CAPITULO 2 exercicio

Prévia do material em texto

1 
 CAPÍTULO 2 
 
 
 
Exercício 2-1 
 
O Amoníaco é continuamente removido duma mistura de ar/amoníaco por 
 absorção num "Scrubber", usando a água como meio de absorção. 
 
Desenhe o diagrama de fluxo. 
 
 
Exercício 2-2 
 
Num reactor, o calcário é continuamente tratado como uma solução de 
ácido sulfúrico. O material em reacção passa continuamente através 
dum aquecedor no qual o CO2 e uma parte de água são volatilizados. 
O restante material passa sob a forma de sólidos húmidos. 
 
Desenhe o diagrama de fluxo. 
 
 
Exercício 2-3 
 
A solução de amina é utilizada para absorver compostos sulfurosos 
da gasolina. O processo é contínuo e utiliza, em contracorrente, 
duas colunas em série. Na 1ª coluna os compostos sulfurosos reagem 
com a amina. Na segunda , a solução de amina é regenerada pelo 
vapor, através do processo chamado "stripping" (que consiste em 
vaporizar a amina através dum aquecimento com um fluido quente). Os 
compostos sulfurosos saiem com o vapor de água. A solução de amina 
regenerada é reciclada. 
 
Desenhe o diagrama de fluxos. 
 
 
Exercício 2-4 
 
A alimentação total A dum reactor consiste, parcialmente de 
material fresco e material reciclado não convertido no reactor, 
proveniente do separador. O reactor produz o produto B. A 
instalação está preparada para fazer o by-pass parcial ou total de 
toda a alimentação a volta do reactor. A corrente efluente do 
reactor alimenta o separador do produto B, no qual o material não 
convertido é reciclado e o produto descarregado. 
 
A fim de manter a concentração do material a um nível aceitável, 
uma pequena parte da corrente de reciclagem tem de ser 
intermitentemente purgada. 
 
Desenhe o diagrama de fluxos. 
 
 
Exercício 2-5 
 
O calcário é submetido a uma calcinação num forno. O calor para a 
calcinação é fornecido pela combustão do carvão em pó num forno de 
combustão, donde os gases quentes de combustão entram em contacto 
 
 
2 
directo com o calcário. A fim de recuperar o calor sensível dos 
gases quentes, uma parte dos gases emergindo do topo do forno é 
reciclada e misturada com os gases quentes do forno de carvão. A 
outra parte é descarregada para a atmosfera. Desenhe o diagrama de 
fluxos. 
 
 
Exercício 2-6 
 
O butano e metano são misturados e aquecidos num pré-aquecedor 
antes de entrarem num reactor, no qual vão servir como matéria-
prima inicial para um certo processo químico. O calor sensível dos 
gases de combustão provenientes do pré-aquecedor é utilizado para o 
aquecimento do reactor. Desenhe o diagrama de fluxo para estas 
operações. 
 
 
Exercício 2-7 
 
Dessalinização da água do mar por congelação. 
 
Um dos processos de obtenção da água doce a partir da água do mar é 
por congelação parcial desta, com formação do gelo puro e uma 
solução salina mais concentrada. Se a água do mar tiver 3,5 % w/w 
de NaCl e se pretender concentrar a solução salina até 7% w/w, 
calcular a quantidade da água do mar necessária por cada quilograma 
do gelo formado. 
 
 
Exercício 2-8 
 
O ácido residual de um processo de nitração contém 23 % w/w de HNO3, 
57% w/w de H2SO4 e 20% w/w de H2O, em peso. Pretende-se concentrar 
este Acido de modo a conter 27% w/w de HNO3 e 60% w/w de H2SO4, 
adicionando ácido sulfúrico concentrado que contém 93% w/w de H2SO4 
e ácido nítrico concentrado, contendo 90 % w/w de HNO3. Calcular os 
pesos do ácido residual e dos ácidos concentrados que se devem 
empregar para se obter 1000 lb da mistura pretendida. 
Exercício 2-9 
 
Um material filtrante embebido em benzeno contendo 20% de benzeno e 
80% de inertes é sêco, em contracorrente, num secador, através da 
introdução de nitrogénio quente. O nitrogénio entra sêco e sai do 
secador com 0,70 lb de benzeno por libra de N2. Os sólidos contêm, 
após a secagem 4% de benzeno em peso. Quantas libras de nitrogénio 
passam através do secador por libra dos sólidos inertes ? 
 
 
Exercício 2-10 
 
Extracção líquido-líquido. 
 
