Definição Operações Unitárias Tipos de Op.Unitárias: Mecânicas Transferência Calor Transferência de Massa Principais Aplicações na Indústria

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1 Aula 4 Conceituação das Principais Operaçoes unitárias da Ind.Química Definição Operações Unitárias Tipos de Op.Unitárias: Mecânicas Transferência Calor Transferência de Massa Principais Aplicações na Indústria Page 1

2 Definição Operações Unitárias Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de "operação unitária", segundo o qual um processo químico seria dividido em uma série de etapas que podem incluir: transferência de massa, transporte de sólidos e líquidos, destilação, filtração, cristalização, evaporação, secagem, etc. Cada uma das etapas seqüenciais numa linha de produção industrial é, portanto, uma operação unitária. O conjunto de todas as etapas, compõe um processo unitário Portanto, Operações Unitárias são seqüências de operações físicas necessárias à viabilização econômica de um processo químico. Page 2

3 Tipos de Operãções Unitárias - Mecânicas Operações Unitárias Mecânicas São as operações de transporte e separação de fluidos. Conceitos de Mecânica dos Fluidos Definição de fluido: É uma substância, que ao ser submetida à uma 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 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 Page 3

4 Tipos de Operãções Unitárias - Mecânicas Operações Unitárias Mecânicas São as operações de transporte e separação de fluidos. Transporte e Armazenamento Fluidos Bombas» 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) Page 4

5 Tipos de Operãções Unitárias - Mecânicas Bombas Cálculo de uma bomba: Altura manométrica (AMT): Diferença entre a pressão de descarga e pressão de succção. 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 Page 5

6 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor Operações Unitárias 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 Page 6

7 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor Trocadores de Calor Trocador de calor é o dipositivo que efetua a transferência de calor de um fluido para outro. 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) Page 7

8 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência 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.ΔT Cálculo do U (coef.troca térmica) Função das vazões de escoamenteo, propriedades física-quimicas dos fluidos (densidade, cp) e do diâmetro/àrea escoamento Área de troca térmica (A) Q= U.A.ΔT(ln) Page 8

9 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor Trocadores de Calor Exemplos: Casco e tubos Page 9

10 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor Trocadores de Calor Exemplos: Placas Page 10

11 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa Operações Unitárias 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. Page 11

12 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa Destilação Processo separação dos componentes de uma mistura, baseado na diferença de pontos de ebulição de suss 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 Page 12

13 Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa Destilação Exemplo: Page 13

14 Bibliografia 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 Website Page 14

15 Questões 1. Defina operações unitárias. 2. Quais os tipos de operações unitárias? 3. Dê 2 exemplos de op.unitárias mecânicas e suas aplicações na indústria 4. Dê 2 exemplos de op.unitárias de transferência de calor e suas aplicações na indústria 5. Dê 2 exemplos de op.unitárias de transferência de massa e suas aplicações na indústria 6. Você é um Eng. de projeto em uma ind.química e lhe foi solicitado dimensionar um trocador de calor para determinado processo. Quais parâmetros você deve ter em mãos antes de iniciar o projeto? 7. Você é um Eng. de projeto em uma ind.química e lhe foi solicitado projetar um processo para separar uma mistura líquida de benzeno/xileno. Que tipo de operação unitária você sugere? Quais parâmetros você deve ter em mãos antes de iniciar o projeto? Page 15

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