Aula_Classificação de Sistemas_Correntes

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Professora : Elisângela Moraes 
 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA - EEL 
EXERCÍCIOS 
3. Tendo-se uma alimentação de um evaporador de 1000,0 kg/h de suco integral 
de fruta com 12,0% de sólidos solúveis, quanto se produz de suco concentrado 
com 40,0% de sólidos solúveis? Quanto de água será evaporada? 
1. Uma mistura contendo 45,0% de benzeno (B) e 55,0% de tolueno (T) em 
massa é alimentada em uma coluna de destilação. A corrente de saída do topo 
contém 95,0% de B em massa. A corrente de fundo contém 8,0% do benzeno 
alimentado. A taxa de alimentação é de 2000,0 kg/h. Determine a vazão da 
corrente de topo e fundo, além da composição mássica da corrente de fundo. 
2. Alimenta-se uma coluna de destilação com 1000,0 kg/h de uma solução 
contendo 10,0% em massa de álcool, obtendo-se 100,0 kg/h de destilado com 
80,0% em massa de álcool. Determine a vazão de vinhaça (produto de fundo), 
sua composição, e a quantidade percentual de álcool perdido no processo de 
recuperação do álcool. 
CONCEITO DE BALANÇO DE MASSA (BM) 
 O Balanço de Massa (BM) é uma restrição imposta pela natureza. A 
lei da conservação de massa nos diz que a massa não pode nem ser criada, 
nem destruída. Logo, não havendo acúmulo de massa no interior de um 
equipamento, tem-se ao longo de um determinado intervalo de tempo 
que: massa total na entrada = massa total na saída. 
 Fazendo o intervalo de tempo tender a zero, ao invés de 
quantidades de massa, passamos a falar em termos de vazões: vazão 
mássica total que entra = vazão mássica total que sai. 
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 
Quanto ao Regime de Operação 
 Um sistema pode ser operado da seguinte maneira: 
a) Operação em Batelada: a massa não cruza as fronteiras do processo durante o tempo da 
batelada. O sistema é alimentado e os produtos são retirados de uma só vez, no início e ao 
final do tempo de processo, respectivamente. Assim, o processo ao longo da batelada se 
comporta como um sistema fechado. Normalmente, esta estratégia de operação é usada 
para produzir pequenas quantidades de especialidades químicas, produtos sazonais ou 
feitos por encomenda. 
b) Operação Contínua: há continuamente a passagem de massa através das fronteiras do 
processo através das correntes de entrada e de saída. Desta forma o processo se comporta 
como um sistema aberto. Esta operação é característica de grandes volumes de produção, 
como ocorre, por exemplo, no refino do petróleo. 
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 
Quanto ao Regime de Operação 
c) Operação Semi-batelada ou Semi-contínua: qualquer processo que não é operado em 
batelada ou em regime contínuo. Um exemplo deste tipo de processo é aquele em que 
uma massa de líquido é alimentada em um reator e gás é borbulhado durante um certo 
tempo através do líquido. Ao final, a passagem de gás é interrompida e o líquido retirado 
do reator. 
Quanto ao Comportamento ao Longo do Tempo 
a) Operação em Regime Estacionário: os valores das variáveis de processo - temperatura, 
vazões, concentrações, por exemplo – não variam com o tempo em qualquer posição fixa. 
b) Operação em Regime Transiente: os valores das variáveis variam com o tempo em 
alguma posição fixa do processo. Os processos em batelada têm uma natureza tipicamente 
transiente, enquanto os processos contínuos operam normalmente em regime estacionário. 
CORRENTES ESPECIAIS DE UM PROCESSO 
1) RECICLO 
 
- No mundo real, poucas reações ocorre com 100% de rendimento! 
 
- Através de um reciclo, o(s) regente(s) retorna(m) para reação. 
 
