Operações Unitárias B
Código: EQM040
Créditos: 05
Introdução
Na indústria química ocorre um grande número de operações unitárias associadas à mudança de composição de soluções, através de métodos que não necessariamente envolvem uma reação química. Tais operações, denominadas “operações de transferência de massa”, são extremamente importantes por estarem presentes em praticamente todos os processos químicos e pelo fato de representarem, em geral, a parte mais significativa do custo de um processo.
Na presente disciplina, serão estudadas oito dessas operações: extração líquido-líquido, extração sólido-líquido, cristalização, secagem, umidificação, absorção, evaporação e destilação. Em cada uma delas, serão abordados aspectos associados ao equilíbrio, transferência de calor e massa, métodos de operação e equipamentos. Vários exemplos serão discutidos, envolvendo aplicações em processos químicos diversos.
Ao final do curso, o aluno deverá ser capaz de compreender toda a base conceitual associada às operações de transferência de massa e de determinar os parâmetros importantes associados a cada uma das operações, incluindo elementos relativos ao dimensionamento de equipamentos.
Conteúdo Programático e Cronograma
1. INTRODUÇÃO
1.1 Operações de Transferência de Massa
1.2 Transferência de Massa entre Fases
2. OPERAÇÕES
2.1 Extração Líquido-Líquido (líquido-líquido)
2.1.1 Conceitos básicos. Fluxograma geral.
2.1.2 Equilíbrio em fase líquida.
2.1.3 Mistura de três componentes – um par parcialmente miscível.
2.1.4 Escolha do solvente.
2.1.5 Extração em um único estágio.
2.1.6 Extração multiestágio.
2.1.6.1 Operação com corrente cruzada (sistemas com um par parcialmente miscível e sistemas totalmente imiscíveis).
2.1.6.2 Operação contracorrente (sistemas com um par parcialmente miscível e sistemas totalmente imiscíveis).
2.1.7 Equipamentos.
2.2 Extração Sólido-Líquido (sólido-fluido)
2.2.1 Conceitos básicos. Fluxograma geral. Métodos de operação.
2.2.2 Tipos de lixiviação.
2.2.3 Eficiência de separação. Diagrama de coordenadas retangulares. Curvas de equilíbrio.
2.2.4 Extração em um único estágio.
2.2.5 Extração multiestágio.
2.2.6 Equipamentos.
2.3 Evaporação(gás-líquido)
2.3.1 Conceitos básicos.
2.3.2 Diagramas de Dühring e de entalpia-concentração.
2.3.3 Evaporadores de simples efeito. Balanços de massa e de energia.
2.3.4 Evaporadores de múltiplo efeito. Balanços de massa e de energia.
2.3.5 Equipamentos.
2.4 Cristalização (sólido-fluido)
2.4.1 Conceitos básicos. Diagramas de fase e de solubilidade.
2.4.2 Balanços de massa e de energia.
2.4.3 Equipamentos.
2.5 Absorção (gás-líquido)
2.5.1 Solubilidade de equilíbrio.
2.5.2 Balanços de Massa.
2.5.3 Equipamentos.
2.6 Umidificação (gás-líquido)
2.6.1 Equilíbrio Líquido-Vapor. Carta Psicrométrica (sistema ar-água).
2.6.2 Resfriamento de água com ar.
2.6.3 Equipamentos.
2.7 Secagem (sólido-fluido)
2.7.1 Equilíbrio.
2.7.2 Conceituação.
2.7.3 Taxa de Secagem.
2.7.4 Secagem contínua
2.7.5 Equipamentos
2.8 Destilação (gás-líquido)
2.8.1 Conceitos básicos. Equilíbrio líquido-vapor.
2.8.2 Sistema Binário
2.8.2.1 Método de McCabe e Thiele.
2.8.2.2 Método de Ponchon & Savarit.
2.8.3 Sistemas multicomponentes.
2.8.3.1 Métodos Simplificados.
2.8.3.2 Simulação da Coluna.
2.8.4 Projeto de colunas de pratos.
2.8.5 Equipamentos
Ementa
Condições de equilíbrio de fases, principais operações e equipamentos industriais, operações em batelada e contínua, balanços de massa e energia, análise de variáveis e cálculo de equipamentos para as seguintes operações: Umidificação, Absorção, Destilação, Secagem, Evaporação, Cristalização, Extração Líquido-Líquido, Extração Sólido-Líquido.
Critérios de Avaliação
Envolvimento com o curso: 10 pontos
Seminário: 10 pontos
8 Provas: 80 pontos
Metodologia de Ensino
Bibliografia Recomendada:
Bird, R.B.; Stewart, W.E. & Ligthfoot, E.N., Transport Phenomena, Wiley, New York,
1960.
Badger, W. L. & Banchero, J. T. Introducción a la Ingeniería Química, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1964.
Chopey, N. P. (editor), Handbook of Chemical Engineering Calculations, 2nd Edition, McGraw-Hill, Inc., 1993, ISBN 0-07-011021-2.
Cussler, E. L., Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems, Cambridge University Press,
London, 1984.
Geankoplis, C. J. ,Transport Processes and Unit Operations, Allyn and Bacon, Inc., 2nd Edition.
Nisenfeld, A. E., Industrial Evaporators – Principles of Operation and Control, Intrument Society of America, ISBN 0-87664-693-3.
Nwvlt, J.; Hostomswy, J; Giulietti, M., Cristalização, 1ª Edição, Editora da UFSCAR, São Carlos, 2001.
Prabhudesai, R. K. & Das, D. K., Chemical Engineering for Professional Engineers’
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Reid, R.C.; Sherwood, T.K. & Prausnitz, J.M., Properties of Gases and Liquids, 3rd ed.,
McGraw-Hill, New York, 1977.
Sherwood, T.K.; Pigford, R.L.& Wilke, C.R., Mass Transfer, McGraw-Hill, New York,
1975.
Smith, J. C. & McCabe, W. L., Unit Operations of Chemical Engineering, 3rd ed., McGraw-
Hill, New York, 1976.
Treybal, R. E., Mass-Transfer Operations, 3rd ed., MacGraw-Hill, New York, 1980.
Revistas Técnicas:
AIChE Journal
Biochemical Engineering Journal
Chemical Engineering Science
International Journal of Heat and Mass Transfer
Journal of Membrane Science
Journal of the American Chemical Society
Separation Science and Technology