PROCESSOS INDUSTRIAIS

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UTILIDADES DE PROCESSOS

Eng° Nivaldo Bernardo Ferreira

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capítulo 1: PROCESSOS INDUSTRIAIS

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1. Conceitos Básicos

1.1. Definição de Processo

É o conjunto de equipamentos, escolhidos pelas suas funções específicas e interligados de modo a possibilitar a transformação de uma matéria-prima em um produto de interesse, de forma econômica, segura e em escala comercial.

Os processos químicos podem ser constituídos por uma seqüência de etapas muito diferentes, que têm princípios fundamentais independentes da substância que está sendo operada e de outras características do sistema. No projeto de um processo, cada etapa a ser usada pode ser investigada individualmente. Algumas etapas são reações químicas, enquanto outras são modificações químicas. O conceito de operação unitária está baseado na filosofia de que uma seqüência amplamente variável de etapas pode ser reduzida a operações simples, ou a reações, que são idênticas independentemente do material que está sendo processado.

1.2. Reação Química

Transformação de uma ou mais substâncias, denominadas reagentes, em outras substâncias, denominadas produtos.

1.3. Definição de Operações Unitárias

Qualquer processo químico, qualquer que seja a sua escala, pode ser decomposto numa série coordenada do que se pode denominar ―ações unitárias‖, como moagem, mistura, aquecimento, absorção condensação, lixiviação, precipitação, cristalização, filtração, dissolução, eletrólise, entre outras. O número destas operações unitárias básicas não é muito grande, apesar de que nos últimos anos há uma tendência constante de introdução de novas técnicas de processamento.

1.3.1. Operações Mecânicas

Operações com Sólidos: Fragmentação, Transporte, Peneiramento, Mistura, Armazenamento Operações com Fluidos: Escoamento de fluidos, Bombeamento de líquidos, movimentação e Compressão de Gases, Mistura e Agitação de Líquidos Operações com Sólidos e Fluidos: Fluidização de Sólidos e Separações mecânicas (sólido-sólido, líquido-sólido, sólido-gás, líquido-gás, líquido-líquido)

1.3.2. Transferência de Calor

Transferência de Calor por Condução Aquecimento e Resfriamento de Fluídos Condensação Ebulição Evaporação

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Transferência de Calor por Radiação

1.3.3. Transferência de Massa

Destilação Absorção e ―Stripping‖ de Gases Adsorção Extração Líquido-Líquido Lixiviação Secagem e Umidificação de Gases Secagem de sólidos Cristalização Troca Iônica

1.4. Conceito de Balanço de Massa

O Balanço de Massa (BM) é uma restrição imposta pela natureza. A lei da conservação de massa nos diz que a massa não pode nem ser criada, nem destruída. Logo, não havendo acúmulo de massa no interior de um equipamento, tem-se ao longo de um determinado intervalo de tempo que: massa total na entrada = massa total na saída.

Fazendo o intervalo de tempo tender a zero, ao invés de quantidades de massa, passamos a falar em termos de vazões: vazão mássica total que entra = vazão mássica total que sai

2. Classificações dos Sistemas

2.1. Quanto ao Regime de Operação

Um sistema pode ser operado da seguinte maneira:

Operação em Batelada: a massa não cruza as fronteiras do processo durante o tempo da batelada. O sistema é alimentado e os produtos são retirados de uma só vez, no início e ao final do tempo de processo, respectivamente. Assim, o processo ao longo da batelada se comporta como um sistema fechado. Normalmente, esta estratégia de operação é usada para produzir pequenas quantidades de especialidades químicas, produtos sazonais ou feitos por encomenda. Operação Contínua: há continuamente a passagem de massa através das fronteiras do processo através das correntes de entrada e de saída. Desta forma o processo se comporta como um sistema aberto. Esta operação é característica de grandes volumes de produção, como ocorre, por exemplo, no refino do petróleo. Operação Semi-batelada ou Semi-contínua: qualquer processo que não é operado em batelada ou em regime contínuo. Um exemplo deste tipo de processo é aquele em que uma massa de líquido é alimentada em um reator e

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gás é borbulhado durante um certo tempo através do líquido. Ao final, a passagem de gás é interrompida e o líquido retirado do reator.

2.2. Quanto ao Comportamento ao Longo do Tempo

A operação de um processo também pode ser classificada conforme o comportamento das variáveis ao longo do tempo:

Operação em Regime Estacionário: os valores das variáveis de processo - temperatura, vazões, concentrações, por exemplo – não variam com o tempo em qualquer posição fixa. Operação em Regime Transiente: os valores das variáveis variam com o tempo em alguma posição fixa do processo. Os processos em batelada têm uma natureza tipicamente transiente, enquanto os processos contínuos operam normalmente em regime estacionário.

3. Fluxos Especiais em um Processo

Existem algumas correntes de processo que têm um objetivo específico e aparecem em uma grande quantidade de fluxogramas. Estas correntes são apresentadas a seguir, bem como uma discussão inicial de suas finalidades.

3.1. Reciclo

A corrente de reciclo é uma corrente que retorna parte ou a totalidade da massa de um ponto avançado do processo para um outro em uma posição pela qual esta massa já tenha passado. Uma representação esquemática de uma corrente de reciclo é apresentada na figura abaixo. Note que a corrente de reciclo nasce em um ponto de divisão que não necessariamente é um divisor de corrente. Muitas vezes a sua origem é em um equipamento de separação, o que trás como conseqüência que a sua composição é diferente da composição das outras correntes que saem de tal equipamento.

As correntes de reciclo servem para a recuperação