Exercícios I de Balanço de Massa e Energia

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1 – O metano (CH4 ) reage com cloro para produzir cloreto de metila (CH3Cl) e cloreto de hidrogênio (HCl). Uma vez formado o CH3Cl pode ser clorado novamente para formar cloreto de metileno (CH2Cl2 ), clorofórmio (CHCl3 ) e tetracloreto de carbono (CCl4 ). Um processo de produção de cloreto de metila consiste em um reator, seguido por um condensador, uma coluna de destilação e uma coluna de absorção. Uma corrente gasosa contendo 80% molar de CH4 e o resto de cloro alimenta o reator. Admita que ocorra 100% de conversão do Cl2 no reator. A proporção molar de cloreto de metila para cloreto de metileno no produto é de 5: 1, e são produzidas quantidades desprezíveis de clorofórmio e tetracloreto de carbono. A corrente de produto do reator passa ao condensador. Duas correntes saem do condensador: o condensado líquido, que contém essencialmente todo o CH3Cl e o cloreto de metileno do efluente do reator e a corrente gasosa contendo metano e HCl. O condensado vai para a coluna de destilação, na qual os dois componentes são separados. O gás que deixa o condensador vai para uma coluna de absorção, onde é posto em contato com uma solução aquosa. A solução absorve praticamente todo o HCl e nada do CH4 . O líquido que sai da coluna de absorção é bombeado para outro lugar da planta para processamento posterior, e o metano e reciclado para se juntar com a alimentação virgem do processo (a alimentação virgem é uma mistura de CH4 e Cl2 ). A corrente combinada é a alimentação do reator.
 a) Represente as reações balanceadas e desenhe o fluxograma completo do processo; 
b) Estabeleça o VC, escolha o tipo de balanço (moleculares, atômicos ou grau de avanço) e faça uma análise dos graus de liberdade; 
c) A partir da EGB faça a análise do processo considerando entrada e saída de matéria e regime de operação (justifique); 
d) Considere uma taxa de 20 kmols de Cl2 /h na corrente de alimentação virgem, escreva em ordem as equações de balanço com unidades e calcule
 (i) a vazão molar do metano na alimentação virgem, 
(ii) taxa de produção do cloreto de metila e a taxa de remoção do HCl, e (iii) a vazão molar da corrente de reciclo. 
2 – Os óleos combustíveis contêm principalmente compostos orgânicos e enxofre. A composição molar da fração orgânica de um óleo combustível pode ser representada pela fórmula CpHqOr ; a fração mássica de enxofre no óleo é xs (kg S/kg óleo); e a % em excesso de ar, Pex , é definida em termos de ar teórico necessário para queimar apenas o carbono e o hidrogênio no combustível. a) Represente as reações e o fluxograma completo do processo; b) Escolha o tipo de balanço (justifique) e faça a análise dos graus de liberdade; c) A partir da EGB faça a análise do processo e represente as equações de balanços com unidades; d) Considere um certo óleo combustível n o12, com alto teor de enxofre, p = 1,40; q = 4,4; r = 0,012 e xs = 0,08, (i) calcule a composição do gás de chaminé em base seca se o combustível for queimado com 18% de ar em excesso, admitindo a combustão completa do combustível para formar CO2, SO2 e H2O e (ii) expresse a fração de SO2 em ppm.