Lista de Exercícios com respostas de introdução aos processos químicos

Se a solução final contiver 50,0% de NaOH, 1,0% de NaCl e o restante de água, calcule: a) A vazão em massa de água evaporada. b) A vazão em massa de NaCl cristalizado. c) A vazão em massa da solução final. Nilo Índio). Fenol e água, quando colocados em contato sob certas condições de temperatura e pressão, formam duas fases líquidas, uma mais leve (R), rica em fenol, e outra mais pesada (E), rica em água. Um tanque de ácido residual contém 20 % H2SO4, 10% de HNO3, 5% de HCl e 65% de água, em peso. A fim de ser reutilizado no processo, este ácido deve ser fortificado até conter 27,4% de H2SO4, 21,9% de HNO3 e 7,5% de HCl, empregando-se para isso os respectivos ácidos concentrados, que contêm 92% de H2SO4 , 87% de HNO3 e 35% de HCl.

Calcular as quantidades desses ácidos concentrados para se obter 1 ton/h da mistura fortificada desejada. Nilo Índio). Uma mistura líquida de benzeno (58,20%), tolueno (20,40%) e xileno (21,40%) é carga de um processo de destilação. Os grãos adsorvem 97,0% molar da água e nenhum dos outros componentes do ar. O recheio da coluna estava originalmente seco e tinha uma massa de 3,40 kg. Após 5,0 horas de operação, os grãos são pesados novamente, obtendo-se uma massa de 3,54 kg. Calcule a vazão molar (mol/h) do gás de alimentação e a fração molar de vapor de água no gás de produto. Nilo Índio). O destilado desta coluna é carga de uma segunda coluna de destilação, cuja composição do destilado (segunda coluna) é 99,0% de B e 1,0% de T.

deseja-se recuperar no destilado desta segunda coluna, 96% do benzeno presente na carga desta coluna. Se a carga da unidade de destilação é 1000 kg/h, calcule: a) As vazões mássicas dos destilados das duas colunas de destilação. b) A composição mássica do resíduo da segunda coluna. Nilo Índio). b) A vazão mássica de suco integral desviado no by-pass. c) A relação mássica da alimentação virgem do processo e da vazão desviada. Uma das alternativas de produção de etanol é através da fermentação do mosto (solução de sacarose 17% em peso) com leveduras. O efluente do reator com uma vazão de 22500 Kg/h é composto basicamente por etanol (19%), água (70%), glicerina (7%) e leveduras (4%), todas as porcentagens na base mássica.

Essa mistura é enviada a uma centrífuga que remove completamente as leveduras, enviando-as novamente para o reator, enquanto que a mistura sem leveduras é transportada para uma coluna de destilação. Os grãos moídos são suspensos no líquido, e praticamente todo o óleo nos grãos é extraído pelo hexano. O efluente do extrator passa para um filtro. A torta do filtro contém 75,0% em massa de sólidos e o resto é óleo e hexano, na mesma razão que saem do extrator. A torta do filtro é descartada e o filtrado líquido é vertido em um evaporador, no qual o hexano é vaporizado e o óleo permanece como líquido. O óleo é armazenado em tambores e comercializado. Calcule a vazão do líquido encaminhado à lagoa e a fração mássica de cromo neste líquido.

Nilo Índio). O vapor gerado pelo aquecimento de uma mistura líquida, quando ocorre vaporização parcial, é de composição diferente da mistura líquida original. Uma mistura binária com teor em massa do componente mais volátil de 60,0% é aquecida continuamente na vazão de 1000 kg/h. Considerando que os teores em massa do componente mais volátil no vapor formado e no líquido remanescente sejam, respectivamente, 80,0% e 10,0%, calcule: a) As vazões mássicas do vapor e do líquido formados. Todas as porcentagens são molares. Tomando como base 100 mol/h do efluente, calcule: a) Composição molar da alimentação do reator. b) O % de conversão do etileno. c) O rendimento da produção de etanol no processo. C2H4 + H2O  C2H5OH 2 C2H5OH  (C2H5)2O + H2O 4) (Felder e Rousseau).

Para manter o teor de inerte estável na entrada do reator, uma parte do reciclo é removido como purga. A taxa de purga é de 1 mol por 10 mols de alimentação após o reciclo. O teor de gás inerte na alimentação virgem é de 0,8% molar. A conversão do reagente limitante é de 68%. Calcular a composição do gás de reciclo e a relação molar entre o metanol produzido e a alimentação virgem do processo. O fluoreto é sólido e reage ao ser dissolvido no ácido. Reação 1: Ca F2 + H2SO4  CaSO4 + 2 HF O HF é produzido na forma gasosa, e após absorção em água forma-se o produto final, sol. aquosa 60% em HF. No processo industrial é utilizado minério bruto de fluoreto de cálcio, que contém 4% de óxido de silício (SiO2) como impureza.

Ocorre uma reação secundária que consome parte do HF (produto desejado) Reação 2: 6 HF + SiO2  H2SiF6 + H2O Toda a água produzida na reação secundária é eliminada com as impurezas. Aldeído fórmico pode ser produzido pela reação do metano e oxigênio na presença de um catalisador, gerando também dióxido de carbono como produto indesejável, de acordo com as reações: CH4 + O2  HCOH + H2O CH4 + 2 O2  CO2 + H2O Se a composição do efluente do reator contém 45,4 % de aldeído fórmico, 0,8% de dióxido de carbono, 3,8% de metano, 47,0% de água e 3,0% de oxigênio, sendo que todas as porcentagens são molares, calcule: a) A fração do reagente em excesso. b) A conversão do metano.

c) O rendimento do aldeído fórmico. d) A seletividade do aldeído fórmico em relação ao CO2. Nilo Índio). Calcule: a) A conversão por passe de metanol. b) A fração de excesso de ar. c) O rendimento por passe de formaldeído. d) A seletividade do formaldeído em relação ao ácido fórmico. O efluente líquido de um hangar destinado à manutenção de aeronaves deve ser tratado, a fim de reduzir o teor de uma substância orgânica poluente nele presente. Entretanto, a alimentação do reator só pode conter no máximo um teor de gás inerte de 3% molar, para garantir esse percentual, uma parte do reciclo é enviada para uma corrente de purga. A alimentação virgem do processo possui um teor de gás inerte de 2% molar.

Identificar e quantificar todas as correntes do processo. N2 + 3H2  2 NH3 NH3 + H2O  NH4OH Lista de exercícios – Balanço de energia em processos não reativos 1) (Felder e Rousseau). Gás propano entra em um trocador de calor adiabático contínuo a 40°C e 250 kPa e sai a 240°C. Vapor saturado a 300°C é usado para aquecer uma corrente de metanol escoando em contracorrente de 65°C até 260°C em um trocador de calor adiabático. A vazão de metanol é 5500 litros por minuto, e o vapor condensa e sai do trocador como água líquida a 90°C. A temperatura de ebulição do metanol puro é de 64°C. a) Calcule a vazão necessária de vapor em m³/h. b) Calcule a taxa de transferência de calor da água para o metanol em kW.

Calcule: a) O calor transferido no condensador de topo em kW. b) O calor transferido no refervedor de fundo em kW. c) Se o condensador utiliza água de resfriamento com uma variação de temperatura de 20°C, qual a vazão volumétrica de água necessária para condensar totalmente o vapor de topo? d) Calcule a vazão de vapor necessária para promover o aquecimento da mistura no refervedor de fundo. O refervedor admite água saturada a 4 bar manométrico e o vapor sai na forma saturada na mesma pressão. Acetona Ácido acético T (°C) hl (cal/mol) hv (cal/mol) hl (cal/mol) hv (cal/mol) 56,8 0 7205 0 5723 63,0 205 7322 194 6807 67,5 354 7403 335 6884 98,7 1385 7946 1312 7420 6) Um trocador de calor não adiabático é alimentado 3800 Kg/h de etanol a 150°C e deve ser resfriado até 35°C.

Nilo Índio). Se uma mistura líquida de benzeno (75% em massa) e n-hexano a 65°C com vazão mássica de 5,0 kg/s fosse aquecida até 90°C, apenas 50% da quantidade de matéria da mistura seriam vaporizados, gerando um vapor com 82,5% de benzeno (% molar). O aquecimento será feito através de um trocador de calor que utiliza vapor de água saturado a 250 kPa (man) como fluido de aquecimento que é totalmente condensado. Calcule: a) A carga térmica necessária para permitir essa vaporização. b) O consumo de vapor de água. c) A vazão em massa, em kg/h, do vapor utilizado no refervedor. d) A vazão volumétrica, em m³/h, de água utilizada no condensador. Felder e Rousseau). Uma corrente líquida contendo 50,0% molar de benzeno e o resto de tolueno a 35°C alimenta um evaporador contínuo de um estágio único com uma vazão de 1320 mols/s.

As correntes, líquida e vapor, que saem do evaporador estão a 95,0 °C. No final do aquecimento o mosto deverá estar a 100°C. A carga do fermentador consiste em 150 kg de mosto com uma capacidade calorífica média dada por cp de 3,26 J/gK. Determine quantos quilos de vapor são necessários por quilograma de carga. A carga permanece no vaso por 1 hora. Um corrente contendo uma solução de sacarose com concentração mássica de 20% é alimentada a 25°C à um tanque com aquecimento. A temperatura de saída da solução concentrada é de 80°C. O coeficiente global de transferência de calor é 1704 W/m²°C. A água removida do evaporador está como vapor saturado na temperatura de 88°C. Determinar a vazão de vapor de aquecimento e a área de troca térmica do evaporador.

Considerar a capacidade calorifica da solução constante em 4,14 kJ/kgK. O reator opera isotermicamente a 600 °C e após 2 horas de reação, a pressão no reator é de 875 torr. Determine: a) O teor de éter decomposto; b) O grau de avanço da reação; c) A taxa de transferência de calor ao reator em kW. Dados: ∆𝐻(éter)=−180,16 kJ/mol Cp (éter) = 26,86 + 0,1659𝑇 (kJ/molK) com T em °C � 4) (Felder e Rousseau). Uma corrente gasosa contendo propano puro e com uma vazão de 100 mols/s a 25°C é enviada para um forno reator onde sofrerá combustão completa. Ar a 300°C contendo 600 mols/s de oxigênio é 2256 mols/s de nitrogênio é enviado ao reator. Os produtos contêm 60 mols de metano não convertido, 10 mols de dióxido de carbono, formaldeído, água, oxigênio e nitrogênio.

Calcule a taxa de calor libertada na reação. CH4(g) + O2  HCHO(g) + H2O(v) CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + H2O(v) 6) (Felder e Rousseau). A desidrogenação do etanol promove a formação de acetaldeído e hidrogênio. A reação ocorre em um reator contínuo adiabático. a) Calcule as vazões de alimentação (Nm³/s) das correntes de SO2 e de ar, e a extensão da reação. b) Calcule o calor padrão da reação de oxidação do SO2, usando como estado de referência a temperatura de 25°C e a pressão de 1 atmosfera. c) Calcule o calor transferido do reator, em kW para a água de resfriamento. d) Calcule a vazão mínima de água de resfriamento se a elevação da sua temperatura deve ser mantida abaixo de 15°C.

