Processos de Separação I/Separation Processes I
6.2.1.2. Docente responsável e respectivas horas de contacto na unidade curricular (preencher o nome completo): Domingos Azevedo Gonçalves Barbosa (63 h TP – 1 turma/class)
6.2.1.3. Outros docentes e respectivas horas de contacto na unidade curricular:
6.2.1.4. Objectivos de aprendizagem (conhecimentos, aptidões e competências a desenvolver pelos estudantes): O principal objetivo 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 e secagem.
Nesta unidade curricular os estudantes obtêm as seguintes competências:
- Identificar os princípios básicos que regem as diferentes classes de processos de separação; - Seleção do(s) processo(s) mais adequado(s) para realizar uma separação /purificação especificada;
- Fazer o projeto aproximado de unidades de extração, destilação, evaporação e secagem, e avaliar a influência das condições operatórias na separação final.
6.2.1.4. Learning outcomes of the curricular unit:
The aim of this course unit is to illustrate the importance of separation and purification processes for the technical and economic feasibility of industrial processes, giving the students the necessary background for the selection, analysis and design of some of the most common separation processes in the chemical and similar industries, namely: solvent extraction, distillation, evaporation and drying.
In this curricular unit, students are expected to attain the following skills:
- Selection of the most suitable process(es) to accomplish a desired separation/purification;
- Simplified design of the extraction, distillation, evaporation and drying units and assess the influence of the different operating conditions in the final separation.
6.2.1.5. Conteúdos programáticos:
INTRODUÇÃO: Caraterização e classificação dos processos de separação.
EXTRAÇÃO COM SOLVENTES: Extração líquido-líquido e sólido-líquido. Operação em fluxo cruzado e em contracorrente. Extração supercrítica, em duas fases aquosas e utilização de líquidos iónicos como solventes. DESTILAÇÃO BINÁRIA: Método de McCabe-Thiele. Aplicação das eficiências de Murphree e de vaporização ao cálculo de colunas de destilação.
DESTILAÇÃO MULTICOMPONENTE: Projeto rigoroso e aproximado de colunas de destilação multicomponente. Destilação extrativa, azeotrópica e reativa.
DESTILAÇÃO SEMICONTÍNUA: Destilação simples, a refluxo constante e a composição constante. SELEÇÃO E SEQUENCIAÇÃO DE PROCESSOS DE SEPARAÇÃO: Método heurístico de Nadgir & Liu. EVAPORAÇÃO: Análise de evaporadores de efeito simples e de sistemas de efeitos múltiplos.
SECAGEM E HUMIDIFICAÇÃO: Noção de humidade e aplicação do diagrama psicrométrico. Leis de velocidade de secagem. Projeto de secadores. Liofilização.
6.2.1.5. Syllabus:
INTRODUCTION: Characterisation and classification of separation processes.
SOLVENT EXTRACTION: Liquid-Liquid and solid-liquid extraction. Cross and counter-current flow operation. Supercritical extraction, two aqueous phase systems, and the use of ionic liquids as solvents.
BINARY DISTILLATION: McCabe-Thiele method. Use of Murphree and vaporisation efficiencies.
MULTICOMPONENT DISTILLATION: Rigorous and short-cut methods. Extractive, azeotropic and reactive distillation. BATCH DISTILLATION: Rayleigh, constant reflux and constant composition distillation.
SELECTION AND SEQUENCING OF SEPARATION PROCESSES: The heuristic method of Nadgir & Liu. EVAPORATION: Analysis of single effect and multi-effect evaporation systems.
DRYING AND HUMIDIFICATION: Notion of humidity and use of the psychrometric diagram. Drying velocity laws. Dryer design. Lyophilization.
6.2.1.6. Demonstração da coerência dos conteúdos programáticos com os objectivos da unidade curricular.
O objetivo desta unidade curricular é apresentar aos estudantes os processos de separação mais convencionais da indústria química e afins, estudando a influência das principais variáveis de projeto e operatórias no desempenho destas operações unitárias. Assim, são estudados os processos de extração com solventes, destilação,
evaporação e secagem, indicando quando devem ser usados e as principais interligações entre as diferentes variáveis de projeto e de operação. A informação desta unidade curricular é complementada em Processos de Separação – II através do estudo de algumas das novas tecnologias de separação.
6.2.1.6. Demonstration of the syllabus coherence with the curricular unit's objectives.
The aim of this course unit is to introduce students to the most conventional separation processes in the chemical and similar industries, indicating the influence of the main design and operating variables on the performance of these unit operations. The processes to be studied include solvent extraction, distillation, evaporation and drying, learning when these processes should be used, and how their main design and operating variables are interrelated. The information given by this course unit will be complemented with the study of some of the new separation technologies in Separation Processes – II.
6.2.1.7. Metodologias de ensino (avaliação incluída):
a) Aulas de exposição da matéria com recurso a diferentes meios audiovisuais e resolução de problemas exemplificativos da aplicação dos conceitos lecionados.
b) Tipo de Avaliação: Avaliação distribuída com exame final
c) Condições de Frequência: As previstas nas Normas Gerais de Avaliação da FEUP.
d) Fórmula de avaliação: Os estudantes poderão optar por realizarem a componente de avaliação distribuída ou submeterem-se apenas a exame final. Se o estudante optar por realizar a componente de avaliação distribuída a classificação final (CF) é calculada pelas seguintes expressões:
CF = 0,7xEF + 0,3xAD se EF = 8,0 Senão, CF = EF
( EF – classificação do exame; AD – classificação da avaliação distribuída)
6.2.1.7. Teaching methodologies (including evaluation):
a) Theoretical lectures resorting to different audiovisual tools and resolution of examples illustrating the application of lectured concepts.
b) Type of evaluation: Distributed evaluation with final exam
c) Conditions for attendance: Foreseen in the FEUP’s General Assessment Regulation.
d) Evaluation formula: Students can opt for the distributed evaluation component or a single final exam. If the student selects the distributed evaluation, the final grade (CF) is estimated using the following expressions:
CF = 0,7xEF + 0,3xAD if EF > 8,0 otherwise: CF = EF
(EF – grade of the exam; AD – grade of the distributed evaluation)
6.2.1.8. Demonstração da coerência das metodologias de ensino com os objectivos de aprendizagem da unidade curricular.
A compreensão dos princípios básicos e da influência das variáveis de projeto e operatórias no desempenho dos diferentes processos de separação é feita através dos conceitos lecionados e pela resolução de problemas exemplificativos.
6.2.1.8. Demonstration of the coherence between the teaching methodologies and the learning outcomes. The understanding of the basic principles and the influence of the design and operating variables on the
performance of the different processes is done through the concepts taught and exemplified by problem solving.
6.2.1.9. Bibliografia principal:
1) Azevedo, E.G.; Alves, A.M. “Engenharia de Processos de Separação”, 2ª edição, IST Press, 2013. 2) Seader, J.D.; Henley, E.J. “Separation Process Principles”, John Wiley & Sons, Inc, New Jersey, 1998.
3) McCabe, W.L.; Smith, J.; Harriott, P. “Unit Operations of Chemical Engineering”, 7th edition, McGraw-Hill, 2005.
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. 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.
Mapa IX - Engenharia das Reações II/Reaction Engineering II