Profa. Patrícia Moreira Lima

PPQ - Aula 3

BALANÇOS DE MASSA

25/08/2015

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2. FUNDAMENTOS DE BALANÇOS

DE MASSA

É necessário especificar o volume de controle (VC) escolhido

para aplicar o BM.

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2.7- BM EM PROCESSOS COM MÚLTIPLAS

UNIDADES

O VC pode envolver o processo como um todo, uma única

unidade ou várias unidades de processo.

Para identificação dos diferentes volumes de controle

considerados utilizam-se linhas pontilhadas no fluxograma,

tomando-se, para efeito de balanço, as correntes que

atravessam essas fronteiras imaginárias.

Pode escolher como VC pontos de junção ou mistura (M) ou de

divisão ou desvio (D) de correntes de processo

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A) compreende o processo como um todo, compreendendo todas

as correntes de entrada (alimentação) e saída (produto). Balanços

globais de massa.

B) compreende um ponto de mistura (M) de 2 correntes de

alimentação.

C) compreende a primeira unidade de processo.

D) compreende um ponto de divisão de correntes (D).

E) compreende a segunda unidade de processo.

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O procedimento para a resolução de problemas de BM nesses

processos com múltiplas unidades é basicamente o mesmo

daquele para uma simples unidade, exceto que com mais de

uma unidade há necessidade de escrever balanços em vários

sub-sistemas (VC) para obtermos equações suficientes para a

determinação das variáveis de processo desconhecidas.

É aconselhável fazer-se inicialmente o balanço no volume de

controle do processo como um todo, de modo a visualizar as

quantidades desconhecidas e, a partir daí, escolhe-se os

próximos volumes de controle a serem analisados. O ideal é

desenhar-se as fronteiras dos sistemas de modo a conterem a

menor quantidade possível de variáveis desconhecidas.

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O fluxograma de um processo de separação contínuo em estado

estacionário é mostrado abaixo. Cada corrente contém dois

componentes – chamados de A e B – em diferentes proporções.

Calcule as vazões e composições das correntes desconhecidas.

Exemplo 2.3:

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Para iniciar a resolução do problema, vamos numerar as correntes e

definir os VCs.

? ? ?

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2.7.1- BY-PASS

Uma operação também comum na indústria química é o desvio

de uma parte da alimentação de um unidade e a combinação

dessa corrente chamada “by pass” com a corrente de saída

daquela unidade. Através desse procedimento é possível por

exemplo, manipular-se a composição e as propriedades do

produto.

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2.7.2- Reciclo

A reciclagem de um dado material que deixa um processo

envolve o retorno de todo esse material ou de parte dele para

ser novamente processado. Pode ocorrer em processos sem ou

com reação.

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Considere a reação química A →B. É muito raro que ela se

complete num reator contínuo. A é normalmente encontrado no

produto. Suponha que seja possível encontrar-se um modo de

separar a maioria ou todo o A do produto B. Isto é vantajoso se o

custo de separação e alimentação compensar o custo de matéria-

prima A. Nessa situação é interessante reciclar o reagente A

(separação de B) para a entrada do reator.

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2.7.3- Purga

Trata-se de uma corrente descartada do processo para evitar

acúmulo de algum composto inerte ou indesejado alimentado no

processo, removendo-o do mesmo. Normalmente a corrente de

purga é desviada da corrente de reciclo.

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Exemplo 2.4: Recuperação de produto

farmacêutico

O fluxograma de recuperação de um produto farmacêutico é

apresentado a seguir. Trata-se de um processo com múltiplas

unidades, com reciclo e sem reação química no estado estacionário.

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Denominando o produto farmacêutico como F e a água como A,

calcule os valores das variáveis indicadas na Tabela.

Corrente F Corrente C Corrente P Corrente R Corrente W

F = 120 lbm/h C = ?

lbm/h

P= ?

lbm/h

R= ?

lbm/h

W= ?

lbm/h

Composição

mássica

Composição

mássica

Composição

molar

Relação

mássica

100% A

25 % F

75 % A

70 % F

30% A

70 % F

30% A

0,4 lbm F

lbm A

MM(F) = 60 – MM(A) =18

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Trabalho em aula 2:

O fluxograma de um processo para recuperação de cromato de potássio

(K2CrO4) a partir de uma solução aquosa deste sal:

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Nesta operação, 4500 kg/h de uma solução 1/3 K2CrO4 em massa é

combinada com uma corrente de reciclo contendo K2CrO4 em massa. A

corrente formada pela junção das duas anteriores é alimentada ao

evaporador. A corrente concentrada que deixa o evaporador contém 49,4%

K2CrO4; esta corrente é alimentada ao cristalizador na qual é resfriada

(causando a formação de cristais de K2CrO4) e então filtrada. A torta do

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

contém 36,36% 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 de K2CrO4

cristalino, a relação kg reciclo/kg de alimentação nova e as vazões com

que o evaporador e o cristalizador devem ser projetados.

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