A2 Operações unitarias

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Pergunta 1
 0,2 em 0,2 pontos
 
Leia atentamente o texto que segue:
“Pirita
Pirita (ou pirita de ferro) é um dissulfeto de ferro, FeS2.
Certamente esta espécie de sulfeto de ferro é a mais
comumente encontrada na natureza. Trata-se de um
polissulfeto de ferro (II) que possui estrutura cristalina cúbica
(Figura). Esta foi uma das primeiras estruturas analisadas
pelo modelo de difração de raios-X. Os átomos metálicos
estão arranjados nos vértices e centrados nas faces do cubo,
e os ânions polissulfeto (S2-2) na forma de halteres,
encontram-se no centro do cubo e nas metades de suas
arestas.
Figura – Estrutura da Pirita
Fonte: Adaptada de UFPR; Wikimedia Commons
As esferas pretas representam os átomos de ferro, e as brancas,
os átomos de enxofre.” (SULFETOS de ferro. Disponível em:
<https://docs.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Patricia/Capitulo4-Silva
pdf>. Acesso em: 02/02/2021).
Existem várias espécies de sulfeto de ferro: mackinawita, pirrotita
greigita, smitita, marcassita, pirita e FeS cúbico, sendo que
somente este último não ocorre na natureza.
Suponha que foram carregados, no reator piloto de uma
indústria química, 112 kg de ferro e 80 kg de enxofre, e
submetidos a condições reacionais adequadas. Ao final do
processo, observou-se a formação de um produto “Y”, na
presença de um excesso de enxofre, S.
A massa (em kg) do produto final e o excesso de enxofre (S,
em kg) presentes na corrente de saída do reator piloto são,
respectivamente:
https://docs.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Patricia/Capitulo4-Silva.pdf
https://docs.ufpr.br/~gea/Dissertacao/Patricia/Capitulo4-Silva.pdf
Resposta
Selecionada:
e.
176 kg de FeS e 16 kg de S
(excesso).
Respostas: a.
176 kg de FeS e 21 kg de S
(excesso).
b.
112 kg de FeS e 16 kg de S
(excesso).
c.
105 kg de FeS e 11 kg de S
(excesso).
d.
194 kg de FeS e 13 kg de S
(excesso).
e.
176 kg de FeS e 16 kg de S
(excesso).
Comentário
da
resposta:
Primeiramente, devemos escrever
a correta reação de obtenção
do sulfeto de ferro, FeS:
x = 112 x 32 = 64 kg de S →
Temos um excesso de S!
56
Excesso de S = 80 kg (carregados)
– 64 kg (consumidos) = 16 kg
de S
Estequiometria final da reação:
y = 112 x 88 = 176 kg de FeS
56
Finalmente:
A corrente de saída do reator
apresenta a seguinte
constituição:
 Pergunta 2
 0,2 em 0,2 pontos
 
O balanço material de um processo químico pode ser feito para
toda a planta, para certos setores desta, ou até para um único
equipamento. Em todas essas situações, o balanço material
está fundamentado na lei da conservação de massa de
Lavoisier, a qual afirma que a matéria não pode ser criada
nem destruída, mas transformada.
Onde:
E = Materiais de entrada
S = Materiais de saída
A = Acúmulo: se “A” = 0, então E = S
Sabe-se que em determinado processo industrial são carregadas
no misturador, duas soluções de etanol/água: a primeira
contém 500 kg (composta 50% em massa de etanol); a
segunda contém 1000 kg (composta por 80% em massa de
etanol). O fluxograma do processo está ilustrado na Figura a
seguir.
Figura – Fluxograma de processo à batelada
As frações mássicas de etanol e água dentro do tanque
(composição da mistura final) são, respectivamente:
Resposta Selecionada: e.
0,7 e 0,3.
Respostas: a.
0,8 e 0,2.
b.
0,9 e 0,1.
c.
0,5 e 0,5.
d.
0,4 e 0,6.
e.
0,7 e 0,3.
Comentário
da
respost
a:
Trata-se de uma mistura física, onde
não ocorre reação química.
Assim, todos os balanços de
material podem ser escritos
como E = S.
Balanço global:
500kg + 1000 kg = 1500 kg
Balanço de massa para o etanol:
Solução 1: 50% em massa de
etanol → 500 kg x 0,5 (50%) =
250 kg
Solução 2: 80% em massa de
etanol → 1000 kg x 0,8 (80%) =
800 kg
Logo:
Quantidade total de metanol na
mistura final = 250 + 800 = 1050
kg
Fração mássica = 1050/1500 =
0,7 kg de etanol/kg de solução
Balanço de massa para a água:
Solução 1: 50% em massa de
água → 500 kg x 0,5 (50%) =
250 kg
Solução 2: 20% em massa de
água → 1000 kg x 0,2 (20%) =
200 kg
Logo:
Quantidade total de água na
mistura final = 250 + 200 = 450
kg
Fração mássica = 450/1500 =
0,3 kg de água/kg de solução
 Pergunta 3
 0,2 em 0,2 pontos
 
