Introdução aos Processos da Engenharia Química

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Este livro é em grande medida uma tradução dos wikibooks Introduction to Chemical Engineering Processes, da versão em língua inglesa e Operaciones Básicas, da versão em língua espanhola.

Capítulo 0: Introdução 75%.svg[editar | editar código-fonte]

Introdução

  • Objetivo do livro

Capítulo 1: Pré-requisitos 25%.svg[editar | editar código-fonte]

Unidades 50%.svg

  • Grandezas e unidades
  • Consistência e Sistema de Unidades
  • Como converter unidades
  • Análise dimensional

Algarismos Significativos

  • Por que eles são importantes? A parábola do bloco de cimento
  • Como computá-los quando estamos somando
  • Como computá-los quando estamos multiplicando
  • Quando se arredonda 5 para baixo? E por que não arredondá-lo sempre para cima, como os professores ensinaram na escola?

Revisão de Química Geral

  • Conversão entre unidades de massa e quantidade de matéria
  • Lei dos gases ideais

Problemas do Capítulo 1

Capítulo 2: Balanços de massa elementares 00%.svg[editar | editar código-fonte]

O que é um balanço de massa?

  • Introdução
  • Abordagem da caixa preta
  • Conservação de massa
  • Equação geral da conservação
  • Exemplo de aplicação da lei de conservação
  • Observação

Convertendo informações e fluxos de massa

  • Introdução: variáveis derivadas vs. variáveis mensuráveis facilmente
  • Fluxo volumétrico e densidade
  • Velocidade e área da seção transversal
  • Fruxo de massa vs. fluxo molar

Como usar o balanço de massa

  • Exemplo mais complexo, correntes de uma só componente e operações múltiplas
  • Desenhando fluxogramas
  • Algumas conversões básicas e estratégias
  • Balanços globais vs. balanços parciais

Problemas do Capítulo 2

Capítulo 3: Balanços de massa em sistemas de muitas componentes 00%.svg[editar | editar código-fonte]

A questão mais importante:

  • A massa de cada espécie é conservada (quando não há reação)
  • O uso de concentrações e fluxos totais
  • Propriedades do núcleo da mistura

Resolução de problemas com múltiplas componentes

  • Métodos gerais e dicas
  • Conversões de unidades.
  • Exemplo de problema com solução

Múltiplas componentes em múltiplos processos

  • As coisas na realidade costumam sem muito mais complexas
  • Análise dos graus de liberdades
  • Exemplo de um problema mais complexo

Problemas do capítulo 3

Capítulo 4: Balanços de massa com reciclo 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Por que usar reciclo?

  • Conservar recursos
  • Aumentar rendimento
  • Economizar espaço
  • O mais importante, economizar dinheiro

Como analisar um sistema com reciclo

  • Uso de combinação e pontos de separação nos balanços
  • Cuidados com respeito à análise dos graus de liberdade
  • Um exemplo do efeito do reciclo em um processo de separação

Exemplo: Um sistema simples com reciclo

  • Exibe outra aplicação do reciclo.

Problemas do capítulo 4

Capítulo 5: Balanços de massa/molares em sistemas com reação 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Por que usar balanços molares?

  • Revisão de equação estequiométrica
  • Inexistência de uma "lei da conservação de moles"
  • Extensões molares de uma reação
  • Equação de balanço molecular em estado estacionário

Considerações para problemas com balanços moleculares

  • Graus de liberdade
  • Reações químicas dependentes e independentes
  • Espécies inertes versus espécies reativas
  • Constantes de equilíbrio (introdução/revisão da química geral)
  • A extensão da reação ainda é a extensão da reação
  • Exemplo de problema sem equilíbrio
  • Exemplo de problema com equilíbrio

Reações com reciclo

  • Exemplo de como um processo de separação pode ser usado para aumentar a eficiência

