Fluxogramas_viaveis

7/21/2019 Fluxogramas_viaveis

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1

10

100

1000

10000

1 10 100

% de sólidos na alimentação

D i â m e t r o

d e p a r t í c u l a s ( μ m )

Baseado em Dahlstrom e Cornell, 1971

Filtros ecentrífugas Hidrociclones S e

c a g e m

Classificadores

Sólido - líquido



D i â m e t r o d e p a r t í c u

l a s ( μ m )

Vazão de gás (ft3 /min)

Filtros (para todosos dp’s)

Separadores úmidos(dp>1μm)

Precipitadores eletrostáticosou

Filtrosou

Separadores úmidos(dp>1μm)

Bancos com multiciclones de pequenodiâmetro (dp>5μm)

Ciclones com elevado diâmetro e alta

eficiência (dp>15μm)

Câmaras gravitacionais (dp>50μm)

103 104 105 106

10-1

100

10+1

10+2

Sólido - gás



Flotação

Separadores eletrostáticos

Separadores magnéticos úmidos

Separadores

magnéticos secos

Jigs

Mesa separadora

Câmaras gravitacionais, ciclones

Centrífugas

Hidroseparadores

Hidrociclones

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Sólido - sólido

Diâmetro de partículas (μm)



Fase dispersa>30% ?

dp ≥ 200μm ?

SeparadorgravitacionalSeparador gravitacional+ equipamento adicional

Fase dispersa>15% ?

dp ≥ 200μm ?

Há espaço

suficiente?

Centrífugade discos

Sim Não

Sim Não Não Sim

Separadorgravitacional

Sim

Sim

Fase dispersa>5% ?

dp < 25μm ?

S i m

N ã o

m ?

S i m

N ã o

Decantadorde bandejas

N ã o

S i m

Líquido-líquido (imiscível)

dp > 25μm ?

Coalescedores

ou flotação

De

de

N

ã o





Ex 1-) Gere um fluxograma viável de um sistema para otratamento de água captada em um rio, para ser enviada às

utilidades de um processo. Considere as principaisespecificações da água do rio dadas na tabela. Proponha umaseqüência de equipamentos para remoção de sólidos,microorganismos e íons.

Sólidos totais (mg/L) 3,7

Faixa de diâmetro de partículados sólidos (micra)

0,2 – 130

Dureza total (íon positivos, mg/L) 1,5

Íons sulfatos, nitratos, fosfatos

(mg/L)

0,70

Oxigênio dissolvido (mg/L) 4,0

DBO (mgO2/L) 1,40



Ex 2-) Gere um fluxograma para obtenção do Argônio a partir do

ar atmosférico, com o processo criogênico, no qual O2 e N2 sãoseparados por destilação. Ar será arrastado com O2 e a destilaçãodesta mistura pode produzir uma corrente rica em O2 e umacorrente rica em Ar, contendo ainda O2. Pense na reação

O2+H2H2O.Composto % no ar Teb (°C)

N2 78,09 -195

O2 20,95 -182CO2 0,03 -78

Argônio 0,93 -186

Neônio 0,0018 -246

He 0,0005 -269

Kr 0,0001 -153

H2O Depende da umidade do ar 100

Fuligem Depende da composição



Ex 3-) Gere um fluxograma viável para a produção de P1e P2 a partir de um reagente R . O reagente é compradoe armazenado líquido em um tanque.Considere a seguinte rota:

R S1 + S2 r 1 = k 1.C R S1 P1 + P2 r 2 = k 2 . (C S1-C P1C P2 /K e )

Todos são líquidos. S2 não têm valor comercial. Aspropriedades dos compostos estão listadas na tabela.Mesmo escolhendo reatores adequados, a conversãonão é total, e as espécies corretas devem ser

recirculadas ao processo



Prop\Comp R S1 S2 P1 P2

Teb (°C a 1atm) 140 130 70 90 91

Isotermas emuma matriz

sólida

Solúvel emH2O?

Não Sim Não Não Não

Solúvel embenzeno?

Sim Não Sim Sim Sim

T=120°C

T=100°C

T=120°C

T=100°C

T=120°C

T=100°C

T=120°C

T=100°C

R é contém impurezas, incluindo sólidos 1<dp<5micra,espécies solúveis em H2O com Teb=138°C e espéciescom baixo ponto de ebulição. Todas as impurezas não

possuem valor comercial e devem ser descartadasantes dos reatores.



Ex 4-) Gere um fluxograma viável para a produção de P1e P2 a partir de reagentes R1+R2 . Os primeiro reagentedeve ser extraído a partir de folhas vegetais. O segundoreagente é gás em todas as condições experimentais.As seguintes reações ocorrem:

R1+3.R2 P1 + P2 R1+P1 S1 + 2*S2

R2+P1

S3 As propriedades das espécies estão apresentadas natabela. S1, S2 e S3 não possuem valor comercial. A

conversão de equilíbrio no reator é de 60% para areação de interesse.



Prop\Comp R1 R2 S1 S2 S3 P1 P2

Teb (°C a 1atm) 101 -189 123 73 110 64 64

Solúvel emH2O?

Sim Não Sim Sim Não Não Sim

Solúvel embenzeno?

Sim Não Não Não Sim Sim Não

O processo de extração de folhas pode arrastar uma pequena

quantidade de material particulado, com dP entre 0,1-3micra. Esteprocesso pode também arrastar compostos presentes nas folhascom Teb≈40°C.A Teb do benzeno = 80,1°C. No reator, somente as espécies

reagidas e formadas pela reação podem estar presentes. S3 nãodeve ser separado por destilação das misturas contendo S1+P2pois forma azeótropos.



Ex 5-) Gere um fluxograma viável para a produzir P partir de R .

R deve ser obtido a partir de um sólido sol1, que por sua vez écomprado em mistura com outro sólido sol 2. O sol1 possuipropriedades magnéticas. Após gaseificar, é preciso removergrande concentração de material particulado com dp entre 0,2-

35micra. R é então alimentado ao reator:

R P + S1R S1 + 3*S2

O reator opera com catalisador (30<dp<60) em leito fluidizado,que é desativado e deve ser regenerado com O2 em umregenerador. P pode ser facilmente separado pois adsorve-se

em uma matriz sólida, diferente de R, S1, S2. Não é vantajosorecuperação de R. O produto P adsorvido pode ser recuperadocom vapor, mas não é solúvel em água. Teb<-150°C para todos.



Ex 6-) Gere um fluxograma viável para a produção de ácido cítrico apartir de um xarope de açúcares. O xarope contém 3% sólidos

suspensos. O xarope contém cátions e ânions dissolvidosindesejados na fermentação. O processo é feito por fermentação comH2O + O2, com alimentação do xarope purificado + inócuo. A glicosereage para produzir ácido cítrico, contudo, a conversão não é total,

mas o reagente não reagido não é recuperado. Após a reação, deve-se remover os sólidos presentes (inócuo), obtendo-se o produto +substrato. Uma forma de recuperação do ácido cítrico é promover areação com cal hidratada (Ca(OH)2) e precipitação do produto. Emseguida, é necessário reagir com H2SO4 para solubilizar novamente o

ácido cítrico. Etapas de purificação são necessárias paradesmineralização. Etapas de concentração devem levar o ácido à fasesólida puro. Considere que dp dos sólidos <3micra sempre.

Fermentação

C12H22O11 + H2O + O2 2C6H8O7 + 4H2ORecuperação2C6H8O7 + 3Ca(OH)2 Ca3(C6H5O7) + 6H2OCa3(C6H5O7) + 3H2SO4 C6H8O7 + 3CaSO4



Matérias-prima

ProdutosProcesso

Açúcares +Ca(OH)

2+

H2SO4+Inócuo +

H2O +

ar

Ácidocítrico

Processo

H2O

Micélio

CaSO4

Impurezas



Açúcares Separação 1b Fermentação

Inócuo

Separação 1cH 2 O

Ar Separação 1a

Impurezas Separação 2

Micélio

Reator 2

Ca(OH)2

Separ 3

Ác + subst +H 2 O

Substrato

Reator 3

H 2 SO 4

CaSO 4

Separ 4

Íons

Concentração

Ác + íons + H 2 O

H 2 O Cristais de

ácido cítrico



Separação 1Purificação de ar pode ser feita através de um filtro.

Purificação de água conforme visto anteriormente.Purificação de açúcares semelhante à purificação deH2O

Açúcares

H 2 O

Ar Filtro

Ácido +base p/regeneração

Tr Iônica

Tr Iônica Armazen.

Filtro rot

FiltrosDec



FermentaçãoReações de fermentação geralmente são conduzidas

em batelada

Açúcares

H 2 O

Ar purificados

Reat a

Reat b

Reat c

Inócuo Açúcares + ác.Citrico + H 2 O +

micélio



Separação 2Podemos separar o micélio por filtração ou

centrifugação

Filtro

Açúcares + ác.Citrico + H 2 O +

micélio

Micélio

Açúcares + ác.Citrico + H 2 O



Reator 2 + Separador 2O reator 2 deve operar fazendo a mistura Ca(OH)2 com o

efluente do filtro. Para atingir a mistura, provavelmentetrata-se de um tanque agitado. Há precipitação comformação de sólidos que podem ser retirados por

filtração.

