Transporte de Sólidos
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Profa. Dra. Milena Araújo Tonon Corrêa Revisão de conteúdo estudado em outras disciplinas anteriores. Mostrar para o aluno o princípio teórico de operações importantes em uma indústria química. Dimensionamento nestas operações. de equipamentos envolvidos Conteúdo Introdução às Operações Unitárias Unidades e dimensões Balanços de massa Mecânica dos fluidos Transporte de sólidos Separação sólido-sólido Separação sólido-líquido Separação sólido-gás Bombas Critério de Avaliação 2 Provas teóricas realizadas ao longo do semestre, valendo 7,0 pontos cada. Média =(((B1+B2)/2)*0,7 )+ 3,0 Exercícios e trabalhos, entregues em grupos, valendo um total de 3,0 pontos, que serão somados a nota de cada prova. Bibliografia Foust, Princípios das Operações Unitárias, LTC. Blackadder & Nedderman, Manual de Operações Unitárias, Hemus. Himmelblau & Riggs, Engenharia Química – Princípios e Cálculos, LTC. Gauto & Rosa, Processos e Operações Unitárias da Indústria Química, Ciência Moderna. Em 1915, o engenheiro químico americano Arthur Dehon Little, empresário e professor universitário do MIT, estabeleceu o conceito de “Operação unitária“. De acordo com este, um processo químico seria dividido em uma série de etapas básicas que podem incluir: transferência de massa, transporte de sólidos e líquidos, destilação, filtração, cristalização, evaporação, secagem, etc. Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de "operação unitária” Cada uma das etapas sequenciais numa linha de produção industrial é, portanto, uma operação unitária As operações unitárias visam reduzir o tamanho dos sólidos a processar, transportá-los, separar componentes de misturas ou aquecer e resfriar sólidos e fluidos. Ex: filtração, secagem, evaporação, destilação, absorção, extração. Matéria Prima OP Produto final A disciplina de Operações Unitárias é aquela que classifica e estuda, separadamente, os principais processos físicoquímicos utilizados na indústria. Os processos mais comuns encontrados nas indústrias são a Destilação Atmosférica e a Vácuo, os processos de Absorção e Adsorção, a Extração Líquido-Líquido e Líquido-Gás, o processo de Filtração, Transporte de Sólidos, Trituração, Separação, Evaporação, Secagem, Cristalização, etc. Resfriamento, Cada uma das etapas sequenciais de uma linha de produção industrial é, portanto, uma operação unitária. O conjunto de todas as etapas compõe um PROCESSO UNITÁRIO. Operações Unitárias são sequencias de operações físicas necessárias à viabilização econômica de um processo químico. TIPOS DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS • Mecânicas. •Transferência de calor. •Transferência de massa. Operações Mecânicas São as operações de transporte, separação e transporte de fluidos. Fluidos : A matéria se apresenta basicamente em três fases de agregação : sólida, líquida e gasosa. As fases líquida e gasosa, são chamadas de fluidas, pois apresentam a propriedade de se deformarem continuamente quando é aplicada sobre elas uma força tangencial, denominada “ tensão de cisalhamento” . Em outras palavras, um material fluido é aquele que apresenta a propriedade de escoar. Para o estudo das Operações Unitárias de transporte e de separação de fluidos, é importante o estudo da Mecânica dos Fluidos , ou seja, o estudo do comportamento desses fluidos quando submetidos à ação de uma força. As características mais importantes para o dimensionamento de equipamentos de processos, são a viscosidade e a pressão do fluido. Operações Mecânicas • Operações envolvendo sistemas sólidos Fragmentação, Transporte, Peneiramento, Mistura, Armazenamento • Operações envolvendo sistemas fluidos Escoamento de fluidos, Bombeamento de líquidos, Movimentação e Compressão de gases, Mistura e agitação de líquidos • Operações com sistemas sólido-fluído Fluidização de sólidos, separações mecânicas Operações Mecânicas Filtração Sedimentação Moagem Peneiramento Bombeamento Controle de vazão Acionamento de válvulas Pressurização de equipamentos Tipos de operações unitárias •Mecânica •Transferência de calor •Transferência de Massa Operações de Transferência de Calor São as operações de troca térmica entre fluidos. Mecanismos de Troca de calor : - Condução : contato entre dois corpos fluidos - Convecção : mistura de fluidos - Radiação : ondas de calor Pasteurização e esterilização Trocadores de calor Evaporação e condensação Congelamento Crio-concentração Refrigeração Secagem convectiva de sólidos úmidos CONVECÇÃO Ocorre a transferência de calor por movimento das massas de temperaturas diferentes. Secador convectivo em leito fixo: secador de prateleiras. RADIAÇÃO Propagação de energia através do espaço CONDUÇÃO por ondas eletromagnéticas. Radiação por micro-ondas: essa radiação O calor se propaga de partícula a consegue penetrar mais na massa úmida do partícula (contato térmico) que a radiação infravermelha permitindo a secagem da camada interna e externa. Operações de Transferência de Calor Transferência de calor por condução de sólidos, Aquecimento e resfriamento de fluídos Condensação Ebulição Evaporação Liofilização Transferência de calor por radiação Tipos de operações unitárias •Mecânica •Transferência de calor •Transferência de Massa Operações de Transferência de Massa São as operações que envolvem a separação de líquidos miscíveis. Propriedades das soluções principalmente as diferenças entre os Pontos de Ebulição. . Principais Operações de Transferência de Massa : Destilação Absorção de gases Umidificação e de desumidificação de ar Secagem Extração líquido-líquido Extração sólido-líquido Cristalização Adsorção e troca iônica Separação por membranas Operações de Transferência de Massa Destilação Adsorção Extração líquido-líquido Secagem e umidificação de gases Condicionamento de gases Secagem de sólidos Cristalização Troca iônica Unidades e Dimensões Assunto de reconhecimento obrigatório no estudo das diversas operações unitárias. Dimensões: conceitos básicos de medidas. Podem ser classificadas como básicas (M, L, T, I, , N e J) ou derivadas (L2, L/T, M/L, etc.) Unidades: formas de se expressar as dimensões. São definidas através de sistemas padronizados (Internacional, americano, francês,etc.) Exemplos: m, s, lb, K, mol, N,W, etc. Unidades SI (Sistema Internacional) Unidades do Sistema Americano de Engenharia Prefixos do SI Conversão de Unidades Necessária principalmente quando uma equação envolve várias variáveis, que apresentam unidades incoerentes. Pode ser realizada de maneira simples em alguns casos. Exemplo:Transformar 3 m em pés (ft) Em outras situações, a conversão exige um cálculo realizado de maneira organizada devido ao número de unidades envolvidas. Exemplo:Transformar 15 Btu/m.h em J/in.s Operações matemáticas envolvendo medidas Soma e subtração: somente com medidas de mesma dimensão e unidade. Exemplos: 300 K + 150 K 5 m + 2,5 cm 2 lb – 350 g Multiplicação e divisão: possível com qualquer dimensão e unidade. Exemplos: 3,5 g / 2 L 6,5 N x 2 m Consistência Dimensional Princípio onde cada termo somado, subtraído ou igualado de uma equação deve apresentar as mesmas unidades. Pode auxiliar na determinação de unidades ou dimensões de termos presentes em uma equação qualquer. Exemplo: Determine a unidade de a na equação V = Vo + a.t, onde V e Vo estão em m/s e t está em s.
