op envolvendo transferencia de massa 2-2012
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7/29/2019 OP Envolvendo Transferencia de Massa 2-2012
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Universidade Federal do Tocantins
Operaes Unitriasenvolvendo
Transferncia deMassa
Prof Anne Cardoso Neves
Janeiro de 2013
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1. Introduo
Processos
matrias-primas correntes
processamento complementar
separao
purificao
contato entre fases
transferncia de componentes
produtos
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CO2 removido da mistura
com ar
FABRICAODO GELO
SECO
dissolve o gs e no o ar
contato entre o gs e um lquido
aquecimento da soluo
1. Introduo
CO2 puro
dietanolamina
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1. Introduo
Processo de
Separao
operaes
unitrias
separao doscomponentes
transfernciade massa
separao dasfases
filtrao
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2. Operaes de Transferncia de Massa
duas fases de composiesdiferentes
transferncia decomponentes de uma para
outra
BaseFsica
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duas fases em contato
no h mais transferncia decomponentes
intervalo de tempo
2. Operaes de Transferncia de Massa
Equilbrio
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duas fases parcialmente
miscveis
ainda existem duas fases aseparar
condies apropriadas
2. Operaes de Transferncia de Massa
Equilbrio
contato e separao repetida
separao quase completa
equipamento
multiestgio
composies em equilbrio
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2. Operaes de Transferncia de Massa
equipamento multiestgio
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2. Operaes de Transferncia de Massa
equipamento multiestgio
lquido orgnico proveniente de cascas de carvalho(Furfural)
dissolve indesejveis em leo lubrificante
Furfural injetado no topo da coluna
sai pela base com indesejveis
leo lubrificante purificado sai pelo topo
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.1. Processos de Separao
problema separao
misturahomognea
diferenas depropriedades
qumicas efsicas
maiordiferena
separaomais fcil eeconmica
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.1. Processos de Separao
engenheirodiversosfatores
escolha doprocesso
separativo
separaomais fcil eeconmica
EnergiaCustoMateriais de processo e de construo Integrao das etapas no processo
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
Operao unitria
fracionamento ou destilao fracionada
processo de separao
mais usado na indstria qumica
baseada em diferenas de volatilidade
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
fasevapor
faselquida
transferncia de massa
mesmos componentes quantidades relativas diferentes
Ponto de orvalho
Ponto de bolha
vaporiza
cond
ensa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
fasevapor
faselquida
concentraomais voltil
concentrao
menos voltil
EFEITO FINAL
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vaporizao econdensao
efeitos trmicos
envolvem calores latentes
clculos de destilao
2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
Soluoideal
soluo de benzeno e tolueno volatilidade relacionada a pressode vapor dos componentes puros
Soluono-idealmistura de etanol e gua no existe relao simples
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
Vantagem sem adio de substncia paraque ocorra separao
Desvantagem grandes quantidades de energia
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
fabricao do ao
foguetes
aplicaes mdicas
produzido pela destilao do ar
previamente liquefeito
OXIGNIO PURO
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
Produo de oxignio puro por destilao fracionada
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
separado em diversas fraes( gases leves, nafta, gasolina,querosene, leos combustveis,
leos lubrificantes e asfalto)
grandes colunas de destilao
fraes processadas em produtosacabados
utilizando a destilao
PETRLEO CRU
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao PETRLEO CRU
d f d
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
d f d
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
Plataforma de extrao de petrleo
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Plataforma de extrao de petrleo
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.2. Destilao
Refinaria de petrleo
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Absorotransferncia de componente
solvel de fase gasosa paraabsorvente lquido no-voltil
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Dessoro remoo de componente delquido por contato com fase
gasosa
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3.1. Absoro de Gs
Absoro
absorvente lquido no sevaporiza
gs contm apenas um
constituinte solvel
absorvente lquido sevaporiza
gs contm vrios
constituintes solveis
simples
complexa
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
amnia solvel na gua ar quase insolvel
gua no vaporiza a Tamb
NH3ar
H2O(l)
contato gscom lquido
Tamb
NH3H2O(l)
Transfernciade massa
NH3(g) NH3(l)
amnia na gua emequilbrio com gasosa
encerra transferncia de
massa
NH3ar
2.3.1. Absoro de Gs
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
NH3ar
H2O(l) abaixo do Ponto de bolha
muito acima do Ponto de orvalho
2.3.1. Absoro de Gs
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
Absoro Destilao
absorvente liquido abaixo doPonto de bolha
absorvente liquido no Ponto debolha
fase gasosa muito acima doPonto de orvalho
fase gasosa no Ponto de orvalho
fases no contm mesmos
componentes
fases contm mesmos
componentes
calor de soluo do gsabsorvido
calores de vaporizao econdensao
2 O d T f i d M
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2. Operaes de Transferncia de Massa
Absoro adio de componente ao sistema
remoo do soluto do absorvente
Absorventelquido
destilao ou dessoro
2.3.1. Absoro de Gs
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3.2. Dessoro de Gs
Dessoro ouExtrao
oposta absoro
gs solvel transferido do
lquido para fase gasosa
concentrao no lquidomaior que de equilbriocom gs
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
NH3
H2O(l)
ar
borbulhar ar
NH3H
2O
(l)
Transfernciade massa
NH3(l) NH3(g)
NH3
ar
2.3.2. Dessoro de Gs
amnia na gua em equilbrio com gasosa
encerra transferncia de massa
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
indstria
equipamentos avrios estgios
equipamento acontato contnuo
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Produo de cidoclordrico
absoro de cloreto dehidrognio em gua
Fermentao aerbiade lodo de esgoto
