Processo quimico

PROCESSO QUÍMICO

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”.

PROCESSO QUÍMICO

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

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.

Engenharia QuímicaConceitos básicos da Engenharia Química.

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

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

PROCESSO QUÍMICO

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).

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).

PROCESSO QUÍMICO

O PROCESSO QUÍMICO COMPREENDE VÁRIAS ETAPAS:

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

•PRODUTO FINAL

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.

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.

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.

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).

PROCESSO QUÍMICO (Processo de Produção de Amônia)

– 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

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.

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

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)

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

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

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)

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

Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• Trocadores de CalorTrocadores de Calor• Exemplos:

– Casco e tubos

Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor

•• Trocadores de CalorTrocadores de Calor• Exemplos:

– Placas

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.

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

Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa

Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa

•• DestilaDestila ççãoão– Exemplo 2:

• 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