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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

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.

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

• 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)

• 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

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

– 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)

• 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)

• Exemplos:
– Casco e tubos

• Exemplos:
– Placas

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.

• 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

• Destilação
– Exemplo:

• 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

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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