Apostila de Processos Industriais

Apostila de Processos Industriais

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PROCESSOS INDUSTRIAIS APOSTILA 2º MÓDULO

PROF. FÁBIO CALHEIROS CAIRES fabioc@anchieta.br

2ºSEMESTRE - 2009 Crédito: w.historycooperative.org

ConteúdoConteúdoConteúdoConteúdo
1. FENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOS2
2. TIPOS DE PROCESSOS QUÍMICOS2
3. LEIS DA QUÍMICA3
4. BALANÇO MATERIAL6
5. FLUXOGRAMAS6
6. CONVERSÕES QUÍMICAS8
7. EQUIPAMENTOS DE INDUSTRIAIS9
8. PRODUTOS13
9. MATÉRIAS-PRIMAS13
10. REVISÃO – CÁLCULOS QUÍMICOS - GASES13
1. REVISÃO - CONCEITOS DE ESTEQUIOMETRIA12
12. EXERCÍCIOS DE ESTEQUIOMETRIA14
1.1.1.1. FENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOSFENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOSFENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOSFENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOS

Uma substância sofre transformação física, quando não há alteração na sua constituição (ou natureza) atômica. Exs: as mudanças de estado são transformações físicas, a dissolução do sal, ou açúcar, na água, bem como a recuperação de ambos por evaporação da água, são fenômenos físicos, a mudança da cor do ferro durante seu aquecimento ou a fragmentação do giz, quando atritado no quadro-negro, também são fenômenos físicos, etc.

Uma substância sofre transformação química, quando há alteração na sua natureza atômica, o que impede a recuperação da substância (por métodos elementares). Exs: combustões, decomposições, digestões, cozimentos, etc. Todos esses fenômenos recebem o nome de reações químicas.

Assim, na queima do álcool, há reação química entre o álcool e o oxigênio do ar. Veja outros exemplos de fenômenos químicos: - combustões do da gasolina, do querosene, do óleo diesel, do acetileno, do hidrogênio, etc;

- o fenômeno da fotossíntese, no qual o gás carbônico e a água da chuva são transformados em alimentos; - a formação de ferrugem (reação entre o ferro e o oxigênio);

- a digestão dos alimentos e a fabricação de sabão, que consiste em aquecer gordura com soda-cáustica.

2.2.2.2. TIPOS DE PROCESSOS QTIPOS DE PROCESSOS QTIPOS DE PROCESSOS QTIPOS DE PROCESSOS QUÍMICOSUÍMICOSUÍMICOSUÍMICOS

Os processos químicos podem ser contínuos ou descontínuos, de batelada.

A escolha do tipo de processo depende de fatores como: - Tamanho da produção;

- Segurança;

- Custo;

- Controles...

3.3.3.3. LEIS DA QUÍMICALEIS DA QUÍMICALEIS DA QUÍMICALEIS DA QUÍMICA

3.1.1 Lei da Conservação da Massa (Lavoisier)

Lavoisier mediu cuidadosamente as massas de um sistema antes e depois de uma reação em recipientes fechados. A figura ilustra uma possibilidade de se testar a Lei de Lavoisier em um procedimento simples.

Provocando o contato entre as soluções reagentes (cloreto de sódio e nitrato de prata), surge um sólido levemente acinzentado, o precipatado de cloreto de prata e uma solução aquosa de nitrato de sódio. Lavoisier constatou que a massa do sistema antes e depois da reação é a mesma. Com base em inúmeras experiências, Lavoisier enunciou a Lei da Conservação da Massa:

"Numa reação química, não ocorre alteração na massa do sistema".

Soma das massas dos REAGENTES = Soma das massas dos PRODUTOS

Ou: "Na Natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma". É bom frisar que, depois de Lavoisier enunciar esta lei, outros cientistas fizeram novos experimentos que visam testar a hipótese proposta por ele e, mesmo ao utilizarem balanças mais modernas, de grande sensibilidade, os testes confirmaram o enunciado proposto. Quando um pedaço de ferro é abandonado ao ar, vai se "enferrujando", ou seja, vai sofrendo uma reação química. Se compararmos a massa do ferro inicial com a do ferro "enferrujado", notaremos que este último tem massa maior. Será que neste caso a massa não se conserva? O que acontece é que os reagentes dessa reação química são ferro (sólido) e material gasoso, proviniente do ar.

massa do ferro + massa dos gases (ar) = massa do ferro "enferrujado"

Como o sistema inicial é constituído por ferro e ar, e o sistema final por ferro "enferrujado", o aumento de massa efetivamente não existiu. Por essa razão é necessário utilizarmos sistemas fechados para verificar a Lei de Lavoisier.

3.1.2 Lei das Proporções Definidas (Proust)

No final do século XVIII, através de inúmeros experimentos, Proust mediu as massas dos reagentes e produtos de uma reação e calculou as diversas relações possíveis entre elas. Vamos considerar a reação química de decomposição da água, para que você possa entender como ele procedeu:

água oxigênio + hidrogênio

Se fizermos diversos experimentos com quantidades variadas de água pura e analisarmos as massas dos produtos, teremos o seguinte:

Água OxigênioHidrogênio

Vamos fazer a relação massa de oxigênio para cada amostra de água:

massa de hidrogênio

moxigênio16 g moxigênio 8 g
mhidrogênio2 g mhidrogênio 1 g
moxigênio160 g moxigênio 40 kg
mhidrogênio20 g mhidrogênio 5 kg

Se fizermos agora a relação massa de água para cada amostra de água, teremos uma relação constante igual a 9.

massa de hidrogênio

Quer dizer que, independentemente da origem da amostra de água (de chuva, de rio, de mar), desde que pura, teremos uma proporção constante entre as massas de água, de hidrogênio e de oxigênio:

Como há proporcionalidade entre massas envolvidas numa reação, podemos construir os seguintes gráficos:

Repetindo experimentos com decomposição de outras substâncias, Proust afirmou:

"Numa dada reação química, existe uma proporção constante entre as massas das substâncias participantes".

ou

"Qualquer composto, independentemente de sua origem, tem uma relação constante entre as massas de seus elementos constituintes".

Esquematicamente

1ª experiência x1 y1 z1 w1 2ª experiência x2 y2 z2 w2 x, y, z, w representam as massas das substâncias X, Y, Z e W x1 y1 z1 w1 = = = x2 y2 z2 w2

4.4.4.4. BALANÇO MATERIALBALANÇO MATERIALBALANÇO MATERIALBALANÇO MATERIAL

Os processos são alimentados por matérias-primas e outros insumos, gerando produtos e subprodutos.

A partir dos dados de entrada e saída de um processo podem ser realizados balanços de massa e energia. Para realização de um balanço deve-se: - Desenhar o fluxograma;

- Escolher volumes de controle;

- Rotular todas as variáveis conhecidas;

- Rotular todas as variáveis desconhecidas;

- Expressar o que o enunciado pede em termos de variáveis;

- Converter unidades (se necessário);

- Escrever as equações de balanço;

- Analisar graus de liberdade;

- Montar estratégia de resolução;

- Avaliar consistência do resultado.

5.5.5.5. FLUXOGRAMASFLUXOGRAMASFLUXOGRAMASFLUXOGRAMAS

São representações esquemáticas de um processo, representando fluxo de material, operações, equipamentos e energia. No início de um processo ou para apresentar todas as seqüências de processo de uma grande indústria são utilizados diagramas de blocos. Em seqüências de produção menores ou em etapas avançadas de projeto o fluxograma deve ser feito de forma mais detalhada, incluindo convenções adotadas para indicação dos equipamentos. São elementos típicos de um fluxograma:

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