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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola Politécnica
 
Engenharia Química
 
Disciplina: PQI3402 - Operações Unitárias III
Unit Operations III

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Quadrimestral
Ativação: 01/01/2018 Desativação:

Objetivos
O aluno compreenderá os princípios de operações de separação da indústria química a partir de conceitos de mass balances, termodinâmica e transporte de massa. Ele aprenderá a desenvolver o projeto conceitual de processos de separação selecionados. O aluno deverá conhecer as principais variáveis de projeto e operação relacionadas às operações de separação em múltiplos estágios, tendo em vista os objetivos de desempenho econômico e ambiental, respeitando as especificações de pureza e rendimento.
 
The student will understand the principles of separation operations of the chemical industry from the concepts of mass balances, thermodynamics and mass transfer. He will learn to develop the conceptual design of selected separation processes. The student will know the main design and operation variables related to separation operations in multiple stages, having in mind the objectives of economic and environmental performance, while complying with purity and yield specifications.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
1272142 - Marcelo Martins Seckler
5276032 - Moisés Teles dos Santos
 
Programa Resumido
Na primeira parte do curso são apresentados aspectos comuns a maior parte dos processos de separação. Como exemplos, são apresentadas operações variadas (como absorção, extração, lixiviação) com alimentação diluída. Na segunda parte do curso desenvolvem-se os conceitos da primeira parte para algumas operações. 1. Introdução – O papel de operações de separação num processo químico industrial, métodos de separação (criação de fase, adição de fase, etc), indicadores para o desempenho das separações (rendimento, pureza, fator de separação, etc) 2. Equilíbrio termodinâmico em sistemas multifásicos – Revisão de coeficientes de atividade e fugacidade, coeficiente de distribuição, volatilidade e seletividade relativas, modelos termodinâmicos. 3. Transporte de massa e balanços de massa em estágios – Fluxo mássico no interior de fases e através de interface, modelo de dois filmes para transporte de massa, balanços de massa em um estágio considerando escoamentos de mistura ideal e pistonado. 4. Estágio de equilíbrio – O conceito do estágio de equilíbrio, balanços de massa para múltiplos estágios, equação de Kremser, diagramas de fase para sistemas binários L-V. 5. Separação flash – regra de fases de Gibbs, cálculos flash com diagramas de fases, com métodos numéricos, cálculos de ponto de orvalho e de bolha. 6. Cristalização. Diagramas de fase para sistemas S-L, métodos de cristalização, supersaturação, processos elementares (nucleação e crescimento cristalino), cristalizadores em bateladas. 7. Separação por membranas 8. Destilação em batelada – destilação diferencial e destilação em batelada em múltiplos estágios, Equação de Rayleigh, operação com refluxo constante e com composição do destilado constante, linhas de operação e integração numérica. 9. Destilação contínua – relações de equilíbrio, linhas de operação e alimentação, método gráfico de McCabe-Thiele, número mínimo de estágios e refluxo mínimo, número real de estágios, influência do refluxo, eficiência, cargas térmicas, método FUG e equações MESH. 10. Extração líquido-líquido – critérios de escolha de solventes, diagramas ternários e curvas binodais, equilíbrio líquido-líquido e método gráfico de Hunter-Nash.
 
