Aula 08 tecnologia da engenharia química - operações unitárias i - 25.03.11

Processo de Produção Química 1º. Sem./2011 Engenharias

2 Operações Unitárias Nesta Aula Veremos ... Introdução as Operações Unitárias ,[object Object]

Destilação AzeotrópicaProcesso de Refino de Petróleo – Parte 1

3 Operações Unitárias Processos Químicos Produto especificado Mistura a separar Reagentes que não reagiram Sub produtos Impurezas Reagentes que não reagiram

Operações Unitárias Introdução OPERAÇÕES UNITÁRIAS – são seqüências de operações físicas necessárias à viabilização econômica de um processo, (não alteram as moléculas das substâncias), só alteram: ,[object Object]

consistências, etc. O que é Operação Unitária ?

Operações Unitárias Introdução Estas operações também são necessárias para transportar e condicionar os materiais durante e após o seu processamento no produto desejado, por exemplo: ,[object Object]

Aquecimento ou resfriamento (trocadores de calor)

Britagem, moagem (britadores, moinhos)

Mistura e homogeneização, dispersão (agitadores misturadores)

Separação (filtração, decantação, destilação, etc.) Como são utilizadas ?

Operações Unitárias Introdução 6

10 Operações Unitárias Princípios

11 Operações Unitárias Princípios Estágio (andar) em equilíbrio. Promove o contato entre as correntes de líquido e de vapor em circulação (na coluna), para produzir duas novas correntes de líquido e de vapor, em equilíbrio.

12 Operações Unitárias Princípios

13 Operações Unitárias Destilação - Princípios

14 Operações Unitárias Destilação – O que é ? ,[object Object]

Na destilação, portanto, pode-se afirmar que o agentes de separação é o calor, pois o vapor formado se concentra nos mais voláteis (mais leves) e o líquido nos menos voláteis (mais pesados),[object Object]

A separação por destilação será tanto mais fácil quanto mais elevada (superior a 1) for a volatilidade relativa de A em relação a B. Genericamente a volatilidade relativa αi,j do componente i relativamente ao j, define-se como sendo a razão entre as razões de equilíbrio do componente “i” e do componente de referência “j”.,[object Object]

17 Operações Unitárias Destilação - Princípios

18 Operações Unitárias Destilação - Princípios ,[object Object]

Na destilação, uma fase vapor entra em contato com uma fase líquida, havendo transferência de massa do líquido  vapor e do vapor  líquido (equilíbrio de fases)

Em geral o vapor é mais rico que o líquido quanto aos componentes mais voláteis

Na destilação, o vapor contém no mínimo 2 componentes, enquanto que no processo de evaporação só tem um,[object Object]

20 Operações Unitárias Destilação Simples ,[object Object]

Normalmente utilizada como uma etapa inicial de remoção de componentes mais voláteis

Baseia-se no aquecimento de um liq. até seu ponto de ebulição(1ª. bolha vapor retirada do contato com liq. por condensação)

Utilizada também na indústria de bebidas,[object Object]

Operações Unitárias Destilação Flash ,[object Object]

Mistura é alimentada a um vaso de modo contínuo e separada em duas correntes (liq e vap)

Processo “adiabático” (sem troca de calor)  expansão brusca

Processo “não adiabático”  há troca de calor22

23 Operações Unitárias Destilação Flash Unidade de dessalinização da água do mar por Destilação (destilação flash sucessivas). O vapor que se forma é condensado e retirado como água pura

24 Operações Unitárias Destilação Fracionada ,[object Object]

Utilizada em múltiplos estágios de equilíbrio liq-vapor.

O vapor se concentra nos mais voláteis (leves) e o líquido nos menos voláteis (pesados)

Utilizada no fracionamento do petróleo e na separação dos componentes do ar atmosférico,[object Object]

Produção de oxigênio, nitrogênio e outros gases da atm, através da destilação do ar que foi previamente liquefeito.,[object Object]

27 Operações Unitárias Destilação Fracionada ,[object Object],[object Object],[object Object]

30 Operações Unitárias Diagrama – Mistura Durante as mudanças de estado da mistura, as temperaturas de fusão e ebulição não permanecem constantes

31 Operações Unitárias Diagrama – Azeotrópica Misturas de líquidos (fervem à Temperatura constante), e o gráfico apresenta um patamar durante a ebulição álcool comum (96% de etanol e 4% de água)

32 Operações Unitárias Destilação - Azeótropo O que é um azeótropo ? Azeótropoé uma mistura de duas ou mais substâncias que, a uma certa composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, como se fosse uma substância pura, não podendo, por isso, seus componentes serem separados por processo de destilação simples. Como é possível separa os componentes de uma mistura azeotrópica ? Através da “quebra do azeótropo”, por meio de técnicas especiais, consegue-se a purificação de um azeótropo. Um azeótropo não pode ser purificado por destilação comum e sim através da destilação azeotrópica

