p.08-09 - OU I 2014.1

 Notas de Aula  –  Operações  Operações Unitárias 2014.1 –  Prof.  Prof. João Vicente

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3. BALANÇOS MATERIAIS O Balanço Material – Conceitos Principais Processo – é uma série de ações ou operações resultando em um fim. Sistema –  é qualquer porção arbitrária ou todo de um processo escolhido para análise. O

sistema pode ser um equipamento, um conjunto de equipamentos ou uma unidade industrial. Esquematicamente, Esquematicamente, tem-se: entrada

 

saída

 proce  processo sso

Balanço Material – nada mais é do que uma contabilidade proveniente da lei da conservação

das massas. O princípio dos balanços materiais consiste na Lei da Conservação da Massa : “ A massa

de

um sistema fechado permanece constante durante os processos que nele ocorrem ”.

Equação Geral: ENTRADA + GERAÇÃO – SAÍDA – CONSUMO = ACÚMULO Geração e consumo – consistem no ganho ou perda por reação química, respectivamente.

Ou seja, somente serão considerados na equação geral acima, quando houver reação química. A equação fica: ENTRADA – SAÍDA = ACÚMULO Acúmulo – é a variação em massa ou em mols (quantidade de matéria) dentro do sistema em

relação ao tempo. Consideraremos os problemas pr oblemas no estado estacionário, ou seja, o acúmulo na equação geral é nulo resultando: ENTRADA = SAÍDA Nos balanços de materiais devemos considerar os sistemas pelos quais não ocorrem reações químicas (processos físicos) e os sistemas pelos quais ocorrem reações químicas.

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Problemas de balanços Mmateriais envolvendo processos físicos Balanço Material em uma Membrana

Ex.12: As membranas representam uma tecnologia relativamente nova na separação de gases. Uma aplicação que tem chamado a atenção é a separação do nitrogênio e oxigênio do ar. A figura abaixo ilustra as composições de entrada de saída destes componentes envolvendo uma membrana nanoporosa, que é feita pela colocação de uma camada muito fina de polímero sobre uma camada de suporte porosa de grafite.

Calcular a composição da corrente de resíduos se esta totaliza 80 % da quantidade que entra. R.

R

 y  O

2

= 0,20;  y NR =0,80. 2

Balanço Material em um Secador

O secador é uma operação unitária pela qual tem por finalidade remover água do produto de interesse. Por exemplo: No processo de produção de HGN (hidrato de gás natural), que consiste na mistura de gás natural com água líquida, formando uma substância sólida, estável, similar ao gelo, o gás natural é alimentado ao reator após passar por um secador. O secador atua como um pré-resfriador da corrente de gás natural que entra no processo, e também reduz o teor de água da mistura de água e hidrato de gás natural que sai do separador, MARTINEZ (2009). Ex.13: Certa lama produzida após perfuração de um poço de petróleo contém 75,0 % em massa de água. 80% da água é removida por filtração e secagem, o que faz reduzir a massa em 72,0 kg, calcule: a) a massa original da lama; b) a porcentagem de água presente na lama após a filtração e secagem. R. (a) 120 kg; (b) 37,5 %.