PQI 3103 Conservação de Massa e Energia

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1 Pesquisa em Processos Oxidativos Avançados Research in Advanced Oxidation Processes PQI 3103 Conservação de Massa e Energia Aula 1 (parte 1) Conceituação de processos industriais. Fluxogramas de processo. Variáveis de processo 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, 3 o andar [email protected]

2 distribuição da carga horária do curso: Engenharia Química, Poli/USP

3 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

4 Bibliografia REKLAITIS, G.V. Introduction to Material and Energy Balances. J. Wiley, New York, p. FELDER, R.M., ROUSSEAU, R.W. Princípios Elementares dos Processos Químicos. Trad. da 3ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, p. HIMMELBLAU, D.M. RIGGS, J.B. Engenharia Química - Princípios e Cálculos. Trad. da 7ª. Ed. Editora LTC, Rio de Janeiro, p.

5 representações de processos fluxogramas de processo representações de etapas e de sequências de etapas de processamento (operações) etapa 1 etapa 2 etapa n

6 exemplo produção de café a partir de água e grãos de café torrado

7 fluxograma do processo de produção de café a partir de água e grãos de café torrado água aquecer água extrair café separar L-S (filtrar) sólido: rejeito café (grãos) moer os grãos conexões (correntes) líquido: produto etapas (operações)

8 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

9 exemplo: processo de produção de etileno glicol Etapa 1: C 2 H 4 + ½ O 2 C 2 H 4 O (fase gasosa), catalisada C 2 H O 2 2 CO H 2 O (reação secundária) Condições: temperatura, pressão, proporção molar C 2 H 4 : O 2 Etapa 2: C 2 H 4 O+ H 2 O C 2 H 4 (OH) 2 (fase líquida, transferência de massa)

10 C 2 H 4 (OH) 2 H 2 O, C 2 H 4 O, outros Ar H 2 O?? C 2 H 4 C 2 H 4 O Reator 1 Reator 2 C 2 H 4 (OH) 2 C 2 H 4 O, CO 2, O 2, N 2, H 2 O, C 2 H 4 gás alta temperatura alta pressão líquido, temperatura ambiente pressão ambiente

11 C 2 H 4 (OH) 2 H 2 O, C 2 H 4 O, outros Ar H 2 O C 2 H 4 C 2 H 4 O Reator 1 Reator 2 C 2 H 4 (OH) 2 C 2 H 4 O, CO 2, O 2, N 2, H 2 O, C 2 H 4 produto rejeitos recicláveis

12 Ar H 2 O?? C 2 H 4 C 2 H 4 O Reator 1 Reator 2 C 2 H 6 O 2 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

13 Ar H 2 O?? C 2 H 4 C 2 H 4 O Reator 1 Reator 2 C 2 H 6 O 2 operações unitárias: 1. Trocadores de calor, bombas, compressores, Colunas de destilação, absorção,...

14 processo de produção de etileno glicol

15 processo de produção de etileno glicol

16 processo de produção de etileno glicol

17 refino de petróleo petróleo cru Tratamentos: hidrotratamentos etc frações pesadas DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA frações médias CRAQUEAMENTOS frações leves Tratamentos: reforma catalítica etc produtos pesados: asfalto, óleos pesados etc. produtos intermediários: óleo combustível, diesel, gasolina, nafta etc. produtos leves: solventes, gases

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19 exercício fluxograma de processo O estireno (C 8 H 8 ) é produzido a partir da desidrogenação catalítica do etilbenzeno (C 8 H 10 ); 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.

20 exercício fluxograma de processo Com base nas informações a seguir, elaborar um fluxograma simplificado do processo de produção de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ), 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:

21 estrutura de um processo industrial Adaptado de: Manahan, S.E. Environmental Chemistry, 7 th Ed., Lewis Publishers, Allen, D.T; Shonnard, D.R. Green Engineering, Prentice Hall, 2002.

22 fluxograma de processo

23 fluxograma de processo de uma área específica

24 fluxograma de processo de uma área específica

25 fluxograma de tubulações e instrumentos (P & I)

26 planta de tubulações

27 desenhos em perspectiva isométrica

28 escala de laboratório, piloto e industrial

29 We ve got a few problems going from lab scale to full scale commercial

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