Calculadoras gratuitas para engenharia de processos
17 cálculos de processos químicos: reatores, cinética, balanços mássicos, calor, pressão de vapor e destilação. Com fórmula e problemas práticos.
Reações e reatores
Conversão, rendimento e seletividade
Rendimento = conversão × seletividade. Uma seletividade a baixar indica muitas vezes temperatura alta demais ou catalisador envelhecido.
Tempo espacial e conversão: CSTR e PFR
Reação de 1.ª ordem, densidade constante, isotérmica. Para o mesmo volume, o PFR converte sempre mais do que o CSTR.
Volume de reator para uma conversão alvo
1.ª ordem, isotérmico, densidade constante. Acima de 90 % de conversão um único CSTR fica muito grande: usam-se vários em série.
Arrhenius: efeito da temperatura na velocidade
Regra prática: com Eₐ ≈ 50 a 55 kJ/mol a velocidade quase duplica a cada 10 °C. Atenção às reações exotérmicas: o calor libertado segue a mesma curva.
Energia de ativação a partir de dois ensaios
k₁ e k₂ na mesma unidade. Apenas dois pontos: para um valor fiável, traçar ln k contra 1/T com pelo menos três temperaturas.
Ciclo de lote e produtividade
Os tempos mortos (carga, descarga, limpeza) pesam muitas vezes tanto como a reação: é aí que se ganha capacidade.
Balanços mássicos e misturas
Mistura de duas correntes
Balanço em massa, não em volume: os volumes nem sempre se somam. Serve também para misturar dois tanques (kg em vez de kg/h).
Diluição de um ácido ou base forte
Deitar sempre o ácido na água, devagar e a agitar (forte calor de diluição). Trabalhar em massa: os volumes não se somam.
Evaporador: água a remover
Os sólidos não evaporam: o balanço fixa a água a remover. Economia típica: 0,8 a 0,9 em simples efeito, cerca de 0,8 × n para n efeitos.
Gás de processo: massa volúmica e caudal real
Gás ideal (Z = 1): válido a baixa pressão; acima de cerca de 10 bar corrigir com o fator de compressibilidade Z. Ar: M = 28,96; metano: 16,04; azoto: 28,01.
Calor e energia
Calor de reação e elevação adiabática
ΔTad = subida de temperatura se todo o arrefecimento falhar. Para um lote usar kmol e kg do lote. Acima de cerca de 50 K, fazer um estudo de reação descontrolada.
Reator com camisa: água de arrefecimento e área
Reator bem agitado (temperatura uniforme). U típico em camisa com água: 300 a 600 W/m²·K, mais baixo com incrustação ou reator vidrado.
Aquecimento de um lote: energia e vapor
Apenas calor sensível; perdas e massa do reator ignoradas (somar 10 a 20 %). Lv ≈ 2133 kJ/kg a 3 bar abs, 2015 kJ/kg a 10 bar abs.
Equilíbrio líquido-vapor e destilação
Pressão de vapor (equação de Antoine)
Constantes em mmHg e °C (tabelas usuais de engenharia química); não extrapolar fora da gama indicada. Onde Psat iguala a pressão do recipiente, o líquido ferve.
Volatilidade relativa e valores K (Raoult)
Mistura ideal (Raoult), válida para compostos semelhantes (benzeno-tolueno, hexano-heptano). Metanol-água e etanol-água não são ideais: α real diferente.
Número mínimo de andares (Fenske)
Refluxo total, α constante, mistura binária; Nmin inclui o refervedor. Em operação real são precisos cerca de 2 a 2,5 vezes Nmin.
Refluxo mínimo (Underwood, binário)
Alimentação líquido saturado (q = 1), α constante, caudais molares constantes. Fator habitual f: 1,2 a 1,5.
Ferramentas de aprendizagem e verificação. As gamas indicadas são referências gerais: siga sempre os procedimentos, licenças e instruções da sua instalação. Nada é enviado: os cálculos são feitos no seu navegador.