Uma solução a 20 % w/w de acrilamida em benzeno é misturada com 
água num tanque, a fim de remover (extrair) a acrilamida, visto 
esta ser mais solúvel em água que em benzeno. Daqui é bombeada para 
um outro tanque onde se separam por densidades, uma fase orgânica, 
contendo 1 % de acrilamida e uma fase aquosa, contendo 60 % de 
acrilamida. Todas as percentagens são ponderais. Admitindo que o 
benzeno e a água são completamente imiscíveis entre si, calcular a 
 
 
3 
 
razão água/benzeno que tem de ser usada para efectuar aquele grau 
de extracção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 2-11 
 
 
a) A alimentação duma coluna de destilação duma refinaria 
consiste duma mistura de propano, butano e pentano, na mesma 
proporção ponderal, a um caudal mássico de 10.000 lb/hora. O 
produto do topo contém 90% de propano, 7% de butano e 3% de 
pentano e é produzido a um caudal de 2.800 lb/hora. A 
corrente lateral é produzida a um caudal de 3 500 lb/h e 
contém 20% de propano, 70% de butano e o resto em pentano. 
Calcular o caudal do resíduo e a sua composição. 
 
 
 Produto de topo 
 
 
 
 
 
 Alimentação 
 
 
 
 Corrente 
 lateral 
 
 
 Produto de fundo 
 
 
 
 
4 
 
 
 
b) Se o tanque de reserva tiver 3 ft de diâmetro e o seu nível 
alcançar 3 ft durante uma hora de operação, qual será o 
caudal da corrente lateral ? (Assuma 37,5 lb/ft3 como sendo a 
densidade da corrente) 
 
 
 
 
Exercício 2-12 
 D = 75 
 
 
 XDA = 0.9733 
 XDB = 0.02 
 F = 100 | XDC = ? 
 
 
 XFA = 0.74 | 
 XFB = 0.20 XWA = ? 
 XFC = ? XWB = ? 
 W = ? XWC = ? 
 
 
 
Exercício 2-13 
 
Considerando que no exercício 2-12: 
 
F = 100 ; D = 75 ; W = 25 moles/h e XFA = 0.74 ; XDA = 0.9733 XWA 
=0.04 . 
 
Calcule: XFB, XDB, XDC, XWB, XWC. 
 
 
Exercício 2-14 
 
 
 E 
 
 
 
 
 
 
 
 A Refluxo D Destilado C 
 
Alimentação 
 Reciclo F 
 A 
 
 
 G Resíduo B 
 
 
 
C
 
O
 
L
 
U
 
N
 
A
 
 
C
O
N
D
E
N
S
.
 
R
E
B
O
I
L
E
R
 
 
 
5 
 
 
 
A figura acima representa uma coluna de fraccionamento, operando 
contìnuamente sob condições estacionárias. A alimentação contém 
propano, butano e pentano, sendo de 1 000 lb/hora. A corrente da 
alimentação é continuamente separada em produto do topo, rico em 
propano e produto e de fundo, rico em butano e pentano. 
 
Note-se que uma parte da corrente superior é reciclada em forma de 
refluxo, acontecendo o mesmo para a corrente inferior. A corrente 
superior contém 80% de propano e 20% de butano. A corrente de fundo 
contém 10% de propano, 40% de butano e 50% de pentano. Os caudais 
são os seguintes: Corrente total do topo 600 lb/hora; reciclo F, 
300 lb/hr e a corrente total de fundo, 1 000 lb/hora. 
a) Calcule a quantidade de refluxo D retornado por hora. 
 
b) Qual é a percentagem do propano da alimentação que se perde 
no fundo? 
 
 
Exercício 2-15 
 
Uma mistura de tolueno, benzeno e xileno é separada através dum 
fraccionamento contínuo em duas colunas em série. A coluna 1 tem o 
xileno como produto do fundo e uma mistura de benzeno e tolueno 
como produto de topo. Este produto do topo é bombeado para um 
tanque de armazenagem, após o que é introduzido na alimentação da 
coluna 2. Nesta, o benzeno éo produto do topo e o tolueno, produto 
de fundo. O diagrama de fluxo é apresentado na figura. A análise 
das correntes, após 24 horas de operação forneceu as seguintes 
composições: 
 G Benzeno B 
 
 
 
 
 
 
 
Alimentação F L 
 
 
 
 
 Xileno X Tolueno T 
 
 
 
 
 1 
 
 
 
 2 
 
Acumulador 
 
 
6 
 
O tanque de acumulação tem a capacidade de 24 galões/in. O nível do 
líquido no começo da operação é de 36 in. e no final, 62 in. 
 
a) Qual é o caudal do topo da coluna 1? 
 
b) Qual é a composição e o volume da alimentação durante o 
período de 24 horas de operação? 
 
c) Quais são os caudais do topo e do fundo da coluna 2 se o 
nível do tanque de acumulação permanecer constante durante as 
24 horas de operação se se utilizar o mesmo caudal de 
alimentação? 
 
