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Balanço Material (Processos fisicos)
A solução de problemas envolvendo processos fisicos poder ser executada atraves de uma tecnica conhecida com o nome de balanço material , cujo principio se baseia na lei de conservação da massa. 1.Procurar visualizar o processo considerado. 2.Esquematizar o processo atraves de um fluxograma simplificado indicando as correntes que intervem no processo , bem como a composição de cada uma. 3.Adotar uma base de calculo adequada em relação a qual serão efetuados os calculos. 4.Para cada tipo de balanço as quantidades e porcentagens são fornecidas nas respectivas unidades ; caso não sejam , efetuar transformações. 5.Estabelecer um sistema de tantas equações quantas forem as icognitas atraves de : a) BMT(balanço material total) : lei da conservação da massa para o sistema; b) BMP (balanço material parcial) : lei da conservação da massa para cada componente do sistema Equação geral de Balanço ∑ Entrada + ∑ saida = ∑ acumulo Para procesos continuos que operam em regime permanente (RP) isto é não há alterações das variaveis de processo com o tempo o acumulo é zero e a equação resulta em ∑ Entrada = ∑ saida
Alguns Tipos de operações : Destilação
É um processo fisico que tem por objetivo separar um ou mais componentes de uma mistura liquida Fluxograma
Exemplo: Em uma coluna destilam se 100 kg/h de uma mistura de benzeno e tolueno contendo 50% em peso de benzeno.O destilado sai com 90 % em peso de benzeno e o residuo com 8 % em peso de benzeno. Efetuar o balanço material da coluna e determinar a % de recuperação do benzeno no destilado.
Resolução: BMT: A= D+R → 1000 = D + R → R =1000-D (1) BMP : Benzeno: 0,5A = 0,9D + 0,08R → 0,5.1000 = 0,9D + 0,08R → 500 = 0,9D + 0,08R (2) Tolueno: 0,5A = 0,1D + 0,92R → 0,5.1000 = 0,1D + 0,92R → 500 = 0,1D + 0,92R (3) Subst eq (1) R =1000-D em eq (2) 500 = 0,9D + 0,08R → 500 = 0,9D + 0,08(1000-D) → 500 =0,9D + 80 - 0,08D → D = 420/0,82 = 512,2 kg/h Então :
Exemplos : 1)Tem se uma solução quosa contendo 37% em peso de uma composto A.Com objetivo de extrair o composto A , adicionamos 45 kg de xilol nessa solução obtendo se 2 soluções : uma com 40 % em peso de A em xilol e a outra com 10% em peso de A em agua. Calcular a massa da solução inicial : Resolução:
BMP :
xilol - S = E → 1.(45) = 0,6E → E= 75 (1)
agua- F = R → 0,63F = 0,9R → R = 0,7F (2)
substancia A - F= E+ R → 0,37F = 0,4E + 0,1R → 0,37F = 0,4(75) + 0,1R (3)
subst eq 2 na eq 3
0,37F = 30 +0,1(0,7F)
0,30F= 30
F = 100
2)Uma farinha de peixe contem 25 % em peso de oleo e 75 % em peso de material inerte, sofre uma extração com solvente apropriado. A solução obtida apresenta 20 % peso de oleo e 80 % em peso de solvente enquanto o residuo solido apresenta 0,5% em peso de oleo , 4,5% em peso de solvente e o restante de material inerte.Calcular a massa de farinha peixe necessaria para se ter 1000 kg de solução Resolução:
BMP:
inerte - F = R →0,75F = 0,95R →F = 1,2667R (1)
subst R em eq (1) F =1,27(634,9) = 806, solvente- S = E +R →S = 0,8E + 0,045R → S = 0,8 (1000 )+ 0,045R → S = 800 + 0,045R (2) subst R em eq (2) S = 800 + 0,045(634,9) = 828,6 kg oleo - F= E + R → 0,25F = 0,2E + 0,005R → 0,25F = 0,2(1000) + 0,005R (3) Subst eq (1) em (3) 0,25(1,2667R) = 200 + 0,005R →R = 634,9kg
Secagem
subst eq (2) e (3) em eq (1) m1 + m2 = m3 + m4 → 0,8421m3 +5000= m3 + 3866 → m3 - 0,8421m3 = 5000 - → m3 = 7181,76kg agora subst esse resultado em (3) m1 = 0,8421m3 →m1 = 0,8421.7181,76 = 6048kg Absorção
É a operação de dissolução de um gas num liquido puro ou solução liquida. A absorção pode ser tambem efetuada por reação entre um componente da mistura gasosa e um componente da fase liquida. Fluxograma
Exemplo : 1)Para recuperar piridinas de uma mistura gasosa de 100kg a 25 % em peso de piridinas, utiliza se se clorobenzeno puro.Na saida da coluna de absorção obtem se uma solução de cloro benzeno com 30% em peso de piridina e uma mistura gasosa com 1% em peso de piridina.Calcular a %de piridinas recuperada.