Balanços atômicos

  • Conservações de moles de átomos
  • A idéia geral
  • Alguns exemplos específicos
  • Vantagens e atalhos do método de balanço atômico

Problemas do Capítulo 5

Capítulo 6: Sistemas de múltiplas fases, introdução ao equilíbrio de fases 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Análise da fase gasosa não ideal

  • Gás ideal: suposição, não lei
  • Conceito de equações de estado
  • Equações alternativas à do gás ideal

Correlações generalizadas

  • Constantes críticas
  • Formas generalizadas das equações de estado
  • Cartas de compressibilidade generalizadas
  • Lei de Kay

Análise da fase líquida não ideal

  • Coeficientes de atividade
  • Coeficientes de solubilidade

Equilíbrio líquido-vapor

  • Gases ideais e soluções ideais
  • Pressão de vapor; equação de Antoinne
  • Lei de Raoult(Equilíbrio Líquido Vapor)
  • Introdução ao ELV para sistemas não ideais
  • Diagramas ELV

Equilíbrio líquido-líquido

  • Fluidos imiscíveis
  • Fluidos miscíveis: constante de separação, K
  • Uso de reações ácido/base na separação
  • Diagramas ELL

Solucionando problemas

  • Ponto de bolha e ponto de orvalho
  • Solucionando para concentrações de equilíbrio, temperatura e pressão
  • Uso de equações de equilíbrio na solução de balanços de massa

Problemas do Capítulo 6

Capítulo 7: Balanços de energia em sistemas não reativos 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Balanço de energia em estado estacionário

  • Idéia por trás do balanço de energia: conservação da energia
  • Formas de energia que podem ser importantes
  • Formas mais comuns de energia
    • Troca de energia devido a fluxos
    • Troca de energia devido a diferenças de temperatura
    • Trocas de energia devido a diferenças de Energia Mecânica
    • Calor e trabalho
  • Equação do balanço de energia para o estado estacionário

Nota: Existem muitas, muitas, muitas formas diferentes de balanços de energia por aí para situações específicas, esta aqui é uma forma geral, mas não se preocupa nem um pouco com o interior do sistema e por isso não pode nos revelar nada sobre perfis locais de temperatura ou coisas assim. Além do mais, esta é uma forma mais útil para processos que envolvem trocas de calor, para processos mais mecânicos uma outra versão é mais usada.

  • Problemas de sistemas abertos e fechados (exemplos)

Capítulo 8: Combinando balanços de massa e energia em sistemas sem reação 00%.svg[editar | editar código-fonte]

A idéia básica
  • As incógnitas mais comuns
  • O que há em comum entre os balanços?
Alguns exemplos de problemas ilustrando como combinar esses dois conceitos
  • Sem mudança de fase
  • Com mudança de fase

Capítulo 9: Introdução a balanços de energia em sistemas com reação 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Qual é a diferença para um sistema com reação?
  • Incorporando calor de reação no balanço de energia
  • Juntando tudo: problema de balanço de massa/energia no estado estacionário e com reação(ões)

Apêndice 1: Métodos matemáticos úteis 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Estatística básica e análise de dados

  • Regressão linear
  • Transformação de funções na forma linear
  • Interpolação e extrapolação

Métodos numéricos de encontrar raízes de funções

  • Iteração a ponto fixo e a ponto fixo com pesos
  • Método da bissecção
  • Regula Falsi
  • Método das secantes
  • Método das tangentes (Newton)

Sistemas de equações algébricas

  • Explicação de sistemas e solubilidade
  • Estratégias gerais
  • Circunstâncias específicas: equações lineares, equações quadráticas
  • Exemplos de soluções deste texto

Problemas de Métodos Matemáticos

Apêndice 2: Solução de problemas usando computadores 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Excel

  • Entrada de dados
  • Manipulação e representação gráfica de dados
  • Análise de regressão
  • Busca pelo alvo