Leia atentamente o texto a seguir:
“O brometo de cálcio é muito empregado na indústria
farmacêutica. Trata-se de um mineral essencial do corpo, que
garante o suprimento adequado de brometo de cálcio aos
ossos. Como medicamento, é usado para prevenir ou tratar
níveis baixos de brometo de cálcio no sangue, em pessoas
que não recebem brometo de cálcio suficiente de suas dietas
Pode ser usado para tratar condições causadas por baixos
níveis de brometo de cálcio, como perda óssea (osteoporose)
ossos fracos (osteomalácia/raquitismo), atividade diminuída
da glândula paratireóide (hipoparatireoidismo) e uma
determinada doença muscular (tetania latente). Também pode
ser usado em certos pacientes para garantir que eles estejam
recebendo brometo de cálcio suficiente (por exemplo,
mulheres grávidas, amamentando ou na pós-menopausa,
pessoas que tomam certos medicamentos, como fenitoína,
fenobarbital ou prednisona)” (ÍNDICE TODA A SAÚDE.
Brometo de cálcio. Disponível em:
<https://www.indice.eu/pt/medicamentos/DCI/brometo-de-calc
o/informacao-geral>. Acesso em: 02/02/2021).
Em um reator à batelada, carregou-se 400 kg de cálcio e 2000 kg
de bromo. Terminada a reação, verificou-se a formação de
2000 kg de brometo de cálcio, sobrando ainda 400 kg de
bromo. Numa segunda batelada, carregou-se 1600 kg de
cálcio e 400 kg de bromo. A massa (em kg) do produto final
(CaBr2) e o excesso de reagente (em kg) presentes na
corrente de saída do reator são, respectivamente:
https://www.indice.eu/pt/medicamentos/DCI/brometo-de-calcio/informacao-geral
https://www.indice.eu/pt/medicamentos/DCI/brometo-de-calcio/informacao-geral
Resposta
Selecionada:
e.
500 kg de CaBr2 e 1500 kg de cálcio
(excesso).
Respostas: a.
500 kg de CaBr2 e 1000 kg de bromo
(excesso).
b.
500 kg de CaBr2 e 1500 kg de bromo
(excesso).
c.
2000 kg de CaBr2 e não há excesso.
d.
400 kg de CaBr2 e 1500 kg de cálcio
(excesso).
e.
500 kg de CaBr2 e 1500 kg de cálcio
(excesso).
Comentário
da
resposta
:
Primeiramente, devemos escrever
a correta reação de obtenção
do brometo de cálcio, CaBr2:
x = 400 x 40 = 100 kg de Ca →
Temos um excesso de Ca!
160
Excesso de Ca = 1600 kg
(carregados) – 100 kg
(consumidos) = 1500 kg de Ca
Estequiometria final da reação:
y = 400 x 200 = 500 kg de CaBr2
160
Finalmente:
A corrente de saída do reator
apresenta a seguinte
constituição:
 Pergunta 4
 0,2 em 0,2 pontos
 
Os balanços materiais avaliam a quantidade de material que
entra, se acumula e sai dos processos químicos. Trata-se de
cálculos que permitem determinar o rendimento do processo,
as possíveis perdas materiais durante o processamento, além
da detecção de falhas nas etapas, possibilitando sua
correção: manutenção de juntas, vedações de vazamentos,
troca parcial ou completa de um equipamento etc.
Considere que determinada planta industrial possui um tanque de
neutralização, onde deverá ser feita a neutralização de 5 kg
de uma solução aquosa de NaOH a 50% (em massa) com 5
kg de uma solução aquosa de HCl a 50% (em massa). A
Figura a seguir ilustra o fluxograma desse processo de
neutralização.
Figura – Fluxograma de um processo de neutralização à
batelada
Na corrente de saída do reator, as quantidades de NaCl, H2O e
excesso de HCl, em quilos, são, respectivamente:
Resposta Selecionada d.
3,656 kg; 6,125 kg e 0,22 kg.
Respostas: a.
0,22 kg, 1,125 kg e 2,22 kg.
b.
3,656 kg; 1,100 kg e 0,12 kg.
c.
3,334 kg, 0,22 kg e 3,656 kg.
d.
3,656 kg; 6,125 kg e 0,22 kg.
e.
2,345 kg, 6,125 kg e 0,22 kg.
Comentário
da
respost
a:
Primeiramente, devemos escrever a
correta reação de neutralização
entre ácido forte (HCl) e base
forte (NaOH), formando-se sal e
água.
x = 2,5 x 36,5 = 2,28 kg de HCl →
Temos um excesso de HCl!
40
Excesso de HCl = 2,5 (carregados) –
2,28 (consumidos) = 0,22 kg de
HCl
Estequiometria final da reação de
neutralização:
y = 2,5 x 58,5 = 3,656 kg de NaCl
40
Z = 2,5 x 18 = 1,125 kg de H2O
40Finalmente:
A corrente de saída do tanque
de neutralização é ácida (há
excesso de HCl!) e apresenta a
seguinte constituição: