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DIRETORIA DE DESENVOLVIMENTO DE ENSINO
DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR
CORDENAÇÃO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
Prof° Marcos Leandro Ferreira
BALANÇO DE MASSA
• BALANÇO DE MASSA OU MATERIAL
BALANÇO DE MASSA
BALANÇO BALANÇO
MATERIAL ENERGIA
BALANÇO DE MASSA
• Nos Processos Industriais o balanço material é
limitado pelos erros naturais na medição dos
volumes.
• A imprecisão do balanço material torna-se
maior quando o processo industrial envolve
grandes diferenças de temperatura.
• Há uma tendência normal do iniciante em
problemas de querer resolver imediatamente o
problema sem fazer uma análise inicial.
 Escolha da Base de Cálculo
 Ajuda a resolver um problema, e muitas vezes, de maneira menos
trabalhosa.
BALANÇO DE MASSA
O que eu quero achar? Como devo começar?
Qual a base mais
conveniente?
Importante que a
base seje colocada no
inicio do problema

BALANÇO DE MASSA
Escolha da Base de Cálculo
Processos contínuos Vazão de corrente de
entrada
Processos contínuos Vazão de corrente de
saída
EQUAÇÃO DE BALANÇO
A massa se conserva
nas transformações
químicas?
Quem foi o cientista que estudou este
fenômeno da conservação de massa e
quais suas conclusões?
EQUAÇÃO DE BALANÇO
 A SOMA DAS MASSAS DOS
REAGENTES É IGUAL A SOMA DAS
MASSAS DOS PRODUTOS DE UMA
REAÇÃO – LEI DE CONSERVAÇÃO DAS
MASSAS.
Ʃm(início) = Ʃm(final)
SISTEMA FECHADO
Lavoisier, o pai da química
moderna
Na natureza nada se
cria, nada se perde,
tudo se transforma.
• Um balanço material de um processo contínuo é uma computação
exata de todos os materiais que entram, saem, acumulam ou são
transformados no decorrer de um dado intervalo de tempo de
operação.
EQUAÇÃO DE BALANÇO
SISTEMA
ENTRADAS
SAÍDAS
Sistema em que será aplicado um balanço material
EQUAÇÃO GERAL DO BALANÇO MATERIAL
ENTRADA + GERAÇÃO - SAÍDA - CONSUMO = ACÚMULO
Através das
fronteiras do
sistema
Dentro do
sistema
Através das
fronteiras do
sistema
Dentro do
sistema
Dentro do
sistema
TIPOS DE PROCESSOS
PROCESSO CONTÍNUO – um processo no qual a massa de alimentação e os produtos
fluem continuamente enquanto dura o processo.
PROCESSO DESCONTÍNUO – um processo no qual a massa não é adicionada e nem
removida durante a operação.
PROCESSO SEMI – CONTÍNUO - um processo no qual há entrada de massa, mas o
produto não é removido durante a operação (vice – versa)
TIPOS DE PROCESSOS
PROCESSO TRANSIENTE (REGIME NÃO PERMANENTE) – Processo no qual uma das
variáveis (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) variam com o
tempo.
PROCESSO ESTACIONÁRIO (REGIME PERMANENTE) – Processo no qual todas as
condições (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) não variam
com o tempo, ou seja, são mantidas constantes.
EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO
ENTRADA - SAÍDA = ACÚMULO
EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO
Se é um problema de estado estacionário ( ou regime
permanente ) em que não há acúmulo de material dentro do
sistema, a equação de balanço material fica:
ENTRADA = SAÍDA
TIPOS DE PROCESSOS
TIPOS DE BALANÇO APLICÁVEL SEM REAÇÃO QUÍMICA COM REAÇÃO QUÍMICA
Balanço Total
Massa sim sim
Quantidade de Matéria sim não
Balanço de componentes
Massa sim não
Quantidade de Matéria sim não
Espécies atômicas
Massa sim sim
Quantidade de matéria sim sim
BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR
SECADOR
F
Sólido Úmido
f água, F = 20,0%
f sólido, F = 80,0%
W Água (vapor)
P
Sólido Seco
f água, P = 4,0%
f sólido, P = 96,0%
água removida =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 ú𝑚𝑖𝑑𝑜
x 100
Base de cálculo : F = 100,0 Kg de sólido úmido
BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR
Balanço de massa do sólido:
Entra = Sai
(100,0) . (0,80) = (P) . (0,96) + (W) . (0,0)
80,0 = (P) . (0,96)
P = 83,3 kg
Balanço de massa para a água:
(100,0) . (0,20) = (83,3) . (0,04) + (W) . (1,0)
W = 16,7 kg
% de água removida:
16,7𝑘𝑔
20,0𝑘𝑔
x100 = 83,5%
• Recorrendo a uma planilha...
BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR
ENTRADA SAÍDA
COMPONENTE F / kg P / kg W / kg
Sólido 80,0 (1) 80,0(2) -
Água 20,0(1) 3,3(4) 16,7(5)
Total 100,0 83,3(3) 16,7
(1) Valores obtidos multiplicando a massa de F (100,0 kg) pela composição de cada componente
(2) Valor obtido pelo balanço de massa do componente “sólido”
(3) Valor obtido por m(sólido) = 80,0 = (P).(0,96)
(4) Valor obtido por diferença: P – m (sólido)
(5) Valor obtido por balanço de massa do componente “água”
BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR
• Deseja-se separar por destilação uma mistura (F) cuja composição (Xf) é:
a = 50,0%, b = 30,0% e c = 20,0%
O destilado (ou produto de topo) deve ter uma razão em quantidade de matéria
destilado/carga (D/F) = 0,60 e uma composição (xd) igual a: a = 80,0%, b = 18,0% e c
= 2,0%. Calcule:
a) a razão de quantidade de matéria resíduo/carga (B/F)
b) a composição em quantidade de matéria do resíduo (B)
c) a composição do componente a no destilado (D) e a do c no resíduo (B)
Destilador
F
Carga
a = 50,0%
xf b = 30,0%
c = 20,0%
Destilado (D)
a = 80,0%
xd b = 18,0%
c = 2,0%
Resíduo (R)
a = ?
xr b = ?
c = ?
BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR
Solução:
Base de cálculo:
Como D/F = 0,60 logo D=0,60F
D = (0,60).(100) = 60 kmol
• Balanço de quantidade de matéria total: F = D + R
• Balanço de quantidade de matéria decomponente:
Fx(f) = Dx(d) + Rx(r)
BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR
• Recorrendo a uma planilha...
Entrada Saída Composição
de
(R xr/%)
Componente Carga
(F/kmol)
Destilado
(D/kmol)
Resíduo
(R/kmol)
a 50,0 48,0 2,0 5,0
b 30,0 10,8 19,2 48,0
c 20,0 1,2 18,8 47,0
Total 100 60,0 40,0 Ítem b

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introdução ao balanço de massa

  • 1. DIRETORIA DE DESENVOLVIMENTO DE ENSINO DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR CORDENAÇÃO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA Prof° Marcos Leandro Ferreira BALANÇO DE MASSA
  • 2. • BALANÇO DE MASSA OU MATERIAL BALANÇO DE MASSA BALANÇO BALANÇO MATERIAL ENERGIA
  • 3. BALANÇO DE MASSA • Nos Processos Industriais o balanço material é limitado pelos erros naturais na medição dos volumes. • A imprecisão do balanço material torna-se maior quando o processo industrial envolve grandes diferenças de temperatura. • Há uma tendência normal do iniciante em problemas de querer resolver imediatamente o problema sem fazer uma análise inicial.
  • 4.
  • 5.  Escolha da Base de Cálculo  Ajuda a resolver um problema, e muitas vezes, de maneira menos trabalhosa. BALANÇO DE MASSA O que eu quero achar? Como devo começar? Qual a base mais conveniente? Importante que a base seje colocada no inicio do problema
  • 6.  BALANÇO DE MASSA Escolha da Base de Cálculo Processos contínuos Vazão de corrente de entrada Processos contínuos Vazão de corrente de saída
  • 7. EQUAÇÃO DE BALANÇO A massa se conserva nas transformações químicas? Quem foi o cientista que estudou este fenômeno da conservação de massa e quais suas conclusões?
  • 8. EQUAÇÃO DE BALANÇO  A SOMA DAS MASSAS DOS REAGENTES É IGUAL A SOMA DAS MASSAS DOS PRODUTOS DE UMA REAÇÃO – LEI DE CONSERVAÇÃO DAS MASSAS. Ʃm(início) = Ʃm(final) SISTEMA FECHADO Lavoisier, o pai da química moderna Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.