MATLAB

  • Solução de sistemas com toolbox de matemática simbólica
  • Regressão linear e polinomial
  • Graficando funções e pontos de dados

Apêndice 3: Miscelânia de informações úteis 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Unidades incomuns

  • Volume padrão vs. volume real
  • Tipos de moles além do grama-mol
  • Pressão manométrica vs. pressão absoluta
  • Libra-força vs. libra massa

Referência de operações unitárias

  • Sumários de descrições de equipamentos
  • Links para informações complementares

Apêndice 4: Guia de notação 00%.svg[editar | editar código-fonte]

Notação

  • Notação usada neste livro
  • Advertência sobre a não uniformidade das notações através das fontes

Apêndice 5: Conversão de unidades[editar | editar código-fonte]

  • Unidades de comprimento
  • Unidades de massa
  • Unidades de pressão
  • Unidades de temperatura
  • Unidades de força
  • Unidades de potência

Apêndice 6: Leitura complementar 50%.svg[editar | editar código-fonte]

  • Chapra, S. and Canale, R. 2002. Numerical Methods for Engineers, 4th ed. New York: McGraw-Hill.
  • Felder, R.M. and Rousseau, R.W. 2000. Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd ed. New York: John Wiley & Sons.
  • Masterton, W. and Hurley, C. 2001. Chemistry Principles and Reactions, 4th ed. New York: Harcourt.
  • Perry, R.H. and Green, D. 1984. Perry's Chemical Engineers Handbook, 6th ed. New York: McGraw-Hill.
  • Windholz et al. 1976. The Merck Index, 9th ed. New Jersey: Merck.
  • [1] (em inglês): Para uma análise mais aprofundada da química geral (em português:Química)
  • [2] (em inglês): Para mais informações sobre como usar o MATLAB para resolver problemas.
  • [3]: Para mais detalhes sobre como encontrar raízes e outras brincadeiras matemáticas. (atenção: está escrito em um nível razoavelmente avançado) (em português:Métodos numéricos)

Apêndice 7: Ligações externas 50%.svg[editar | editar código-fonte]

Tabelas de dados

  • Tabela de conversão de unidades (Wikipédia)
  • Entalpias de formação (Wikipedia)
  • Tabela Periódica (Los Alamos National Laboratory)
  • Chemical Sciences Data Tables (em inglês): Tem uma quantidade razoável de dados úteis, incluindo uma lista de entalpias padrões e energias livres de Gibbs a 25°C (e também uma lista para íons) razoavelmente abrangenteas, um diagrama com massas molares dos elementos, constantes de equilíbrio de ácidos, produto solubilidade e potenciais elétricos. Definitivamente vale a pena checar.
  • NIST properties (em inglês): Você pode analisar propriedade de muitas substâncias comuns, incluindo água, muitos hidrocarbonetos leves e muitos gases. Os dados disponíveis incluem densidade, entalpia, entropia, fatores acêntricos de Pitzer, tensões superficiais, coeficientes de Joule-Thompson e algumas outras variáveis dependendo da substância e das condições selecionadas. Paraobservar dados em forma de tabela, uma vez que você tenha entrado com as faixas de temperatura e pressão que deseja, clique em "view table" (ver tabela) e então escolhaa propriedade que você quer do menu. Ele dirá as faixas aceitáveis.
  • Diagrama de compressibilidade generalizado (em inglês): Isto é muito útil para a seção de gases e líquidos e você deve ser capaz de encontrar uma cópia desse diagrama em qualquer livro de Termodinâmica ou no Perry's Handbook. Eu o linkei aqui para que você possa ter uma idéia do que estou falando quando escrevo sobre isso.
  • Coeficientes da equação de Antoine (em inglês) : NOTE que esses valores devem ser usados com logaritmo em base 10 e NÃO com logaritmo NATURAL.
  • Constantes críticas para vários materiais (em inglês)

Tradução e desenvolvimento[editar | editar código-fonte]