Reator 2

Açúcares + ác.Citrico + H 2 O

Ca(OH)2 Açúcares +

Ca 3 (C

6 H

5 O

7 ) +

H 2 O Filtro rot

Açúcares+H

2 O



Reator 3 + Separador 3A configuração é completamente análoga à anterior.

Reator 3

H 2 SO 4 + H 2 O

CaSO 4 (C 6 H 8 O 7 ) +

H 2 O Filtro rot

CaSO 4



Separação 4 + ConcentraçãoPodemos retirar os íons por troca iônica. Podemos

concentrar o utilizando evaporadores. Em seguida,transformamos em cristais sólidos por cristalização.Retiramos os cristais por centrifugação ou filtração e

fazemos a secagem.Ácido +base p/regeneração

Tr Iônica

Íons

Evaporação

H 2 O

Cristalização

H 2 O

Filtro

H 2 O

Secagem

H 2 O



Ex 7-) Elabore o fluxograma para da água ácida, que contém NH3 eSO2. Ambos são solúveis em água e mais solúveis em dietilamina, um

solvente caro. Sob certas condições de pressão e temperatura NH3 eSO2 podem tanto se solubilizar em dieltilamina quanto permaneceremna fase gás. Pontos de ebulição SO2 = -10°C e NH3 = -33°C.



Ex 8-) Frações orgânicas A+B+C+D+contaminante são separadas emuma coluna de destilação fracionada. Para isto, injeta-se vapor vivo

na coluna. O vapor d’água arrasta o componente mais leve da colunaA+contaminante. As retiradas laterais de líquido da coluna dedestilação contém a fração desejada e alguma quantidade de fraçõesmais leves. A fase orgânica pode ser condensada facilmente no topo,seguindo na fase gás H

2O+contaminante. O contaminante não pode

ser separado da água por destilação, mas possui alta afinidade porum solvente SOLV1 a uma temperatura de 150°C e baixa afinidade poreste mesmo solvente a uma temperatura de 180°C. Você deve removero cont da água e obter as frações puras.

A+B+C+D+contaminante

D e s t i l a ç ã o

Vapor

Vapor+A+cont

B+A

C+B

D+C

CondVapor+cont

A



Nas retiradas laterais, podemos efetuar a separação por stripping de gasescom vapor, uma vez que queremos retirar frações de voláteis em líquidos.Para remover o contaminante da água, podemos utilizar absorção com

SOLV1. Depois, realizamos um stripping apenas com calor deste mesmosolvente.

A+B+C+D+contaminante

D e s t i l a ç ã

o

Vapor

Vapor+A+cont

B+A

Cond

Vapor+cont

A

Strip.

Vap+A

B

Vap

C+B Strip.

Vap+B

C

Vap Vap

D+C Strip. D

Vap

Vap+C

Absorção

SOLV1

Vapor

SOLV1+cont Strip. cont



Ex 9-) Proponha um fluxograma do processo em diagrama de blocospara a produção de açúcar e álcool a partir da cana. Composições

típicas da cana e dos sólidos solúveis contidos na cana estãoapresentados a seguir.

Componente (% mássica)

Água 73-76

Sólidos totais 24-27

Sólidos solúveis 10-16

Fibras (base seca) 11-16

Tabela - Composição típica da cana

Componente (% mássica) Componente (% mássica)

Sacarose 70-91 Aminoácidos 0,5-2,5Glicose 2-4 Proteínas 0,5-0,6

Frutose 2-4 Amido 0,001-0,0015

Sais 3-5 Gomas 0,3-0,6

Ácidos

inorgânicos

1,5-4,5 Ceras e graxas 0,005-0,015

Ácidos

orgânicos

1-3 Outros 3-5

Ácidos

carboxílicos

1,1-3

Tabela - Composição típica dos sólidos solúveis

Ao caldo deve ser adicionado SO2 (sulfitação) para inibição dereações que promoveriam odores e cor inadequadas. Também deveser adicionado Ca(OH)2 (calagem), visando neutralizar ácidos. A

presença de Ca e SO4 forma precipitado, que ao decantar, arrastaimpurezas.



Matérias-prima

ProdutosProcesso

Cana de açúcar

+ Água+ SO2

+ Ca(OH)2

AçúcarProcesso

H2O

Sólidos+ CaSO4

C (OH)



Moendas Absorção

H 2 O quente

Bagaço p/

caldeira

SO 2

Caldo Tanque demistura

Ca(OH)2

Decantação

ana deaçúcar

Sólidos Evaporação

Água

Cozimento

Cristalização

Água

Filtração

Água

Secagem

Água

Filtro Torta

Líquido

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