LISTA OPERAÇÕES UNITÁRIAS - BALANÇO DE MASSA

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO 
CAMPUS VILA VELHA 
Av.: Ministro Salgado Filho nº1000 - Soteco 
Vila Velha - ES 
Lista de exercícios 3 – Operações Unitárias 
Conteúdo: Balanço de massa sem reação química. 
Para todos os exercícios faça a representação do processo, crie nomenclatura adequada, 
indique claramente as equações de balanço, monte a tabela final do balanço de massa. 
1. Calcular a massa molar média de uma mistura de etanol-água, com 12%, em massa, de etanol 
(C2H5OH). Dado as massas atômicas: C=12; H=1; O=16. Resposta: 19,42 kg/kmol. 
 
2. O teor de água em uma lama de talco é de 75%. 80% da água são removidos por filtração e 
secagem, o que faz reduzir a massa de lama para 72 kg. Calcule: 
a) a massa original da lama; Resposta: 180 kg 
b) o teor de água presente na lama após a filtração e secagem. Resposta: 37,5%. 
 
3. Deseja-se secar um sólido com 25% de umidade em peso, em secador contínuo. O produto deve 
sair com 8% de umidade final. A carga inicial é de 850 kg/h. Estabelecer o balanço material do 
processo. Resposta parcial em (kg/h) Matéria Seca entrada = 637,5; Água (umidade) entrada 
= 212,5; Água (umidade) saída = 55,4. 
 
4. Na indústria X um misturador é utilizado na produção de uma solução aquosa de NaOH. Sabendo 
que o misturador recebe 1000 kg/h de NaOH puro e que a razão entre a vazão mássica de 
entrada de água e a vazão mássica de saída da solução é de 0,9, determine a vazão e a 
composição da solução de NaOH. Resposta: Vazão 10.000kg/h; 90% H2O e 10% NaOH. 
 
5. (Prova Petrobras Q24 Fev/2010 prova 13): Uma coluna de absorção foi dimensionada para 
absorver 90% de uma substância de massa molar igual a 50 kg/kmol, presente em uma corrente 
de ar, usando água pura como solvente. O teor dessa substância no ar é de 40% em base molar e, 
na solução aquosa formada, é de 25% em massa. Considerando-se que sejam desprezíveis a 
solubilidade do ar na água e a evaporação da água, a razão molar entre a água usada como 
solvente e a corrente de ar a ser tratada é: (Dados: Massas molares: H = 1 kg/kmol; O = 16 
kg/kmol; ar = 29 kg/kmol). Resposta: B. 
(A) 4,50 (D) 1,62 
(B) 3,00 (E) 1,08 
(C) 2,40 
 
6. Em um processo industrial procede-se à destilação para separar a mistura acetona-água. A 
mistura a destilar é alimentada na coluna retificadora com a concentração de 15 mol% de acetona 
(F). Deseja-se obter um produto destilado (D) com a concentração de 98% em acetona e um 
resíduo (W) com a concentração máxima de 3% em acetona. A referida coluna retificadora é 
alimentada à vazão de 1.250 kmol por hora. Calcular o balanço material de produção. 
Resposta Parcial: Destilado = 157,89 Kmol/h; Resíduo (W) = 1092,11 Kmol/h. 
7. Suponhamos que uma solução com 50% em mol de etanol em água esteja sendo alimentada em 
vazão constante a uma coluna de destilação para produzir destilado com 70% em mol de álcool e 
resíduo com 1% em mol de álcool. Sendo F o número de mols da alimentação à coluna num dado 
intervalo de tempo e D e W os números de mols de destilado e resíduo nesse mesmo intervalo de 
tempo, determine D e W. Resposta Parcial: W = 28,98 mol. 
 
8. Deseja-se separar por destilação uma mistura ternária (F, constituída por A, B e C) com a seguinte 
composição molar: A = 50%; B = 30% e C = 20%. O destilado deve ter uma razão em quantidade 
de matéria destilado/carga (D/F)=0,6 e uma composição (xD%) igual a: A = 80%; B = 18% e C = 
2%. Calcule: 
a) a razão de quantidade de matéria resíduo/carga (W/F); Resposta: W/F = 0,4 
b) a composição do resíduo (xw%); Resposta: A = 5%; B = 48% e C = 47% 
c) a recuperação do componente A no destilado (D) e a de C no resíduo (B). Resposta: 96%, 94% 
 
9. Uma fábrica produz NaOH a partir de uma solução aquosa contendo 10,0% de NaOH e 10,0% de 
NaCl, que é alimentada com uma vazão de 10,0 Mg/h a um evaporador, onde parte da água é 
removida da solução. Durante o processo, parte do NaCl se cristaliza. 
Se a solução final contiver 50,0% de NaOH e 1,0% do NaCl, determine: 
a) a vazão de água evaporada; Resposta: 7,02 Mg/h. 
b) a vazão de NaCl cristalizado; Resposta: 0,98 Mg/h. 
c) a vazão da solução final. Resposta: 2,0 Mg/h. 
 
10. Uma solução aquosa contém 25,0% em massa de sal. Determine: 
a) o teor de sal na solução, se for evaporada 40,0% da água originalmente presente; Resp: 35,7%. 
b) o teor de sal na solução, se a massa de água evaporada equivale a 40,0% da massa 
da solução original. Resposta: 41,7%. 
c) A porcentagem de água evaporada, se a solução final contiver 40,0% de sal. Resposta: 50%. 
 
11. 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. A 30°C, o teor de fenol da fase líquida mais leve é de 70% e o da mais pesada é de 9,0%. 
Se 20,0 kg de fenol e 30,0 kg de água são colocados em íntimo contato a 30°C, calcule as 
massas das duas fases líquidas após alcançado o equilíbrio. Resposta: R= 25,5 kg; E= 24,6 kg. 
 
12. Uma solução ácida com 60% de H2SO4, 20% de HNO3 e 20% de H2O deve ser obtida pela mistura 
das seguintes soluções: S1 = 10% de HNO3, 60% de H2SO4 e 30% de H2O; S2 = 90% de HNO3 e 
10% de H2O; S3 = 95% de H2SO4 e 5% de H2O. Calcule a massa de cada solução a ser misturada 
para obter 1000 kg da solução. Resposta: S1 = 568,2 kg; S2 = 159,1 kg; S3 = 272,7 kg. 
 
13. (Exercício Desafio) - Deseja-se obter um sólido com, no máximo 1% de água. Qual deve ser o teor 
máximo de água do sólido a ser alimentado em um secador, se a remoção máxima de umidade 
prevista para o equipamento é de 96%? Resposta: 20,2 %. 
 
14. (Exercício Desafio) – Um cilindro contendo CH4, C2H6 e 95% de N2 (em mols) deve ser preparado, 
e nele a razão de mols de CH4 para C2H6 é de 1,3 para 1. Estão disponíveis um cilindro C1 
contendo mistura de 90% N2 e 10% CH4, um cilindro C2 contendo 100 moles de uma mistura de 
90% de N2 e 10% de C2H6 e um cilindro C3 com N2 puro. Determine as proporções percentuais 
nas quais os gases de cada cilindro devem ser misturados. 
 
15. (Exercício Desafio) - Um sólido contendo 25,0% de água é continuamente alimentado com uma 
vazão de 1000,0 kg/h em um secador a ar, para reduzir o teor de água a um máximo de 4,0%. O 
ar usado para aquecimento tem a umidade de 0,90 kg água/100 kg ar seco. O ar efluente do 
secador deve ser limitado a 21,4 kg água / 100 kg ar seco. Calcule: 
a) a porcentagem de remoção de água do sólido original; 
b) a vazão mássica do ar seco.