  • 9. • Um balanço material de um processo contínuo é uma computação exata de todos os materiais que entram, saem, acumulam ou são transformados no decorrer de um dado intervalo de tempo de operação. EQUAÇÃO DE BALANÇO SISTEMA ENTRADAS SAÍDAS Sistema em que será aplicado um balanço material
  • 10. EQUAÇÃO GERAL DO BALANÇO MATERIAL ENTRADA + GERAÇÃO - SAÍDA - CONSUMO = ACÚMULO Através das fronteiras do sistema Dentro do sistema Através das fronteiras do sistema Dentro do sistema Dentro do sistema TIPOS DE PROCESSOS PROCESSO CONTÍNUO – um processo no qual a massa de alimentação e os produtos fluem continuamente enquanto dura o processo. PROCESSO DESCONTÍNUO – um processo no qual a massa não é adicionada e nem removida durante a operação. PROCESSO SEMI – CONTÍNUO - um processo no qual há entrada de massa, mas o produto não é removido durante a operação (vice – versa)
  • 11. TIPOS DE PROCESSOS PROCESSO TRANSIENTE (REGIME NÃO PERMANENTE) – Processo no qual uma das variáveis (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) variam com o tempo. PROCESSO ESTACIONÁRIO (REGIME PERMANENTE) – Processo no qual todas as condições (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) não variam com o tempo, ou seja, são mantidas constantes. EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO ENTRADA - SAÍDA = ACÚMULO
  • 12. EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO Se é um problema de estado estacionário ( ou regime permanente ) em que não há acúmulo de material dentro do sistema, a equação de balanço material fica: ENTRADA = SAÍDA TIPOS DE PROCESSOS TIPOS DE BALANÇO APLICÁVEL SEM REAÇÃO QUÍMICA COM REAÇÃO QUÍMICA Balanço Total Massa sim sim Quantidade de Matéria sim não Balanço de componentes Massa sim não Quantidade de Matéria sim não Espécies atômicas Massa sim sim Quantidade de matéria sim sim
  • 13. BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR SECADOR F Sólido Úmido f água, F = 20,0% f sólido, F = 80,0% W Água (vapor) P Sólido Seco f água, P = 4,0% f sólido, P = 96,0% água removida = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 ú𝑚𝑖𝑑𝑜 x 100 Base de cálculo : F = 100,0 Kg de sólido úmido
  • 14. BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR Balanço de massa do sólido: Entra = Sai (100,0) . (0,80) = (P) . (0,96) + (W) . (0,0) 80,0 = (P) . (0,96) P = 83,3 kg Balanço de massa para a água: (100,0) . (0,20) = (83,3) . (0,04) + (W) . (1,0) W = 16,7 kg % de água removida: 16,7𝑘𝑔 20,0𝑘𝑔 x100 = 83,5%
  • 15. • Recorrendo a uma planilha... BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR ENTRADA SAÍDA COMPONENTE F / kg P / kg W / kg Sólido 80,0 (1) 80,0(2) - Água 20,0(1) 3,3(4) 16,7(5) Total 100,0 83,3(3) 16,7 (1) Valores obtidos multiplicando a massa de F (100,0 kg) pela composição de cada componente (2) Valor obtido pelo balanço de massa do componente “sólido” (3) Valor obtido por m(sólido) = 80,0 = (P).(0,96) (4) Valor obtido por diferença: P – m (sólido) (5) Valor obtido por balanço de massa do componente “água”
  • 16. BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR • Deseja-se separar por destilação uma mistura (F) cuja composição (Xf) é: a = 50,0%, b = 30,0% e c = 20,0% O destilado (ou produto de topo) deve ter uma razão em quantidade de matéria destilado/carga (D/F) = 0,60 e uma composição (xd) igual a: a = 80,0%, b = 18,0% e c = 2,0%. Calcule: a) a razão de quantidade de matéria resíduo/carga (B/F) b) a composição em quantidade de matéria do resíduo (B) c) a composição do componente a no destilado (D) e a do c no resíduo (B) Destilador F Carga a = 50,0% xf b = 30,0% c = 20,0% Destilado (D) a = 80,0% xd b = 18,0% c = 2,0% Resíduo (R) a = ? xr b = ? c = ?
  • 17. BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR Solução: Base de cálculo: Como D/F = 0,60 logo D=0,60F D = (0,60).(100) = 60 kmol • Balanço de quantidade de matéria total: F = D + R • Balanço de quantidade de matéria decomponente: Fx(f) = Dx(d) + Rx(r)
  • 18. BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR • Recorrendo a uma planilha... Entrada Saída Composição de (R xr/%) Componente Carga (F/kmol) Destilado (D/kmol) Resíduo (R/kmol) a 50,0 48,0 2,0 5,0 b 30,0 10,8 19,2 48,0 c 20,0 1,2 18,8 47,0 Total 100 60,0 40,0 Ítem b