 
Exercício 2-16 
 
Uma estação de tratamento de águas residuais opera em condições 
estacionárias, processando águas que contém 500 partes por milhão 
de impurezas tóxicas. As impurezas são removidas praticamente sem 
perdas de água. A legislação local impõe 100 ppm como limite máximo 
de impurezas para a descarga o rio próximo. A estação de tratamento 
reduz as impurezas até 10 ppm. 
 
Qual é a fracção da água residual, não tratada que pode seguir o 
by-pass ? 
 
 
Exercicio 2-17 
 
Purificação do leite numa operação com by-pass. 
 
Um processo de remover estróncio radioactivo do leite Sr90 consiste 
em fazer contactar este com um leito de HPO4. O processo é de tal 
modo eficiente que de facto se consegue remover todo o estróncio do 
leite; Contudo, ao mesmo tempo 97 % do Ca são absorvidos. Isto 
levanta o problema de que a regulamentação de saúde impõe um limite 
mínimo de Ca no leite de 0.05 mg/l. 
 
Assim pretende-se processar um leite contendo 4,85 EXP(-14) g/l de 
Sr90 e 1 mg/l de Ca, de modo remover o máximo de Sr90 compatível 
com o conteúdo mínimo de Ca. Calcular a concentacão do Estroncio no 
 
 
 
coluna 1 
 
coluna 2 
 
 
 
 
 GALÕES A 60ºF 
 PRODUTO 
 DO 
 FUNDO 
 PRODUTO 
 DO 
 TOPO 
 PRODUTO 
 DO 
 FUNDO 
 18.200 13.300 20.900 
Composição: % 
molar 
 
 Benzeno 
 Tolueno 
 Xileno 
 
 
 
 0.0 
 0.7 
 99.3 
 
 
 
 98.5 
 1.5 
 0.0 
 
 
 
 1.0 
 98.5 
 0.5 
 
 
7 
efluente total, para uma instalacao que opere em estado 
estacionário. 
 
 
Exercício 2-18 
 
Reciclagem na secagem. 
 
A fim de conseguir uma velocidade lenta de secagem e evitar a 
fissuração do material, as especificações para um determinado 
produto exigem que a secagem seja feita á 23,8 C e 70 % de humidade 
relativa, do ar à entrada do secador. O ar sai com uma humidade 
relativa de 95 %. Sabendo que o ar fresco (ambiente) tem um ponto 
de orvalho de 4,4 C, calcular a fracção do ar que passa através do 
secador que tem de ser reciclada para que da sua mistura com o ar 
fresco resulte a humidade exigida pelas especificações para o ar a 
entrada do secador. 
 
 
Exercício 2-19 
 
Um material húmido contendo 1.50 lb de água/lb do material seco, e 
secado até uma humidade de 5,2 % w/w. Para este proposito o 
material húmido é introduzido num secador contínuo, operando em 
contracorrente e com reciclagem do ar. Por cada 2,50 lb do material 
húmido que entram, 50 lb do ar sêco passam através do secador, 
contendo na saída 0.06 lb de água / lb de ar sêco. A unidade 
funciona á temperatura constante de 140 F. O ar fresco da 
alimentação é fornecido com 0.005 lb de água / lb do ar sêco. 
 
a) Calcule a taxa de reciclagem. 
 
b) Calcule a quantidade do ar húmido fresco, não recilado. 
 
c) Calcule a pressão parcial do vapor de água à saída do 
 secador. 
 
 
Exercício 2-20 
 
Um pigmento contendo 20 % w/w de água é secado ate 5 % w/w de 
humidade, num secador descontínuo com o ar. O ar que entra no 
secador é uma mistura de ar fresco contendo 0,01 lb de água/lb de 
ar sêco e ar reciclado com 0,1 lb de água/lb de a sêco. A razão 
entre o ar fresco e o reciclado a entrada do secador é de 1:3 na 
base sêca. 
 
a) Quantas lb de água são removidas por cada 1000 lb de 
 pigmento húmido ? 
 
b) Calcular a quantidade de ar sêco, reciclado, por cada 
 1000 lb de pigmento húmido? 
 
