Balanço de
Massa e Energia
Professor: Diógenes Ganghis
Conteúdo Programático & Bibliografia
 Balanço Material
– Balanços totais;
– Balanços parciais;
– Balanços com reação
química;
 Balanço de Energia
 Estequiometria
Industrial - Reynaldo
Gomide
 Engenharia Química
Princípios e Cálculos David M. Himmeblau.
– Trocadores de Calor
– Processos com reações
químicas
 Equilíbrio Líquido Vapor
– Lei de Antoine
– Lei de Raoult
– Lei de Henry
 Processos de Combustão
 Compostos de Enxofre
 Indústrias do Petróleo e
Petroquímicas.
 Sais minerais
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Processos Industriais
 Complicados problemas industriais são resolvidos
pela aplicação dos princípios da química, da física
e da físico-química, e de sua aplicação depende o
SUCESSO da solução obtida.
 As técnicas de aplicação dos princípios básicos
para resolver problemas
de processo, e de
operações unitárias, constituem, em seu conjunto,
a ESTEQUIOMETRIA INDUSTRIAL.
 A variedade de princípios colocados à disposição
para resolução dos problemas de estequiometria
industrial é muito grande, eles se dividem em:
–
–
–
–
balanços materiais;
balanços de energia;
reações de equilíbrio;
equações de velocidade de equilíbrio.
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Balanços Materiais
 Lei da conservação da massa:
“A massa de um sistema fechado permanece
constante durante os processos que nele
ocorrem.”
 Torna-se possível calcular a quantidade
dos
produtos obtidos, a partir das quantidades dos
reagentes inicialmente adicionados ao sistema,
desde que suas fórmulas químicas sejam
conhecidas e bem como as reações que ocorrem
durante o processo.
MASSA
QUE
ENTRA
Sistema
MASSA
QUE
SAI
ACÚMULO
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A Técnica dos Balanços Materiais
 Imaginar o o que está ocorrendo
no sistema,
CONHECER O PROCESSO, é o primeiro passo para
a resolução de um problema.
 Esquematizar
o processos num FLUXOGRAMA
simplificado, onde ilustre apenas as correntes que
intervém no casos específico. Todos os os dados
importantes disponíveis deverão ser colocados
diretamente no fluxograma, dentre eles:vazões,
composições, pressão, temperatura.
 ESTUDAR O FLUXOGRAMA E OS DADOS de modo a
relacionar mentalmente as diversas correntes do
processo
e
as
quantidades
das
diversas
substâncias que compõe estas correntes.
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A Técnica dos Balanços Materiais
 Escolher
CÁLCULO
indicá-la
destaque.
a
BASE
DE
apropriada
e
com clareza e
– Base de cálculo é a quantidade
arbitrária de reagentes ou
produtos em relação à qual se
referem todos os cálculos
efetuados.
 Selecionar o SISTEMA em
torno do qual serão feitos
os balanços.
 Realizar
os
balanços,
obtendo em resultado um
número
suficiente
de
equações
que permita
resolver o sistema, ou seja,
o Nº DE EQUAÇÕES SEJA
IGUAL
AO
Nº
DE
INCÓGNITAS.
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Fluxograma
Sistema II
Sistema I
 X AF
 F
X B

X F
 C
 
 V F
 22%
 45%
 23%
 100
km ol
h
Alimentação(F)
Coluna de Destilação
Condensador
Água de
Refrigeração

 X AD  95%
 D
 X B  5%

V D  70 km ol
h

Destilado (D)
Vapor de
Aquecimento
Sistema III
Refervedor

 X WC  60%
 W
 X B  40%

V D  30 km ol
h

Resíduo (W)
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Tanque de Armazenamento
 Um tanque de armazenamento de água quente
destinada a lavar lama de carbonato,
numa
instalação de recuperação de soda do processo
sulfato para produção de celulose, recebe água de
várias fontes. Num dia de operação, 240m3 de
condensado da fábrica são enviados para este
tanque, 80m3 de água quente contendo pequena
quantidade de hidróxido de cálcio e soda cáustica
vêm do lavador de lama e 130m³ são
provenientes do filtro rotativo. Durante esse
mesmo período, 300m³ são retirados para usos
diversos, 5m³ e são perdidos por evaporação e
1m³ por vazamentos. A capacidade do tanque é de
500m³ e, no início do dia, está com líquido até a
sua metade. Quanta água haverá no tanque no fim
do dia?
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Tanque de Armazenamento
Evaporação 5m³
Sistema
Condensado 240m³
Sol. Lavador 80m³
Consumo
diverso
300m³
Filt. rotativo 130m³
mentra  msai  acúmulo
Vazamento 1m³
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Produção de Gás Cloro
 A saída
de um unidade produtora de soda
´caustica, analisa-se uma certa quantidade de gás
cloro, constatando-se que o mesmo está
misturado com 1,6 % (molar) de O2. Em certo
ponto da linha que transporta o gás cloro, injetase 10 g de O2 durante 5 min e 33 seg... qual a
produção da unidade se à saída da linha, nova
análise mostra que, após a injeção de oxigênio, a
porcentagem molar deste gás atingiu 3,6 %.
1,6% de O2
3,6% de O2
Cl2
O2
10 g de O2 em
5 min e 33 seg..
10
Produção de Gás Cloro
Sistema
1,6% de O2
mentra  msai  acúm ulo
3,6% de O2
10 g de O2 em
5 min e 33 seg.
m
n
PM
x
O2
molar
x
Cl 2
molar


nO2
nO2  nCl 2
nCl 2
nO2  nCl 2
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Licor Ácido
 O licor ácido resultante de um processo de nitração
contém 23% de ácido nítrico e 57% de ácido sulfúrico.
Este licor deve ser concentrado para conter 27% de
ácido nítrico e 605 de ácido sulfúrico, em peso, pela
adição de H2SO4 a 93% e H2NO3 a 90%. Calcular o peso
do licor inicial e dos ácidos concentrados que devem ser
misturados para obter 1000 kg
de mistura final
concentrada.
BalançoTotal : m1  m2  m3
BalançoParcial:
H SO
H SO
H SO

m1 2 4  m2 2 4  m3 2 4

H 2 SO4
H 2 SO4
H 2 SO4

m
*
X

m
*
X

m
*
X
1
2
2
3
3
 1
H NO
H NO
H NO

m1 3 3  m2 3 3  m3 3 3

H 3 NO3
H 3 NO3
H 3 NO3

m
*
X

m
*
X

m
*
X
1
2
2
3
3
 1
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Licor Ácido
X H2 2SO4  93%
X H2 3 NO3  90%
Condição Inicial
Condição Final
1

X
 H 2 SO4  57%
 1

 X H 3 NO3  23%
3

X
 H 2 SO4  60%
 3

 X H 3 NO3  27%
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Separação por Membrana
 As membranas representam
uma
tecnologia
relativamente
nova
na
separação de gases. Uma
aplicação que tem chamado
atenção é a separação de
nitrogênio e oxigênio do ar. A
figura ao lado ilustra uma
membrana nanoporosa, que
é feita pela colocação de
uma camada muito fina de
polímero sobre uma camada
de suporte porosa de grafite.
Qual
a
composição
da
corrente de resíduos se esta
totaliza 80% da quantidade
que entra?
Baixa Pressão
Alta Pressão
Membrana
Entrada
Saída
Escoamento
21% de O2
25% de O2
79% de N 2
75% de N 2
O2
N2
Corrente de Resíduos
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