BALANÇOS EM PROCESSO EMMÚLTIPLAS UNIDADES

Quando se tem mais que uma unidade compondo um determinado processo, éfundamental definir-se as fronteiras dentro das quais se está se realizando o balanço.O espaço delimitado por essas fronteiras é usualmente denominado de volume decontrole (VC) ou sistema (e sub-sistema).

1

Aula 5 30/09/13

RECICLOConsidere a reação química A→ R. É muito raro que ela se complete num reatorcontínuo. Tanto faz quanto A está presente no início da reação ou quanto tempo ele édeixado no reator. A é normalmente encontrado nos produtos (nem todo A reagiu).Suponha que seja possível encontrar-se um modo de separar a maioria ou todo o A doproduto R. Isto é vantajoso se o custo de operação e alimentação compensar o custo damatéria-prima A. Nesta situação é interessante reciclar o reagente A (separado de R)para a entrada do reator.É importante distinguir-se com clareza (para efeito de balanço), a alimentação nova(fresh feed) da alimentação do reator (alimentação combinada). Esta última é a somada alimentação nova com a corrente de reciclo.

2

“ BY- PASS”Uma operação também comum na indústria química é o desvio de uma parte dealimentação de uma unidade e a combinação dessa corrente chamada de “by-pass”com a corrente de saída daquela unidade.O procedimento para o cálculo de balanço nesses processos com reciclo e by-pass ébaseado no mesmo adotado para processos com múltiplas unidades.

3

PURGAOutro procedimento adotado nas indústrias químicas consiste da purga, em que partede uma corrente que não interessa é separada da parte de corrente de interesse.Problemas envolvendo reciclo e purga de correntes são freqüentemente encontradosna indústria química. As correntes de reciclo na engenharia química são usadas paraenriquecer um produto, para conservar energia, ou para reduzir custos operacionais.

4

Exemplo 1: Uma coluna de destilação separa 10000 kg/h de uma mistura de

benzeno-tolueno 50%-50%. O produto recuperado no condensador, no topo

da coluna, contém 95% de benzeno, e a cauda da coluna contém 96% de

tolueno. A corrente de vapor que entra no condensador pelo topo da coluna

registra 8000 kg/h. Uma parte do produto é retornada à coluna como refluxo,

e o restante é recolhido para uso industrial. Suponha que as composições

das correntes de topo da coluna (V), do produto recolhido (D) e do refluxo

(R) sejam idênticas. Encontre a razão de quantidade de produto refluxada

para produto recolhido destilado.

Solução

Exemplo 2: Na seção de preparo de carga de uma indústria produtora de

gasolina, isopentano é removido de uma gasolina isenta de butano.Considere

para simplificar, que o processo e seus componentes são os mostrados na

figura E.2. Qual é a fração de gasolina isenta de butano que é percolada pela

torre de isopentano?

Figura E.2.

Exemplo 3: O fluxograma de um processo para recuperação de cromato de

potássio (K₂CrO4) a partir de uma solução aquosa deste sal é mostrado na

figura E.3.

Nesta operação, 4500 kg/h de uma solução com 33,33% de K₂CrO4 em massa

é combinada com uma corrente de reciclo contendo 36,36% de K₂CrO4 em

massa. A corrente formada pela junção das duas correntes anteriores é

alimentada ao evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador

contém 49,4% de K₂CrO4 em massa; esta corrente é alimentada ao

cristalizador, na qual é resfriada (formando cristais de K₂CrO4) e então filtrada.

A torta de filtro contém cristais de K₂CrO4 e uma solução (que umedece a torta)

que contém 36,36% de K₂CrO4 em massa; os cristais são responsáveis por

95% da massa total da torta. A solução que passa através do filtro também

tem 36,36% K₂CrO4 em massa e constitui-se na corrente de reciclo.

Calcular a massa de água removida pelo evaporador, a taxa de produção deK₂CrO4 cristalino, a relação (kg reciclo/kg alimentação nova) e as vazões com

que o evaporador e o cristalizador devem ser projetados.

Figura E.3. Fluxograma de um processo de recuperação de K2CrO4.

Solução