 
Exercício 2-21 
 
O diagrama abaixo representa duas colunas de destilação, em série, 
nas qual a alimentação é uma solução dos compostos A, B, e C. 
 
 
 
8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aliment. F 
 K 
 
 M 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 N 
 L 
 
Estes compostos são tão similares que se pode considerar tratar-se 
duma solução ideial. A coluna 1 produz o produto de fundo, rico em 
C. A corrente de topo dessa coluna consiste de A e B, os quais são 
separados na coluna 2, para produzir a fracção do topo e de fundo. 
As temperaturas dos acumuladores, da alimentaço e de todas as 
correntes são fixas. 
 
ram descarregados os seguintes produtos: 
 
 Coluna 1 
 L 
 Coluna 2 
 M N 
 Galões 
 Composição 
 (% vol.) 
 A 
 B 
 C 
 5 220 
 
 
 0.1 
 2.7 
 97.2 
 7 690 
 
 
 98.0 
 1.9 
 0.1 
 6 600 
 
 
 0.8 
 99.0 
 0.2 
 
Durante esse mesmo período o nível do líquido nos 
acumuladores mudou, de acordo com a tabela abaixo: 
 
 
a) Qual é o volume e a composição da alimentação ? 
 
b) Qual é o caudal a partir do acumulador de topo 1 ? 
 
 
 
C
o
l
u
n
a
 
1
 
 
 
 
C
o
l
u
n
a
 
2
 
C
o
n
d
 
1
 
 
Acumulador 
de topo 1 
C
o
n
d
 
2
 
 
Acumulador 
de topo 2 
 
Acumulador 
de fundo 
 1 
 
Acumulador 
De fundo 
2 
Reb. 
1 
Reb. 
2 
 
 
9 
 
c) Se a alimentação fôsse a mesma que a calculada em (a) e 
não houvesse alterações nos inventários do reboiler, 
coluna e dos condensadores, durante a operação, quais 
seriam as quantidades K, L, M e N. 
 
 
 Volume de 
 líquido 
 (gal/in 
 de nível) 
 
 Nivel 
 inicial 
 ( in ) 
 
 Nível final 
 ( in ) 
Acumulador topo 1 
Acumulador fundo 1 
Acumulador topo 2 
Acumulador fundo 2 
 59 
 27 
 41 
 32 
 20 
 47 
 69 
 52 
 17 
 70 
 69 
 40 
 
 
Exercício 2-22 
 
Na operação representada pelo diagrama do fluxo abaixo, as 
condições estacionárias foram atingidas. Durante a operação 
obtiveram-se, em libras, as quantidades das várias correntes, 
mostradas no diagrama. 
 
Qual é a quantidade de alimentação da corrente F ? 
 
 
 
 
 
 
 (W) 2600 
 (M) 
 
 
 
(Q)4500 (B)24400 (D)18700 
 (S)23800 
 (C) 
 (A) 
 
 
 
 (T) 3200 (G) 8000 
 (V) 
 (F) 
 
 
 (P) 12000 (E) 25200 
 
 
 
 
Exercício 2-23 
 
A instalação mostrada na figura funciona em regime contínuo. 
 
1 
 
2 
 
 
3 
 
4 
 
 
10 
Durante 1 hora de operação recolheram-se os seguintes dados: 
 
Não há acumulação nem desfalque na unidade 1; 1000 lb da carga de 
A, isentas de oxigénio entram na unidade; 2000 lb do solvente X 
entram com 35.0 % de oxigénio. A corrente W contém 33.3 % de 
oxigénio. A análise de alimentação F mostra uma composição de 82.5 
% de carbono e 17.2 % de hidrogénio. 
 
 
 
 
 
 X 
 
 
 D 
 
 A F T L P 
 
 
 
 
 W B 
 R 
 
 
 
 
 
 
 
 
 N 
 
 
 
 
 
Não há acumulação nem desfalque na unidade 2 e 3. Contudo, há 
acumulação de 100 lb de B no tanque 4, não obstante a descarga N. O 
produto de topo P é de 400 lb e é descarregado com a composição de 
80.0 % de carbono e 20.0 % de hidrogénio. 
 
A alimentação total T contém 83.3 % de carbono e 16.7 % 
dehidrogénio. Usando como base de cálculo 1000 lb da carga bruta A 
que entram para o sistema, determine a taxa de reciclagem R/F. 
 
UNIDEADE 1 
 
Extracção 
 
UNIDADE 2 
 
Destilação 
 
UNIDADE 3 
 
Acumulador 
UNIDADE 4 
 
Tanque de 
reserva.