Processos Separação I

Código:

EQ0082

Sigla:

PS I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Tecnológicas (Engenharia Química)

Ocorrência: 2020/2021 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química e Biológica
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEQ	93	Plano de estudos oficial	3	-	6	63	162

Língua de trabalho

Português
Obs.: Suitable for english speaking students

Objetivos

Um dos principais objetivos desta unidade curricular é ilustrar a importância das operações de separação / purificação na viabilidade técnica e económica dos processos industriais, fornecendo aos estudantes os conhecimentos necessários para a seleção, análise e projeto de alguns dos processos de separação mais comuns da indústria química e afins, nomeadamente: extração com solventes, destilação, evaporação, secagem e cristalização.

Resultados de aprendizagem e competências

Nesta unidade curricular os estudantes devem obter as seguintes competências:
- Identificar os princípios básicos que regem as diferentes classes de processos de separação;
- Escolher o(s) processo(s) mais adequado(s) para realizar uma separação /purificação especificada;
- Fazer o projeto aproximado de unidades de extração, destilação, evaporação, secagem e cristalização, reconhecendo a influência das principais variáveis de projeto e operação na separação final.
- Apresentar alternativas que permitam a conservação de energia em processos de destilação.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Conhecimentos de termodinâmica de soluções e de balanços de material e energia.

 

Programa

INTRODUÇÃO: Caracterização e classificação dos processos de separação. Identificação dos principais agentes de separação. Noção de recuperação e pureza.

EXTRAÇÃO COM SOLVENTES: Importância dos processos de separação por solventes. Processos de extração líquido-líquido e sólido-líquido. Breve revisão da descrição do equilíbrio líquido-líquido e sólido-líquido. Extração num andar de equilíbrio e em unidades de andares múltiplos a operar em fluxo cruzado e em contracorrente. Estudo da influência das diferentes variáveis operatórias na separação obtida recorrendo a métodos gráficos e algébricos. Breve referência aos processos de extração supercrítica e extração em duas fases aquosas. Referência ao uso de líquidos iónicos como solventes de extração.

DESTILAÇÃO BINÁRIA: A importância da destilação na indústria química e afins. Breve revisão da descrição do equilíbrio líquido-vapor e do projeto de câmaras de vaporização. Projeto de colunas de destilação convencionais e complexas pelo método de McCabe-Thiele. Noção de eficiência global, de andar e pontual para a descrição de processos de separação. Aplicação das eficiências de Murphree e de vaporização ao cálculo de colunas de destilação.

DESTILAÇÃO MULTICOMPONENTE: Distinção entre métodos de projeto e de simulação. Métodos de projeto aproximados e rigorosos. Projeto de colunas de destilação multicomponente pelo método aproximado de Gilliland - Underwood - Fenske - Kirkbride. As equações MESH para o projeto e simulação de colunas de destilação. O simulador de acesso livre COCO. Breve referência aos processos de destilação extrativa, azeotrópica e reativa. Projeto aproximado de colunas de destilação para misturas binárias que formam azeótropos heterogéneos.

DESTILAÇÃO SEMICONTÍNUA: Vantagens e inconvenientes da destilação semicontínua relativamente à destilação contínua. Análise do processo de destilação simples (Rayleigh). Breve referência às diferentes estratégias de operação de colunas de destilação semicontínua. Projeto de colunas de destilação semicontínua a operar a refluxo constante pelo método aproximado de Sundaram e Evans.

CONSERVAÇÃO DE ENERGIA EM PROCESSOS DE DESTILAÇÃO: Análise de diferentes estratégias de conservação de energia em processos de destilação incluindo a otimização das condições operatórias, integração energética das colunas de destilação, utilização de ebulidores e condensadores intermédios e recompressão de vapor.

EVAPORAÇÃO: Tipos de evaporadores e suas aplicações. Economia a capacidade de um sistema de evaporadores. Cálculo da temperatura de ebulição de soluções líquidas, noção de elevação do ponto de ebulição (EPE) e diagramas de Duhring. Análise de evaporadores de efeito simples. Projeto de evaporadores de efeitos múltiplos a operar em contracorrente e em cocorrente.

SECAGEM E HUMIDIFICAÇÃO: Tipos de secadores e suas aplicações. Noção de humidade absoluta, humidade relativa, temperatura de saturação adiabática e temperatura do termómetro  húmido. Uso do diagrama psicrométrico. Leis de velocidade de secagem. Projeto de secadores. Breve referência ao processo de liofilização.

CRISTALIZAÇÃO: Introdução, vantagens e desvantagens de cristalização, exemplos de aplicação industrial e principais tipos de cristalizadores. Balanço de material a um cristalizador e cálculos de solubilidade. Etapas do processo de cristalização e determinação da distribuição de tamanho de cristais (DTC). Análise e projeto do cristalizador perfeitamente agitado (MSMPR).

 

 

 

 

Bibliografia Obrigatória

Domingos Barbosa; Apontamentos de Processos de Separação - I
Edmundo Gomes de Azevedo e Ana Maria Alves; Engenharia de processos de separação. ISBN: 978-972-8469-80-1
J.D. Seader, Ernest J. Henley; Separation process principles. ISBN: 0-471-46480-5

Bibliografia Complementar

Stanley M. Walas; Chemical process equipment. ISBN: 0-7506-9385-1
Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott; Unit operations of Chemical Engineering. ISBN: 0-07-112738-0

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas de exposição da matéria lecionadas à distância (via Zoom) e resolução de problemas exemplificativos da aplicação dos conceitos lecionados em aulas teórico-práticas presenciais.

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de processos
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia industrial
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia química

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	70,00
Trabalho escrito	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	99,00
Frequência das aulas	63,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Não exceder o número limite de faltas previsto nas Normas Gerais de Avaliação da FEUP.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final tem duas componentes:
1) Realização de trabalhos de casa (no máximo de 5) que terão um peso de 30% na classificação final.
2) Realização de um exame final que terá um peso de 70% na classificação final.
3) Para aprovação à unidade curricular o estudante terá que obter uma classificação igual ou superior a 8,0 no exame presencial.

Provas e trabalhos especiais

Realização de trabalhos de casa e exame final.

Trabalho de estágio/projeto

Não aplicável.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Por exame final.

Melhoria de classificação

Por exame final.

Observações

O programa e avaliação da unidade curricular poderão ser alterados no âmbito das contingências do Covid-19.