energia; Provocar arrefecimento atravs da vaporizao (refrigerao); Concentrar solues por vaporizao do dissolvente; Separar os componentes de uma mistura lquida.

Os dois ltimos correspondem a vaporizao de misturas, apenas diferindo pela composio do vapor obtido. No primeiro, o vapor constitudo por um componente puro. Esta operao denomina-se evaporao. No ltimo, o vapor tem quantidades apreciveis de todos os componentes e a operao denomina-se destilao. A secagem consiste na separao de um slido de um lquido por vaporizao deste ltimo, podendo ter diversas formas especficas. No caso da quantidade de lquido ser bastante superior do slido, obtm-se uma operao mais idntica de evaporao. Quando a quantidade de slido bastante maior que a de lquido, o fenmeno associado assemelha-se mais de extraco de slidos. Este consiste em duas operaes sequenciais em que, primeiramente, se d a difuso do lquido at superfcie do slido e, posteriormente, uma evaporao. No caso de a quantidade de slido ser maior que a de lquido, aquela permanece sempre na superfcie deste, sendo a secagem uma operao de evaporao. Em caso contrrio, a operao regulada por fenmenos de difuso, sendo o problema fsico associado mais complexo.

MECANISMOS DE EVAPORAO E TIPOS DE EQUIPAMENTOS

Qualquer sistema que permita fornecer calor ao lquido a evaporar pode ser usado para realizar a evaporao. O vapor obtido pela evaporao tem de ser condensado. O calor libertado na condensao pode ser aplicado na evaporao de lquidos de menor ponto de ebulio, ou do mesmo lquido a presses mais baixas (este ltimo caso conhecido por evaporao de mltiplo efeito). O fornecimento de calor para se realizar a evaporao pode ser fornecido por um gs quente que introduzido sobre a superfcie livre do lquido, ou atravs das paredes de contacto com o lquido do prprio recipiente ou de tubagem de aquecimento. Em qualquer dos casos, h vantagem em que a superfcie de contacto seja to grande quanto possvel. Evaporao. Equipamentos

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No caso de haver contacto directo do gs com o lquido, trata-se de transmitir calor atravs de dois filmes (gs e lquido) de interface. No segundo caso, h ainda a considerar a transmisso de calor atravs de uma superfcie de aquecimento. O vapor formado pode-se retirar por arrastamento, juntamente com o gs de aquecimento, ou por condensao, no segundo caso. Aqui, existe ainda a possibilidade de lanamento na atmosfera se no se quiser fazer aproveitamento do mesmo (e desde que no se introduzam disfunes ambientais). A execuo da evaporao por contacto directo entre o lquido e o gs de aquecimento pode processar-se de modo adiabtico, isto , sem perdas de calor pelo sistema (em que o aquecimento do lquido , exclusivamente, feito pelo gs). A aparelhagem usada neste caso tem por objectivo produzir uma superfcie de separao entre o lquido e o gs to grande quanto possvel, a qual se pode obter por trs processos:

lquido e gs em repouso, com uma grande superfcie de contacto; subdiviso do lquido; subdiviso do gs.

No primeiro caso, existe uma grande superfcie de contacto, como, por exemplo, numa salina, em que o ar o prprio gs usado neste processo. A transmisso de calor faz-se por conveco natural. A renovao constante da camada de ar sobre a superfcie lquida e o facto de a saturao do ar ser inferior mesma vai permitir fazer a evaporao. O processo de subdiviso do lquido tem quatro formas de realizao:

empilhamentos agitao do lquido pulverizao do lquido torres de evaporao

Nos empilhamentos, o processo de evaporao anlogo ao do gs e do lquido em repouso, mas este , no entanto, obrigado a correr sobre uma superfcie empilhada, conseguindo-se, assim, uma grande superfcie de contacto com o gs. A agitao do lquido obtm-se fazendo circular o lquido e o gs em contracorrente num recipiente cilndrico de eixo horizontal. No terceiro caso, de pulverizao do lquido, este , primeiro, dividido finamente, antes de ser lanado em contracorrente contra o gs, em equipamentos anlogos aos primeiros em que existem sistemas de disperso.Ut.07 M.T.09


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Nas torres de evaporao, o gs e o lquido circulam em contracorrente, em torres onde existe um rendimento que permite a disperso. A subdiviso do gs consegue-se fazendo borbulhar a massa de gs na massa do lquido. No caso de sistemas com parede de separao, necessrio equacionar o problema de transmisso de calor atravs da superfcie de contacto. Esta depende das caractersticas fsicas do material e da espuma de parede. O aquecimento pode ser feito por diversos sistemas que, seguidamente, se passam a referir: Sistemas de aquecimento

Aquecimento por gases quentesEste sistema usa os gases quentes de combusto para aquecimento directo; estes s devem contactar as paredes de transmisso, aps a combusto se dar completamente, a fim de evitar a diminuio de velocidade de combusto provocada pelas paredes mais finas. conveniente, neste sistema, efectuar a agitao de modo a evitar sobreaquecimento. Como exemplo, tm-se as panelas de aquecimento ou as caldeiras.

Aquecimento por leoNeste tipo de sistemas, usam-se lquidos contidos em recipientes de paredes duplas onde o leo circula, sendo este aquecido, previamente, por sistema directo, anlogo ao da caldeira de vapor. Outros dois sistemas baseiam-se no aquecimento por vapor de gua ou por sistema elctrico (resistncias). Para alm da transmisso de calor, h que considerar a conveco, a qual pode ser realizada por trs mtodos:

conveco natural conveco por agitao conveco por circulao

Trocas calorficasA evaporao pode efectuar-se por qualquer um dos processos anteriormente descritos. A entrada do lquido a evaporar e do fluido de aquecimento fazem-se de modo contnuo. O lquido concentrado, resultante da vaporizao, retirado contnua ou descontinuamente.Ut.07 M.T.09


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Relativamente aos equipamentos, h vrios sistemas a considerar:

Aquecimento directo Aquecimento usando parede dupla Aquecimento por superfcies tubulares Evaporao a presso reduzida Evaporao por mltiplo efeito

Procede-se, seguidamente, sua anlise detalhada.

