5.operacoes unitarias slides

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  1. 1. Page 1 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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
  2. 2. Page 2 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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.
  3. 3. Page 3 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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
  4. 4. Page 4 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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)
  5. 5. Page 5 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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
  6. 6. Page 6 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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
  7. 7. Page 7 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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)
  8. 8. Page 8 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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)
  9. 9. Page 9 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor • Trocadores de Calor • Exemplos: – Casco e tubos
  10. 10. Page 10 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Calor • Trocadores de Calor • Exemplos: – Placas
  11. 11. Page 11 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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.
  12. 12. Page 12 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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
  13. 13. Page 13 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti Tipos de Operãções Unitárias - Transferência de Massa • Destilação – Exemplo:
  14. 14. Page 14 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti • 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 http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/opunitindex.htm Bibliografia
  15. 15. Page 15 Processos Químicos para Eng.Produção – Profa. Adriana Marotti 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? Questões

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