33 Operações Unitárias Destilação – Caso Especial ,[object Object]

Quando a volatilidade relativa entre os componentes da mistura é muito baixa

Adição de componente externo para modificar as volatilidades entre os componentes

Composto externo mais pesado, aumenta a volatilidade relativa dos componentes (forças intermoleculares)

Pode ser azeotrópica ou extrativa,[object Object]

Quando a mistura forma um “azeótropo” ou apresenta baixa volatilidade relativa

Adição de componente de arraste para formar um novo azeótropo heterogêneo (duas fases)

Ex.: álcool etílico e água (mistura azeotrópica 95,6% de álcool), a adição de etilenoglicol ou n-hexano a mistura forma um outro azeótropo (obtenção álcool anidro),[object Object]

36 D E Operações Unitárias Destilação Multi-Estágios

38 Torre de Destilação ,[object Object]

41 Torre de Destilação Região de Retificação ou absorção. Condensam os menos voláteis e enriquece o vapor no componente mais volátil. Região de Esgotamento ou “Stripping”. Vaporizam os mais voláteis e enriquece o líquido no componente menos volátil.

42 Operações Unitárias Destilação - Simulação

43 Operações Unitárias Destilação - Refluxo

44 Operações Unitárias Destilação - Refluxo

Balanço de Massa Equação Geral Entrada de massa nos limites do sistema Saída de massa nos limites do sistema Acúmulo de massa dentro do sistema Geração de massa dentro do sistema Consumo de massa dentro do sistema - - + = ,[object Object]

Reagido (reação)Sistema (limites) ACÚMULO = ENTRADA – SAÍDA + GERADO - CONSUMIDO 45

Balanço de Massa Aberto - sem reação Entrada de massa nos limites do sistema Saída de massa nos limites do sistema Acúmulo de massa dentro do sistema Geração de massa dentro do sistema Consumo de massa dentro do sistema - - + = 0 0 Sistema aberto sem reação química ACÚMULO = ENTRADA – SAÍDA 46

Destilação – Balanço de Massa condensador ,[object Object]

R = resíduo – massatCOLUNA D = ? F F = D + R R = ? aquecedor 47

Exercício de Balanço de Massa Exemplo: uma solução a 50 mol % de etanol em água alimenta uma coluna de destilação com vazão constante para produzir um destilado com 70 mol % de etanol e 1 mol % de resíduos. Sendo F a quantidade em mol que alimenta a coluna em um dado intervalo de tempo e D e R os números de mol de destilado e resíduos produzidos. Calcule os valores de D e R. Passo-a-Passo ,[object Object]

2º. Sistema aberto em regime permanente sem reação química

3º. Eq. Geral : Acumulo = 0  Entra = Sai

4º. Estabelecer : no. equações = no. Incógnitas (F, D e R)

5º. Estabelecer uma base de cálculo

6º. Resolver o sistema de equações48

Resolução – Balanço de Massa condensador ,[object Object]

R = resíduo – mol/ tSolução de água + etanol 70 mol % COLUNA D = ? F F = D + R Solução de água + etanol 50 mol % Solução de água + etanol 1 mol % R = ? aquecedor 49

Resolução – Balanço de Massa ,[object Object]

xf, xd e xr = fração molar do etanol na alimentação, destilado e resíduo

xf = 0,5 : xd = 0,7 e xr = 0,01

Logo resolvendo o sistema teremos:

D = F . (xf – xr) / (xd – xr)

R = F . (xd – xf) / (xd – xr)

Para qualquer valor de F podemos substituir as incógnitas nas equações

F = 100 mol (base cálculo)  100 = D+ R ou R = (100 – D)

100 . 0,5 = 0,7 . D + 0,01. (100 – D)

51 Operações Unitárias Destilação - Otimização Como Economizar Energia em Colunas de Destilação ? ,[object Object]

Otimizar a limpeza nos trocadores de calor, já que incrustações nos refervedores e condensadores aumentam as vazões dos fluidos de aquecimento e resfriamento.

Usar isolamento térmico adequado e na espessura correta que minimize as perdas de calor para o ambiente.

Reduzir ao máximo a pressão da coluna, até o limite dos equipamentos, isto é, capacidade de troca térmica do condensador e diâmetro da coluna, o que reduzirá as temperaturas e aumentará a volatilidade relativa, facilitando a separação, exigindo menores refluxos.

Verificar sistemas de vácuo,[object Object]

Aula 08 tecnologia da engenharia química - operações unitárias i - 25.03.11

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (20)

Semelhante a Aula 08 tecnologia da engenharia química - operações unitárias i - 25.03.11

Semelhante a Aula 08 tecnologia da engenharia química - operações unitárias i - 25.03.11 (20)

Mais de Nelson Virgilio Carvalho Filho

Mais de Nelson Virgilio Carvalho Filho (13)

Último

Último (20)

Aula 08 tecnologia da engenharia química - operações unitárias i - 25.03.11