Aquecimento directoOs equipamentos por aquecimento directo so os que se baseiam no sistema atrs referido, por gases quentes, cujos exemplos mais caractersticos so as caldeiras. Tratam-se de sistemas tubulares, cuja gua circula por conveco natural ou forada entre dois barriletes, ou um barrilete e um sistema de colectores de distribuio, passando pela fornalha (no caso de caldeiras aquotubulares), sendo aquecida por gases provenientes de combusto (Fig. VII.1).

Barrilete

Fumos Camara de Combusto

Entrada do Sobreaquecedor Final Sada do Sobreaquecedor Final (Vapor Frio) Sada do Sobreaquecedor Primrio

Queimadores Sada do Economizador Entrada do Sobreaquecedor Primrio Entrada do Economizador Fumos

Colector Inferior Ar

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Fig. VII.1 Caldeira aquotubular


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Um outro tipo de caldeira usa os gases de combusto para esse efeito (Fig. VII.2), passando por tubos que conduzem gua.

Fig. VII.2 Caldeira pirotubular

O vapor produzido passa, em seguida, por um circuito de sobreaquecimento, de modo a aumentar a temperatura do vapor, podendo destinar-se directamente ao Processo Qumico ou passar, primeiramente, por um sistema de produo de energia.

Aquecimento de parede duplaNeste caso, o aquecimento produzido num recipiente envolvido por uma camisa exterior, onde passa um fluido de aquecimento (Fig. VII.3).

Fig. VII.3 Sistema de aquecimento de parede duplaUt.07 M.T.09


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Aquecimento por superfcies tubularesNeste sistema, bastante difundido com a Indstria Qumica, h a considerar quatro tipos:

tubos horizontais tubos verticais tubos inclinados tubos com formas especiais

Nos evaporadores de tubos horizontais, existem duas variantes, consoante o fluido de aquecimento circula no interior ou no exterior dos tubos. Nos sistemas onde o vapor circula no interior dos tubos (Fig VII.4), este entra, primeiramente, no compartimento de onde parte o feixe tubular que penetra no lquido a evaporar.

Vapor produzido

Carga Soluo fervente externa ao tubos

Vapor de gua Caixa de vapor Feixe de tubos

Condensado ou purga Soluo concentrada

Fig. VII.4 Evaporadores de tubos horizontais com aquecimento pelo interior dos tubos

Os condensados e os gases no condensveis saem pelo compartimento oposto ao primeiro. Dimenses habituais:

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Dimetro Dimetro dos tubos Altura

- 1 a - 2 a

3,5 m 3m

- 22 a 32 cm

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Este sistema adequado para solues no viscosas e que no originem incrustaes ou cristais sobre a superfcie livre dos tubos. No caso de o vapor passar pelo exterior dos tubos (evaporador Yaryan Fig. VII.5), o evaporador formado por um cilindro oco de bases perfuradas para a passagem daqueles. Sobre estas bases, esto as placas de distribuio, fazendo-se a alimentao atravs do primeiro tubo; em torno do segundo, existe uma cmara com anteparos que permite a separao entre lquido e vapor. Esta separao deve-se ao facto de, medida que a evaporao se d, se formar uma mistura de gs e lquido em turbilho que necessitam de uma separao.

Fig. VII.5 Evaporador de tubos horizontais com aquecimento pelo exterior dos tubos

O comprimento usual destes equipamentos varia entre 2,5 e 6m. Nos evaporadores de tubos verticais existem quatro tipos fundamentais:

standard cesto tubos compridos circulao fechada

Nos evaporadores tipo Standard (Fig. VII.6), os tubos so montados numa coroa cilndrica, e o vapor circula no seu exterior. Por vezes, o cilindro central da coroa circular, atravs do qual o lquido desce, substitudo por vrios cilindros situados em vrios pontos da superfcie do lquido. Dimenses habituais dos tubos:

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Dimetros: Comprimento:

25

a 100 mm 2m

0,75 a


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Vapor

Ventilao Feed Vapor de gua

Vapor de gua Condensado Licor Espesso

Fig. VII.6 Evaporador de tubos verticais tipo Standard

Nos evaporadores de tubos verticais de tipo cesto, a superfcie atravs do qual o lquido desce anelar em vez de central (Fig. VII.7). A caixa e os tubos constituem um sistema nico quando se desmontam, possuindo um anteparo que evita o arrastamento lquido, pois, quando a evaporao violenta, pode arrastar grandes quantidades de lquido. Nos evaporadores de tubos verticais de tipo tubos compridos (Fig. VII.8), tambm vulgarmente designados por tipo Kestner, d-se um aumento de velocidade de passagem de lquido com o objectivo de reduzir a espessura do filme de lquido. O lquido ocupa um nvel relativamente baixo (60 a 90cm), a partir da parte inferior, atravessando o feixe de uma s vez. Na parte superior, existe um anteparo que faz a separao do lquido; este desce, de seguida, por um tubo lateral. A vlvula usada apenas no incio de funcionamento ficando aberta quando em regime estacionrio. Dimenses dos tubos:

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Dimetro Comprimento

32 a 64 cm 3 a 6m

O feixe tubular pode, tambm, estar situado no exterior.M.T.09


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