absoro de ar
Carbonatao debebidas refrigerantes
absoro de dixido decarbono
dessoro ao abrir a garrafa
e presso reduzida
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Vista de borbulhadordesmontado
gs sai e dispersadono lquido
gs entra
lquido cobre
fendas
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Prato com borbulhadores afluxo cruzado
Fluxo de
lquido
Fluxo degs
Borbulhadores dispersam
gs no lquido
Prato
superior
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Prato com borbulhadores afluxo cruzado
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.3. Absoro e Dessoro de Gs
Fluxo delquido
Fluxo de
gs
Bandejas com pratoperfurado
Gs dispersa-se no lquido pelapassagem atravs dos orifcios
no prato
Prato
superior
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido
misturalquida solvente
componente solvel no solvente soluto
componente insolvel no solvente inerte
Transferncia
de massa
extrato
refinado
soluto
Extrao por solvente
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido
soluohomognea solventeinsolvelextrato
refinado
soluto
soluto se difunde nosolvente at o equilbrio
encerra transferncia de
massaTransferncia de massa
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido
terisoproplicoextrato
refinado
soluoaquosa
cidoactico
gua muito poucosolvel no terTransferncia de massa
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido
Remoo de impurezas de leo lubrificante
Separao de nibio do tntalo
Produo de cido fosfrico concentrado
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido
Produo de cido fosfrico concentrado
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido
Sada de lquidoleve
Sada delquido leve
Entradade
lquidoleve
Entradadelquido
leve
Sada de lquido
pesado
Sada de lquido
pesado
Entradade
lquido
pesado
Entradade
lquidopesado
Colunas de bandejasperfuradas
(a) Fase leve: dispersa(b) Fase pesada: dispersa
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.4. Extrao lquido-lquido Colunas de bandejasperfuradas
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.5. Extrao slido-lquido
Lixiviao ou Lavagem
solvente
componente desejado solvel
restante do slido insolvel
solvente
+solutoslido
Transferncia de massa
soluto
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.5. Extrao slido-lquido
Fabricao de caf solvel recuperar caf solvel da
borra
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.5. Extrao slido-lquido
Extrao de leo de soja hexano como solvente
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.5. Extrao slido-lquido
Recuperao de urnio de minrios extrao comcido sulfrico
2 Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
processo de separao
baseado na velocidade de transferncia de massa
na presena ou no de reao qumica
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
constituinte adsorvido deve ser removido da fase slida
transferncia de constituinte de um fluido parasuperfcie de fase slida
fluido
adsorvente
gs ou lquido
slido mantm soluto na sua superfcie ao de foras fsicas
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
fenmeno superficial
molculas da fase fluida so retidas na superfcie
do slido (adsorvente) formando camada
por foras de Van der Waals
importante: grande rea superficial externa e internaassociada sua estrutura porosa
2. Operaes de Transferncia de Massa
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capacidade deadsoro
tipo e tamanho dos poros sua distribuio natureza da superfcie do adsorvente
2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
- Macroporos: > 50 nm
- Mesoporos: 2 < < 50 nm- Microporos: < 2 nm
IUPAC (1982) classificados em funo do dimetro
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
Classificao do tamanho do poro de acordo com a IUPAC
Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada.
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
Esquema com 2 colunas de leito fixo para saturao/regenerao
2. Operaes de Transferncia de Massa
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Instalao industrial com colunas de carvo ativado.
2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
adsorventes
mais comuns(indstria)
carvo
ativado
peneirasmoleculares
slica-gel
aluminaativada
amorfos
estruturacristalina
2. Operaes de Transferncia de Massa
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. Operaes de Transferncia de Massa
2.6. Adsoro
objetivos
purificao
separao de componentes deuma mistura
tratamento de efluentes lquidosou gasosos
anlises cromatogrficas
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
Adsoro de vapores orgnicos pelo carvo
slido mantm soluto na sua superfcie ao de foras fsicas
carvo Transfernciade massa
vaporesorgnicos
carvo
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
leito mvel de adsorvente
leito fixo de adsorvente
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
Peneiras moleculares adsorventes sintticos
separao
polaridade saturao deligaes carbnicas
dimensesmoleculares
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
Peneiras moleculares
guamolculas pequenas polares
preferencialmente adsorvidas
secagem de gases e lquidos
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
Peneiras moleculares
Refinarias de petrleo
separar parafinas dehidrocarbonetos
manufatura de detergentes
biodegradveis
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
Processos separativossimilares
Troca inica
Clatratao
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
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Troca inica
soluto retido por reao qumica com resina slida
trocadora de ons
Produo de gua ultrapura
Recuperao de antibiticos de mostos fermentados
Separao de terras raras
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
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Clatratao
fenmeno fsico baseado na forma das molculas
Separao de paraxileno do metaxilenocaptura num clatrato propriedades quase idnticas
clatrato slido atrai e retm molculas com forma particular
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.6. Adsoro
Cromatografia
separa vrios solutos adsorvveis por meio de um leito
fixo adsorvente
parte do soluto dessorvida e arrastada com o solvente
anlise qumica de pequenas amostras separao das terras raras
2. Operaes de Transferncia de Massa
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2.7. Separao por membrana
transferncia de massa atravs de uma delgadamembrana plstica
tamanho molecular
gradiente de concentrao
separao de hidrxido de sdio de soluo aquosa comhemicelulose (raiom viscose)
recuperao de cido sulfrico nos rejeitos das refinariasde cobre