- Uma corrente de reciclo é um termo que denota uma corrente de processo 
que retorna material à unidade de processo novamente para a unidade de 
processamento. Muitos processos industriais utilizam corrente de reciclo. 
Em operações de secagem, a umidade do ar é controlada por recirculação 
de parte do ar úmido que deixa o secador. Em reações químicas, o 
catalisador é retornado para o reator para ser utilizado. Outro exemplo de 
reciclagem é o das colunas de fracionamento, onde parte do destilado é 
refluxada de volta para dentro da coluna para manter a quantidade de 
líquido no seu interior. 
1) RECICLO 
VC I 
2) BY-PASS 
 
- Desvio de parte de alimentação de uma unidade e posterior combinação 
com nova corrente. Ou seja, é um tipo que pula um ou mais estágios do 
processo e vai diretamente para outro estágio. 
- Via de regra, possui a mesma composição da corrente original (pois dela se 
origina como uma ramificação) 
VC I VC II 
CORRENTES ESPECIAIS DE UM PROCESSO 
3) PURGA 
 
- Parte de uma corrente indesejável é separada de uma corrente de 
interesse. Logo, é uma corrente descartada com o objetivo de remover um 
acúmulo de materiais inertes ou materiais indesejados que, caso contrário, 
se acumulariam na corrente de reciclo. 
- Objetivo de promover a retirada de substâncias que, sem a purga, iriam se 
acumular, principalmente em circuitos de reciclo. 
CORRENTES ESPECIAIS DE UM PROCESSO 
VC I 
VC II 
3) PURGA 
4) MAKE-UP 
 
- Corrente para reposição de perdas em sistemas que operam em circuito 
fechado (pois perdas são inevitáveis) 
 
Solvente 
Solvente 
Efluente 
Mistura 
Produto 
Purificado 
Solvente Recuperado 
Make-up 
CORRENTES ESPECIAIS DE UM PROCESSO 
BALANÇOS EM MÚLTIPLAS UNIDADES 
- Definir fronteiras para realização de “mini-balanços” através do conceito de 
volume de controle (VC) 
- Todos conceitos anteriormente estudados continuam sendo válidos! 
PRATICANDO 
 Um fluxograma simplificado para a fabricação de açúcar. A cana de 
açúcar (D) contém 16% de acúcar, 59% de polpa e 25% de água e é 
espremida em um moinho. O bagaço (F) resultante contém 80% em massa 
de polpa, água e açúcar. O xarope (E) contendo 
14% polpa, 13% de açúcar e água, é alimentado em uma peneira que 
remove toda a polpa e produz xarope límpido (H), contendo 15% de açúcar 
e 85% de água. Da peneira, resulta uma corrente de rejeito (G), contendo 
95% de polpa, água e açúcar. O evaporador prepara um xarope “pesado” 
(K) com 40% de açúcar e o cristalizador produz 1000lb/h de cristais de 
açúcar 100% puro (M). 
 
a) Calcule a água removida no evaporador (corrente J), em libras/hora; 
b) Calcule a vazão de xarope límpido (corrente H), em libras/hora; 
c) Calcule a vazão e frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito 
G; 
Bagaço (F) 
80% polpa 
açúcar ? 
água ? 
Sólidos (G) 
95% polpa 
açúcar ? 
água ? 
(E) 
13% açúcar 
14% polpa 
73% água 
(H) 
15% açúcar 
85% água 
(K) 40% açúcar 
 60% água 
(M) Açúcar 1000 lb/h 
100% açúcar 
Moinho Peneira Evaporador 
Cristalizador Cana (D) 
16% açúcar 
59% polpa 
25% água 
(J) 
Água 
(L) 
Água 
1500 lb/h 
2500 lb/h 
4167 lb/h 
6667 lb/h 
1152,7 lb/h 
7819 lb/h 
FLUXOGRAMA 
 Água do mar é dessalinizada por osmose inversa segundo o 
esquema a seguir. 
 Utilizando os dados da figura, determine: a) a taxa de remoção 
de salmoura (B); a taxa de produção de água dessalinizada (água 
potável) (D); c) a fração de reciclo da corrente de saída da célula de 
osmose. 
PRATICANDO 
Célula 
1000 lb/h Q2 ? 
X S 0,031 
X H2O 0,969 
X S 0,04 
X H2O 0,96 
Q6 ? 
X S 0,0005 
X H2O 0,9995 
X S 0,0525 
X H2O 0,9475 
Q4 ? 
Q3 ? 
X S 0,0525 
X H2O 0,9475 
3 
6 
1 2 4 
Obs 1: Ao desenhar o fluxograma, devemos assumir a composição das correntes 6, 
4 e 3 como sendo iguais. Pois as correntes 4 e 3 são originadas por 6, sem a 
influência de nenhum processo que modifique sua composição no ponto de 
separação. 
Obs 2: 500 ppm = 0,05% = fração mássica de 0,0005 
Ponto de 
separação 
Ponto de 
mistura 
5 
Q5 ? 
X
S 0,0525 
X H2O 0,9475 
VC Global 
FLUXOGRAMA