In the first part of the course, aspects common to the majority of separation processes are presented. As examples, various operations (such as absorption, liquid-liquid extraction, membranes and leaching) with diluted feed are introduced. In the second part of the course, the concepts presented in the first part are further developed for a number of operations. 1. Introduction – The role of separation processes in an industrial chemical process, separation methods (phase creation, phase addition, etc.), performance indicators for separations (yield, purity, separation factor, etc.) 2. Thermodynamic equilibrium in multiphase systems – Revision of activity and fugacity coefficients, distribution coefficient, relative volatility and selectivity, thermodynamic models 3. Mass transfer and mass balances in stages – Massic flux in the interior of a phase and across an interface, two-film model for mass transfer, mass balance in a stage considering mixed and plug flow. 4. Equilibrium stage – The concept of an equilibrium stage, mass balances for multiple stages, Kremser equation, phase diagrams for L-V binary systems, 5. Flash separation – Gibbs phase rule, flash calculations using phase diagrams, numerical methods, dew and bubble point calculations 6. Crystallization – L-S phase diagrams, crystallization methods, supersaturation, elementary processes (nucleation and crystal growth), batch crystallizers. 7. Membrane Separation 8. Batch distillation – differential distillation and multiple stages batch distillation, Rayleigh equation, constant reflux ratio operation and constant distillate composition operation, operation lines and numerical integration. 9. Continuous distillation – equilibrium relationships, operation and feed lines, McCabe–Thiele graphical method, minimum number of theoretical stages and minimum reflux, actual number of equilibrium stages, reflux ratio influence, efficiency, heat loads, FUG method and MESH equations. 10. Liquid-liquid extraction – solvent selection, ternary diagrams and binodal curves, liquid-liquid equilibrium and Hunter-Nash graphical method.
 
 
Programa
Aulas expositivas e de exercícios nos seguintes temas: 1. Introdução aos processos de separação. 2. Equilíbrio termodinâmico em sistemas multifásicos 3. Transporte de massa e balanços de massa em estágios de separação. 4. Estágio de equilíbrio 5. Separação flash 6. Cristalização 7. Separação por membranas 8. Destilação em batelada 9. Destilação contínua 10. Extração líquido-líquido.
 
1. Introduction to separation processes 2. Thermodynamic equilibrium in multiphase systems. 3. Mass transfer and mass balances in separation stages. 4. Equilibrium stage. 5. Flash separation. 6. Crystallization. 7. Membrane separations. 8. Batch Distillation. 9. Continuous distillation. 10. Liquid-liquid extraction.
 
 
Avaliação
     
Método
Duas provas escritas, exercícios.
Critério
Média = (2P+ T) /3 se P>=3; Média = P se P<3 P = Média aritmética das Provas T = Média aritmética dos Exercícios
Norma de Recuperação
Uma prova escrita realizada na semana designada para provas de recuperação do quadrimestre.
 
Bibliografia
     
SEADER JD and HENLEY EJ, ROPER DK Separation Process Principles, 3rd Ed., Wiley, 2011. MCCABE W, Smith J, Harriot P, Unit Operations of Chemical Engineering, 7th Ed., McGraw Hill, 2004. GEANKOPLIS, Transport Processes and Separation Process Pirnciples, 4th ed., Prentice Hall, 2003. LEWIS, SECKLER, KRAMER & van ROSMALEN, Industrial Crystallization, Fundamentals and Applications, Cambrigde Univ. Press, 2015. COSTA CBB e GIULIETTI M, Introdução à cristalização, Princípios e aplicações. EdUFSCar, São Carlos, 2010. KISTER HZ Distillation Design, Mc Graw Hill, Inc, 1992. KISTER HZ Distillation Operation, Mc Graw Hill, 1990. Bibliografia Complementar / Complimentary bibliography HENLEY EJ & SEADER JD, Equilibrium-Stage Separation Operation in Chemical Engineering. Wiley, 1981. GOMIDE, R. Operações Unitárias. Volume IV, 1988. BENNET CO & MYERS JE, Fenômenos de Transporte, McGraw, 1978 CREMASCO, M.A. Fundamentos de transferência de massa, Blucher, 3ª Ed., 2015. KING JC Separation Processes, Mc Graw Hill, Inc, 1980. SMITH BD, Design of equilibrium stage processes, McGraw, 1963. TREYBAL RE, Mass Transfer Operations 3a ed. McGraw 1967 NYVLT J HOSTOMSKÝ J GIULIETTI M, Cristalização, Ed UFSCar, 2001. DAVEY, GARSIDE, From Molecules to Crystallizers – An Introduction to Crystallization, Oxford University Press, 2000. MULLIN JW, Crystallization & Precipitation. In: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, Ed. W. Gerhartz, 1988, Vol. B2, page 3-1 to 3-46.
 

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