DIRETORIA DE DESENVOLVIMENTO DE ENSINODEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR

CORDENAÇÃO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA

Prof° Marcos Leandro Ferreira

BALANÇO DE MASSA

• BALANÇO DE MASSA OU MATERIAL

BALANÇO DE MASSA

BALANÇO BALANÇO

MATERIAL ENERGIA

BALANÇO DE MASSA

• Nos Processos Industriais o balanço material élimitado pelos erros naturais na medição dosvolumes.

• A imprecisão do balanço material torna-semaior quando o processo industrial envolvegrandes diferenças de temperatura.

• Há uma tendência normal do iniciante emproblemas de querer resolver imediatamente oproblema sem fazer uma análise inicial.

Escolha da Base de Cálculo

Ajuda a resolver um problema, e muitas vezes, de maneira menos trabalhosa.

BALANÇO DE MASSA

O que eu quero achar? Como devo começar?

Qual a base mais conveniente?

Importante que a base seje colocada no

inicio do problema

BALANÇO DE MASSA

Escolha da Base de Cálculo

Processos contínuos Vazão de corrente de entrada

Processos contínuos Vazão de corrente de saída

EQUAÇÃO DE BALANÇO

A massa se conservanas transformaçõesquímicas?

Quem foi o cientista que estudou este fenômeno da conservação de massa e

quais suas conclusões?

EQUAÇÃO DE BALANÇO

A SOMA DAS MASSAS DOSREAGENTES É IGUAL A SOMA DASMASSAS DOS PRODUTOS DE UMAREAÇÃO – LEI DE CONSERVAÇÃO DASMASSAS.

Ʃm(início) = Ʃm(final)

SISTEMA FECHADO

Lavoisier, o pai da química moderna

Na natureza nada secria, nada se perde,tudo se transforma.

• Um balanço material de um processo contínuo é uma computaçãoexata de todos os materiais que entram, saem, acumulam ou sãotransformados no decorrer de um dado intervalo de tempo deoperação.

EQUAÇÃO DE BALANÇO

SISTEMAENTRADAS

SAÍDAS

Sistema em que será aplicado um balanço material

EQUAÇÃO GERAL DO BALANÇO MATERIAL

ENTRADA + GERAÇÃO - SAÍDA - CONSUMO = ACÚMULO

Através das fronteiras do

sistema

Dentro do sistema

Através das fronteiras do

sistema

Dentro do sistema

Dentro do sistema

TIPOS DE PROCESSOS

PROCESSO CONTÍNUO – um processo no qual a massa de alimentação e os produtosfluem continuamente enquanto dura o processo.PROCESSO DESCONTÍNUO – um processo no qual a massa não é adicionada e nemremovida durante a operação.PROCESSO SEMI – CONTÍNUO - um processo no qual há entrada de massa, mas oproduto não é removido durante a operação (vice – versa)

TIPOS DE PROCESSOS

PROCESSO TRANSIENTE (REGIME NÃO PERMANENTE) – Processo no qual uma dasvariáveis (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) variam com otempo.PROCESSO ESTACIONÁRIO (REGIME PERMANENTE) – Processo no qual todas ascondições (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) não variamcom o tempo, ou seja, são mantidas constantes.

EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO

ENTRADA - SAÍDA = ACÚMULO

EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO

Se é um problema de estado estacionário ( ou regimepermanente ) em que não há acúmulo de material dentro dosistema, a equação de balanço material fica:

ENTRADA = SAÍDA TIPOS DE PROCESSOS

TIPOS DE BALANÇO APLICÁVEL SEM REAÇÃO QUÍMICA COM REAÇÃO QUÍMICA

Balanço Total

Massa sim sim

Quantidade de Matéria sim não

Balanço de componentes

Massa sim não

Quantidade de Matéria sim não

Espécies atômicas

Massa sim sim

Quantidade de matéria sim sim

BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR

SECADOR

FSólido Úmido

f água, F = 20,0%f sólido, F = 80,0%

W Água (vapor)

PSólido Seco

f água, P = 4,0%f sólido, P = 96,0%

água removida = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 ú𝑚𝑖𝑑𝑜x 100

Base de cálculo : F = 100,0 Kg de sólido úmido

BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR

Balanço de massa do sólido:

Entra = Sai(100,0) . (0,80) = (P) . (0,96) + (W) . (0,0)

80,0 = (P) . (0,96)P = 83,3 kg

Balanço de massa para a água:(100,0) . (0,20) = (83,3) . (0,04) + (W) . (1,0)

W = 16,7 kg

% de água removida:

16,7𝑘𝑔

20,0𝑘𝑔x100 = 83,5%

• Recorrendo a uma planilha...

BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR

ENTRADA SAÍDA

COMPONENTE F / kg P / kg W / kg

Sólido 80,0 (1) 80,0(2) -

Água 20,0(1) 3,3(4) 16,7(5)

Total 100,0 83,3(3) 16,7

(1) Valores obtidos multiplicando a massa de F (100,0 kg) pela composição de cada componente

(2) Valor obtido pelo balanço de massa do componente “sólido”

(3) Valor obtido por m(sólido) = 80,0 = (P).(0,96)

(4) Valor obtido por diferença: P – m (sólido)

(5) Valor obtido por balanço de massa do componente “água”

BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR

• Deseja-se separar por destilação uma mistura (F) cuja composição (Xf) é:

a = 50,0%, b = 30,0% e c = 20,0%

O destilado (ou produto de topo) deve ter uma razão em quantidade de matéria destilado/carga (D/F) = 0,60 e uma composição (xd) igual a: a = 80,0%, b = 18,0% e c = 2,0%. Calcule:

a) a razão de quantidade de matéria resíduo/carga (B/F)b) a composição em quantidade de matéria do resíduo (B)c) a composição do componente a no destilado (D) e a do c no resíduo (B)

Des

tila

do

rFCarga

a = 50,0%xf b = 30,0%

c = 20,0%

Destilado (D)a = 80,0%

xd b = 18,0%c = 2,0%

Resíduo (R)a = ?

xr b = ?c = ?

BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR

Solução:

Base de cálculo:

Como D/F = 0,60 logo D=0,60FD = (0,60).(100) = 60 kmol

• Balanço de quantidade de matéria total: F = D + R• Balanço de quantidade de matéria decomponente:

Fx(f) = Dx(d) + Rx(r)

BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR

• Recorrendo a uma planilha...

Entrada Saída Composição de

(R xr/%)

Componente Carga (F/kmol)

Destilado (D/kmol)

Resíduo(R/kmol)

a 50,0 48,0 2,0 5,0

b 30,0 10,8 19,2 48,0

c 20,0 1,2 18,8 47,0

Total 100 60,0 40,0 Ítem b