Processos de Separação I

Código:

L.EQ022

Sigla:

PSI

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

Ocorrência: 2024/2025 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química e Biológica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura 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
L.EQ	109	Plano de estudos oficial	3	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

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 com solventes, 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 e de balanços de material e energia.

 

Programa

INTRODUÇÃO: Caracterização e classificação dos processos de separação. Identificação dos principais agentes de separação. Noções básicas de seleção de processos 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 de projeto e 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. 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. Regras heurísticas para a sequenciação de colunas de destilação para misturas não-azeotrópicas. Breve referência aos processos de destilação extrativa, azeotrópica e reativa.

DESTILAÇÃO SEMICONTÍNUA: Vantagens e inconvenientes da destilação semicontínua relativamente à destilação contínua. Análise dos processos de destilação simples (Rayleigh) e destilação a refluxo constante e a composição constante.

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 múltiplos efeitos 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 da 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 do tamanho de cristais (DTC). Análise e projeto do cristalizador perfeitamente agitado (CPA).

 

 

 

 

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 presenciais de exposição da matéria, recorrendo a diferentes meios audiovisuais, e resolução de problemas exemplificativos da aplicação dos conceitos lecionados.

Software

COCO - The CAPE-OPEN to CAPE-OPEN simulator

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 (%)
Teste	66,70
Exame	33,30
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 avaliação distribuída consistirá na realização de 3 testes intermédios, que incidirão sobre capítulos específicos da matéria lecionada, podendo os estudantes optar por realizar apenas exame final.

Se o estudante optar por realizar a componente de avaliação distribuída a classificação final corresponderá à média aritmética das classificações obtidas nos 3 teste intermédios, o último dos quais será realizado na época normal de exames.

Os estudantes que faltarem a um teste intermédio, ou quiserem melhorar a classificação obtida num dos testes, poderão, na data de realização do 3º teste / exame de época normal, optar por fazer:

         3º + 1º Testes (T31)

         3º + 2º Testes (T32)

         Exame Final (EF) (i.e., 1º + 2º + 3º Testes)

Dependendo da opção do estudante a Classificação Final (CF) será calculada da maneira seguinte:

      CF = (T1 + T2 + T3)/3

      CF = (1/3)*T1 + (2/3)*T32

      CF = (1/3)*T2 + (2/3)*T31

      CF = EF

em que,

      Ti – Classificação obtita no teste i

      Tij - Classificação obtida no teste i+j

      EF – Classificação obtida no exame final

O exame de época de recurso, quer seja para aprovação ou melhoria de classificação, versará sobre toda a matéria.

Provas e trabalhos especiais

Não aplicável.

Trabalho de estágio/projeto

Não aplicável.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Por exame final.

Melhoria de classificação

Por exame final.