Resolução: BMP:
inerte - m2 = m3 → 0,75m2 = 0,99m3 → 0,75.100 = 0,99m3 →m3 = 0,75.100 =
75,76kg 0,
cloro - m1 = m4 → m1 = 0,7m
piridina- m2 = m3+ m4 → 0,25.100 = 0,01.75,76 +0,3.m4 → m4 = 25 -0,7576 = 80,
kg 0,
Exemplo : 1)Calcular a massa de agua que se deve evaporar de 1000 gramas de uma solução contendo 10% em peso de KNO 3 de modo que se torne uma solução saturada a 20°C. Dado:a solubilidade de KNO 3 a 20°C = 31,6 partes de soluto/ 100 partes de H 2 O. Resolução Cs = 31,6 gramas de KNO 3 / 100 gramas de H 2 O. % peso de m3 = 31,6 = 24,01 % 100+ 31,
BMP:
KNO 3 - m1=m3→ 0,10m1 = 0,2401m3 → 0,10.1000 = 0,2401.m3 → m3= 416,49g
BMT - m1 = m2 + m3 → 1000 = m2 + 416,49 → m2 = 583,5g
- 1000 kg de solução saturada de sulfato de sodio a 50°C sofre resfriamento até a temperatura de 15°C.Calcular a massa de cristais obtidos , sabendo se que o produto cristaliza com 10 moleculas de agua. Dados : solubilidade de Na 2 SO 4 a 50°C = 46,7g de soluto/ 100g de H 2 O solubilidade de Na 2 SO 4 a 15°C = 14,2g de soluto/ 100g de H 2 O Na =23 , H = 1 , S = 32 , O = 16 Resolução Cs50°C = 46,7 .100 = 31,83% 100+ 46, Cs15°C = 14,2 .100 = 12,4% 100+14, MNa 2 SO 4 = 46+64 +32 = 142g/mol MNa 2 SO4. 10H 2 O =142 + 180 = 322g/mol
m2 = 142. 100 = 44,1% 322
BMP
Na 2 SO 4 - m1 = m2 +m3 → 0,3183.1000 = 0,441m2 + 0,124m3→ 318,3 = 0,441m2 + 0,124m →m2 = 318,3 - 0,124m3 = 721,768 - 0,28m 0, Agua - m1 = m2+m3 →0,6817.1000 = 0,559m2 + 0,876m3 → 681,7 = 0,559m +0,876m → m3 = 681,7 -0,559 m3 = 778,2 - 0,638m 0, subst m2 em m m3 = 778,2 - 0,638m2 → m3 = 778,2 - 0,638(721,768 - 0,28m3) → m3 =386,8 kg BMT : m1 = m2 + m3 → m2 = m1 +-m3 → m2 = 1000 - 386,8 = 613 ,2 kg Resp:massa dos cristais = 613,2 kg
Processos com reações quimicas É um Balanço Material que pelo qual ocorrem reações quimicas nele. Exemplo: 1)Uma mistura de gases de enxofre ,originaria de uma fabrica , apresenta a seguinte composição em massa : 40% de SO 2 ; 20 % de SO 3 ;25% de O 2 e 15% de N 2 .Antes de ser lançada a atmosfera , passa por um sistmea de tratamento contendo solução aquosa de hidroxido de calcio ( agua de cal) , que absorve totalmente os gases de enxofre .Sabendo que o fluxo na saida do sistema é 100kg/h Determine: a)fluxo horario da mistura poluente b)composição molar da mistura na saida do sistema c)consumo horario de hidroxido de calcio no sistema
c)
