PQI 3103
Conservação de Massa e Energia
Prof. Antonio Carlos S. C. Teixeira
Centro de Engenharia de Sistemas Químicos
Departamento de Engenharia Química – Escola Politécnica da USP
Edifício Semi-Industrial, bloco A, 3o andar
http://sites.usp.br/adox
http://www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi3103_PQI
Aula 1 (parte 1) – Conceituação de
processos industriais. Fluxogramas de
processo. Variáveis de processo
Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados
Research in Advanced Oxidation Processes
distribuição da carga horária do curso:
Engenharia Química, Poli/USP
OBJETIVOS DO CURSO
1. Aquisição de conceitos sobre variáveis de
processo e balanços de massa e de energia em
processos industriais
2. Aquisição de habilidades na solução de
problemas relacionadas aos balanços de massa e
de energia
Bibliografia
REKLAITIS, G.V. Introduction to Material and Energy Balances. J. Wiley, New
York, 1983. 683p.
FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos
Químicos. Trad. da 3ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005. 604p.
HIMMELBLAU, D.M. RIGGS, J.B. Engenharia Química - Princípios e Cálculos.
Trad. da 7ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, 2006. 888p.
representações de etapas e de sequências
de etapas de processamento
(operações) etapa 1
etapa 2
etapa n
representações de processos – fluxogramas de processo
exemplo
produção de café a partir de água e grãos de café torrado
fluxograma do processo de
produção de café
a partir de água e grãos de café torrado
aquecer
água
moer os
grãos
água
café
(grãos)
extrair
café
separar
L-S
(filtrar)
líquido:
produto
sólido:
rejeito
etapas
(operações)
conexões
(correntes)
exemplo:
processo de produção de etileno glicol
Etapa 1: eteno (etileno) + oxigênio → óxido de etileno
Etapa 2: óxido de etileno + água → etileno glicol
aditivos para
sistemas de
refrigeração
produção de
poliéster
exemplo:
processo de produção de etileno glicol
Etapa 1: C2H4+ ½ O2 → C2H4O (fase gasosa), catalisada
C2H4+ 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O (reação secundária)
Etapa 2: C2H4O+ H2O → C2H4(OH)2 (fase líquida, transferência de massa)
Condições:
temperatura, pressão, proporção molar C2H4 : O2
Reator 1 Reator 2 C2H4
Ar
C2H4O
H2O
C2H4(OH)2
C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4
gás
alta temperatura
alta pressão
líquido,
temperatura ambiente
pressão ambiente
C2H4(OH)2
H2O, C2H4O, outros
? ?
Reator 1 Reator 2 C2H4
Ar
C2H4O
H2O
C2H4(OH)2
C2H4O, CO2, O2, N2, H2O, C2H4
C2H4(OH)2
H2O, C2H4O, outros
produto
rejeitos recicláveis
Reator 1 Reator 2 C2H4
Ar
C2H4O
H2O
C2H6O2
são necessárias etapas intermediárias com as seguintes funções:
1. Mudança de condição termodinâmica (temperatura, pressão)
2. Separação de componentes das misturas
3. Recuperação ou descarte de alguns componentes
? ?
Reator 1 Reator 2 C2H4
Ar
C2H4O
H2O
C2H6O2
operações unitárias:
1. Trocadores de calor, bombas, compressores, ...
2. Colunas de destilação, absorção, ...
? ?
processo de produção de etileno glicol
processo de produção de etileno glicol
processo de produção de etileno glicol
CRAQUEAMENTOS
DESTILAÇÃO
ATMOSFÉRICA
Tratamentos:
hidrotratamentos
etc
petróleo
cru
produtos pesados:
asfalto, óleos pesados
etc.
frações
pesadas
frações
médias
frações
leves
Tratamentos:
reforma catalítica etc
produtos intermediários:
óleo combustível, diesel,
gasolina, nafta etc.
produtos leves:
solventes, gases
refino de petróleo
exercício – fluxograma de processo
O estireno (C8H8) é produzido a partir da desidrogenação catalítica do etilbenzeno
(C8H10); a reação é conduzida na presença de vapor d’água a fim de eliminar reações
paralelas indesejadas e remover depósitos de carbono da superfície do catalisador
sólido. O fluxograma de uma versão simplificada do processo comercial é
apresentado na figura a seguir, em que: A-trocador de calor (aquecedor); B-mistura de
correntes; C-reator; D-condensador; E-tanque de decantação; F-vaporizador; G-coluna
de destilação. Procure elaborar uma breve descrição da sequência das operações
envolvidas no processo, com base nesse fluxograma.
exercício – fluxograma de processo
Com base nas informações a seguir, elaborar um fluxograma simplificado do processo de
produção de ácido sulfúrico (H2SO4), representando as operações por retângulos e as correntes,
por setas. Identificar claramente as entradas e saídas, as operações e sua sequência. Quando
possível, rotule cada corrente do processo, transcrevendo as informações presentes na descrição:
Adaptado de: Manahan, S.E. Environmental Chemistry, 7th Ed., Lewis Publishers, 2000.
Allen, D.T; Shonnard, D.R. Green Engineering, Prentice Hall, 2002.
estrutura de um processo industrial
fluxograma de processo
fluxograma de processo de uma área específica
fluxograma de processo de uma área específica
fluxograma de tubulações e instrumentos (P & I)
planta de tubulações
desenhos em perspectiva isométrica
escala de laboratório, piloto e industrial
“We’ve got a few problems going from lab
scale to full scale commercial”
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