introdução ao balanço de massa
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DIRETORIA DE DESENVOLVIMENTO DE ENSINODEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR
CORDENAÇÃO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA
Prof° Marcos Leandro Ferreira
BALANÇO DE MASSA
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• BALANÇO DE MASSA OU MATERIAL
BALANÇO DE MASSA
BALANÇO BALANÇO
MATERIAL ENERGIA
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BALANÇO DE MASSA
• Nos Processos Industriais o balanço material élimitado pelos erros naturais na medição dosvolumes.
• A imprecisão do balanço material torna-semaior quando o processo industrial envolvegrandes diferenças de temperatura.
• Há uma tendência normal do iniciante emproblemas de querer resolver imediatamente oproblema sem fazer uma análise inicial.
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Escolha da Base de Cálculo
Ajuda a resolver um problema, e muitas vezes, de maneira menos trabalhosa.
BALANÇO DE MASSA
O que eu quero achar? Como devo começar?
Qual a base mais conveniente?
Importante que a base seje colocada no
inicio do problema
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BALANÇO DE MASSA
Escolha da Base de Cálculo
Processos contínuos Vazão de corrente de entrada
Processos contínuos Vazão de corrente de saída
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EQUAÇÃO DE BALANÇO
A massa se conservanas transformaçõesquímicas?
Quem foi o cientista que estudou este fenômeno da conservação de massa e
quais suas conclusões?
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EQUAÇÃO DE BALANÇO
A SOMA DAS MASSAS DOSREAGENTES É IGUAL A SOMA DASMASSAS DOS PRODUTOS DE UMAREAÇÃO – LEI DE CONSERVAÇÃO DASMASSAS.
Ʃm(início) = Ʃm(final)
SISTEMA FECHADO
Lavoisier, o pai da química moderna
Na natureza nada secria, nada se perde,tudo se transforma.
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• Um balanço material de um processo contínuo é uma computaçãoexata de todos os materiais que entram, saem, acumulam ou sãotransformados no decorrer de um dado intervalo de tempo deoperação.
EQUAÇÃO DE BALANÇO
SISTEMAENTRADAS
SAÍDAS
Sistema em que será aplicado um balanço material
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EQUAÇÃO GERAL DO BALANÇO MATERIAL
ENTRADA + GERAÇÃO - SAÍDA - CONSUMO = ACÚMULO
Através das fronteiras do
sistema
Dentro do sistema
Através das fronteiras do
sistema
Dentro do sistema
Dentro do sistema
TIPOS DE PROCESSOS
PROCESSO CONTÍNUO – um processo no qual a massa de alimentação e os produtosfluem continuamente enquanto dura o processo.PROCESSO DESCONTÍNUO – um processo no qual a massa não é adicionada e nemremovida durante a operação.PROCESSO SEMI – CONTÍNUO - um processo no qual há entrada de massa, mas oproduto não é removido durante a operação (vice – versa)
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TIPOS DE PROCESSOS
PROCESSO TRANSIENTE (REGIME NÃO PERMANENTE) – Processo no qual uma dasvariáveis (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) variam com otempo.PROCESSO ESTACIONÁRIO (REGIME PERMANENTE) – Processo no qual todas ascondições (temperatura, pressão, quantidade de massa, vazões, etc...) não variamcom o tempo, ou seja, são mantidas constantes.
EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO
ENTRADA - SAÍDA = ACÚMULO
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EQUAÇÃO DE BALANÇO FÍSICO
Se é um problema de estado estacionário ( ou regimepermanente ) em que não há acúmulo de material dentro dosistema, a equação de balanço material fica:
ENTRADA = SAÍDA TIPOS DE PROCESSOS
TIPOS DE BALANÇO APLICÁVEL SEM REAÇÃO QUÍMICA COM REAÇÃO QUÍMICA
Balanço Total
Massa sim sim
Quantidade de Matéria sim não
Balanço de componentes
Massa sim não
Quantidade de Matéria sim não
Espécies atômicas
Massa sim sim
Quantidade de matéria sim sim
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BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR
SECADOR
FSólido Úmido
f água, F = 20,0%f sólido, F = 80,0%
W Água (vapor)
PSólido Seco
f água, P = 4,0%f sólido, P = 96,0%
água removida = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 ú𝑚𝑖𝑑𝑜x 100
Base de cálculo : F = 100,0 Kg de sólido úmido
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BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR
Balanço de massa do sólido:
Entra = Sai(100,0) . (0,80) = (P) . (0,96) + (W) . (0,0)
80,0 = (P) . (0,96)P = 83,3 kg
Balanço de massa para a água:(100,0) . (0,20) = (83,3) . (0,04) + (W) . (1,0)
W = 16,7 kg
% de água removida:
16,7𝑘𝑔
20,0𝑘𝑔x100 = 83,5%
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• Recorrendo a uma planilha...
BALANÇO MATERIAL EM UM SECADOR
ENTRADA SAÍDA
COMPONENTE F / kg P / kg W / kg
Sólido 80,0 (1) 80,0(2) -
Água 20,0(1) 3,3(4) 16,7(5)
Total 100,0 83,3(3) 16,7
(1) Valores obtidos multiplicando a massa de F (100,0 kg) pela composição de cada componente
(2) Valor obtido pelo balanço de massa do componente “sólido”
(3) Valor obtido por m(sólido) = 80,0 = (P).(0,96)
(4) Valor obtido por diferença: P – m (sólido)
(5) Valor obtido por balanço de massa do componente “água”
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BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR
• Deseja-se separar por destilação uma mistura (F) cuja composição (Xf) é:
a = 50,0%, b = 30,0% e c = 20,0%
O destilado (ou produto de topo) deve ter uma razão em quantidade de matéria destilado/carga (D/F) = 0,60 e uma composição (xd) igual a: a = 80,0%, b = 18,0% e c = 2,0%. Calcule:
a) a razão de quantidade de matéria resíduo/carga (B/F)b) a composição em quantidade de matéria do resíduo (B)c) a composição do componente a no destilado (D) e a do c no resíduo (B)
Des
tila
do
rFCarga
a = 50,0%xf b = 30,0%
c = 20,0%
Destilado (D)a = 80,0%
xd b = 18,0%c = 2,0%
Resíduo (R)a = ?
xr b = ?c = ?
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BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR
Solução:
Base de cálculo:
Como D/F = 0,60 logo D=0,60FD = (0,60).(100) = 60 kmol
• Balanço de quantidade de matéria total: F = D + R• Balanço de quantidade de matéria decomponente:
Fx(f) = Dx(d) + Rx(r)
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BALANÇO MATERIAL EM UM DESTILADOR
• Recorrendo a uma planilha...
Entrada Saída Composição de
(R xr/%)
Componente Carga (F/kmol)
Destilado (D/kmol)
Resíduo(R/kmol)
a 50,0 48,0 2,0 5,0
b 30,0 10,8 19,2 48,0
c 20,0 1,2 18,8 47,0
Total 100 60,0 40,0 Ítem b