Felder e Rousseau). Introdução aos processos químicos – Gabarito Balanço de massa em processos não reativos 1) a) 7020 kg/h b) 980 kg/h c) 2000 kg/h 2) R=25,41 kg e E=24,59 kg 3) 56 minutos 4) Vapor = 40,32 kg/h e líquido = 59,68 kg/h 5) Vazão de ácido sulfúrico = 200,21 kg/h / Vazão de ácido nítrico = 199,98 kg/h / Vazão de ácido clorídrico = 149,95 kg/h 6) Composição do destilado: 90% de benzeno, 8,31% de tolueno e 1,69% de xileno. Composição do resíduo: 3,18% de benzeno, 41,32% de tolueno e 55,5% de xileno. Refluxo de 887,22 kg/h 7) 207 litros 8) Vazão molar de 40,25 mol/h e 0,13% de água no gás de produto 9) a) Composição do destilado: 75% de propeno, 14,33% de propano, 4,42% de buteno e 6,25% de butano. Composição do resíduo: 7,69% de propeno, 6% de propano, 34,38% de buteno e 51,92% de butano.

b) 907 kg/dia 10) a) Destilado da coluna 1: 554,55 kg/h / Destilado da coluna 2: 290,87 kg/h b) Composição do resíduo: 4,55% de benzeno, 92,05% de tolueno e 3,41% de xileno 11) a) 93,5 kg/s /b) 0,73% de propano 12) a) 23571,43 kg/h / b) 3279,5 kg/h / c) 10,06 13) Destilado de 5680 kg/h / Produto de fundo de 15919,94 kg/h / %recuperação de 95,5% 14) Água removida: 330,97 t/dia / solução concentrada: 69,03 t/dia / relação de 1,95 15) 91% 16) 1726,97 kg/h e teor de cromo de 17,6% 17) Vapor de 714,28 kg/h / Líquido de 285,72 kg/h / %recuperação de 95,2% Balanço de massa em processos reativos 1) 324,67 kg/h 2) 4,99% de ácido clorídrico, 2,48% de oxigênio, 28,29% de cloro, 28,29% de água e 35,93% de nitrogênio 3) a) 44,83% de etileno, 46,12% de água e 9,3% de inerte. Seletividade de 35,092 mol de ácido fluorídrico por mol de ácido hexafluorossílico. Razão de alimentação de 0,16.

Rendimento de 15%. Composição efluente do reator: 12% de monocloroetano, 0,92% de dicloroetano, 13,85% de ácido clorídrico e 73,23% de etano. a) 90,8% b) 10,13% c) 90,8% d) 56,75 11) a) 125 kg/h b) 5,15% de ácido sulfúrico e 17,16% de ácido fosfórico 12) a) 32% b) 871% c) 32% d) 6,17 13) 100 ppm 14) Alimentação virgem: 909,15 kmol/h. 𝑒−74,94𝑡 4) a) 𝑑𝑛𝑝⁄𝑑𝑡 = 0,374 sendo que para t=0  mol inicial de ácido fosfórico é de 7,5 kmol b) 𝑥𝑝 = 7,5 + 0,374𝑡⁄150 + 0,374𝑡 c) 47,1 minutos 5) a) 𝑑𝑀⁄𝑑𝑡 = 450 − 50𝑡 b) 𝑀 = 750 + 450𝑡 − 25𝑡² c) 19,53 horas 6) a) 𝑑𝑇⁄𝑑𝑡 = 0,07970. 𝑄̇ b) 4,28 kW 7) a) 𝑑𝑇𝑏⁄𝑑𝑡 = −0,0263𝑇𝑏 + 0,6588 / Sendo que para t=0  Tb=95°C b) 𝑇𝑏 = 25,049 + 69,95. 𝑒−0,0263𝑡 / A barra irá demorar 30 minutos para esfriar até 30°C 8) a) 𝑑𝑇⁄𝑑𝑡 = 1,499 − 0,0224𝑇 / Sendo que para t=0  T=25°C b) 𝑇 = 66,92 − 41,92. 𝑒−0,0224𝑡 / Temperatura de 49,8°C após 40 minutos 9) a) 𝑥 = 0,83 − 0,73. 𝑒−0,24𝑡 b) 0,378 c) 24 horas 10) 𝑡 = (𝑀𝑖⁄𝐶𝑖).