25/03/2015. Profª Drª Tânia Regina de Souza. Balanço de massa. ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL Conceitos - Balanço de Massa

Transcrição

1 Balanço de massa. SISTEMA É qualquer parte de matéria ou de um equipamento escolhido arbitrariamente para que se possa analisar o problema. Exemplos: um reator químico, uma coluna de destilação, assim como, uma quantidade arbitrária de uma substância, tal como 1m³ de vapor d água à 200kPa e 500K. Um sistema fechado é quando a massa não atravessa os seus limites, embora a energia possa cruzá-lo. Um sistema aberto ou em escoamento, é quando a massa e/ou a energia cruzam os limites do sistema. Um sistema isolado, é quando nem a massa nem a energia cruza os seus limites. Exemplo de sistema fechado 1 componente. 1

2 Exemplo de sistema aberto em regime permanente 1 componente Exemplo de sistema aberto em regime transiente com acúmulo positivo (vazão de saída menor que a de entrada) 1 componente. Exemplo de sistema aberto em regime transiente com acúmulo negativo (vazão de entrada menor que a de saída) 1 componente. 2

3 Exemplo de sistema aberto em regime permanente 2 componentes. CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS (quanto aos fluxos) Operação em Batelada: Sistema fechado após alimentação e aberto para retirada do produto. Exemplos: cozimento em panela de pressão, fabricação de antibióticos. Operação Contínua: Sistema permanentemente aberto para entrada e saída de massa. Exemplos: produção de vapor em caldeiras, bombeamento e retirada de um fluído num tanque a uma mesma vazão. Operação Semi contínua: Sistema fechado para um componente e aberto para outro. Exemplos: borbulhamento de um gás em um meio líquido. 3

4 entra sai F A = F A + r A d(m A )/dt 4

5 O Balanço de massa pode ser aplicado a sistemas de um ou mais componentes, com ou sem reação química. Regime permanente: o termo de acúmulo é nulo ENTRA SAI + PRODUÇÃO CONSUMO = 0 ENTRA = Sai (sem reações químicas) Regime transiente: há o termo de acúmulo ENTRA SAI + PRODUÇÃO CONSUMO = ACÚMULO ENTRA SAI = ACÚMULO (sem reações químicas) ETAPAS A SEREM SEGUIDAS NO BALANÇO DE MASSA 1. Visualizar e montar um esquema simplificado do processo ou operação em questão. 2. Montar um fluxograma simplificado, indicando todos os dados de entrada e saída e composição de misturas quando ocorrerem. 3. Adotar uma base de cálculo adequada, ou seja, trabalhar com grandezas e unidades que sejam coerentes entre si. 4. Identificar unidades que estejam sendo empregadas e efetuar as conversões necessárias já no início. 5. Escrever o BMT (balanço material total): Utilização da Lei de Conservação da Massa para o sistema ou operação. 6. Escrever o BMP (balanço material parcial): Utilização da Lei de Conservação da Massa para cada um dos participantes. 5

6 Exercício 1: Duas misturas metanol-água de composições diferentes estão contidas em recipientes separados. A primeira mistura contém 40% de metanol em massa e a segunda 70% metanol em massa. Se 200g da primeira mistura são combinados com 150g da segunda mistura, qual a massa e a composição do produto. Considerar que não há reação entre o metanol e a água. Exercício 2: Deseja-se produzir H 2 SO 4 a 18,63% a partir de 200,0 kg de H 2 SO4 a 77,7% e uma solução de H 2 SO4 a 12,43%. Qual a quantidade de solução a 18,63% obtida? Desenhe o fluxograma do processo. Exercício 3: Misturam-se duas soluções aquosas de sacarose. Uma com 20% em massa e outra com 3%. Sabe-se que a quantidade final de solução obtida é o dobro da solução a 3% e que se utilizam 80kg de solução a 20%. Realize o balanço material dessa unidade. 6