Lista 2 Balanço de Massa Simples

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Introdução a Eng.Química e Ambiental – Lista de Exercícios 2 – Prof. Rodrigo L. Bonifácio 
 
Lista de Exercícios 2 – Introdução a Engenharia Química e 
Ambiental 
 
Instruções: 
� As composições em % referem-se à fração mássica dos componentes em 
mistura, exceto quando indicado algo em contrário. 
� Assumir os processos em fluxo contínuo como sendo de regime estacionário. 
 
Prof. Rodrigo L. Bonifácio 
 
1) Um espessador numa unidade de tratamento de efluentes remove água proveniente do lodo 
ativado de efluentes domésticos, conforme figura abaixo. O processo encontra-se em regime 
estacionário. Qual a vazão de água que sairá do espessador em lb/min, para uma alimentação 
de lodo úmido de 100 kg/h com produção de 70 kg/h de lodo desidratado? (1,1 lb/min) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2) Uma solução aquosa de celulose contém 5,2% de celulose. Qual a massa de água 
necessária, em Kg, para que sejam preparadas 100,0 kg de solução aquosa de celulose a 4,2% 
em massa? (19,25 kg) 
 
3) Um evaporador é alimentado com 1000 kg/h de um suco de frutas contendo 12,0% de 
sólidos solúveis e 88,0% de água. Este evaporador produz suco concentrado, contendo 40,0% 
de sólidos solúveis e 60,0% de água. Pergunta-se: 
a) Qual a massa de suco concentrado produzido neste processo? (300 kg) 
b) Qual a massa de água evaporada? (700 kg) 
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 
 
4) Para preparar uma solução aquosa de 50% de ácido sulfúrico, um rejeito ácido diluído 
contendo 28% de H2SO4 e 72% de água é reforçado com uma solução aquosa de ácido 
sulfúrico comercial contendo 96% de H2SO4. Quantos quilogramas de ácido a 96% devem ser 
utilizados para reforçar 100 kg de ácido diluído? (47,8 kg) 
 
5) Uma solução ácida S4, constituída por 60% de H2SO4, 20% de HNO3 e 20% de H2O deve 
ser preparada a partir da 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 que sejam obtidos 1000 kg da solução 
ácida S4. (S1 = 568,2 kg; S2 = 159,1 kg; S3 = 272,7 kg) 
 
6) Morangos contêm 15% de sólidos e 85% de água em massa. Para fabricar geléia de 
morango, o seguinte processo deve ser obedecido: 
I) Misturar morangos amassados e açúcar na proporção 45%:55%, ou seja, 45 partes de 
morangos para 55 partes de açúcar; 
Espessador 100 kg/h 
 
lodo úmido 
70 kg/h 
 
lodo desidratado 
Água 
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II) Aquecer a mistura obtida em (I) para evaporar água, até que o resíduo atinja uma 
concentração de sólidos igual a 66,6% em massa. 
Considerando-se que o açúcar é constituído por 100% de sólidos, pede-se: 
a) Desenhe um fluxograma do processo; 
b) Calcule quantos quilogramas de morango são necessários para fabricar 1 quilograma de 
geléia. (0,486 kg) 
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 
 
7) Uma solução aquosa de decapagem contendo 8,8% de KI em massa será preparada. A 
solução desejada deve ser preparada pela combinação de uma solução aquosa forte (12% de 
KI e 3% de I2 em massa) com uma solução aquosa fraca (2,5% de KI e 0,625% de I2). 
Pergunta-se: 
a) Qual deve ser o valor de R, a razão entre as massas de solução forte e fraca para preparar a 
solução de decapagem desejada? Sugira uma base de cálculo para realização deste balanço. 
(1,97) 
b) Qual será a concentração de I2 na solução final? (2,2%) 
 
8) Uma coluna de destilação separa 10000 kg/h de uma mistura de benzeno-tolueno (50%-
50% em massa). O produto recuperado no condensador, no topo da coluna, contém 95% de 
benzeno e a corrente de fundo da coluna contém 96% de tolueno. A corrente de vapor que 
entra no condensador pelo topo da coluna registra 8000 kg/h. Uma parte do produto é 
retornada como refluxo. Suponha que as composições das correntes V, D e R sejam idênticas. 
Encontre a razão de quantidade de produto reciclada em relação ao produto D, ou seja, a razão 
entre as vazões de D e R (1,72) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9) No processo de concentração de suco de laranja, o suco original (corrente A) contém 12,0% de 
sólidos e 88,0 % de H2O, enquanto o suco concentrado produzido deverá conter 42,0% de sólidos 
(corrente B). Inicialmente, um processo de evaporação direta foi utilizado para a concentração, porém 
os constituintes voláteis do suco evaporaram junto com a água, produzindo um concentrado com gosto 
ruim. O presente processo contorna este problema através de uma corrente de desvio da alimentação A 
(by-pass), que é misturada à corrente de saída do evaporador (figura abaixo). Sabe-se que a corrente de 
saída do evaporador é constituída por 58,0% de sólidos em massa. Calcule, para uma alimentação de 
100Kg/h de suco original: 
a) A quantidade de suco concentrado produzido (corrente B) (28,6 kg/h) 
b) A vazão da alimentação que desvia do evaporador (corrente D) (9,9 kg/h) 
c) A vazão de entrada no evaporador (corrente C) (90,0 kg/h) 
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 
 
 
F = 10000 kg/h 
 
50% Bz 
50% To 
W 
4% Bz 
96% To 
D 
95% Bz 
5% To 
R 
 
V = 8000 kg/h 
 
Introdução a Eng.Química e Ambiental – Lista de Exercícios 2 – Prof. Rodrigo L. Bonifácio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10) Um fluxograma simplificado para a fabricação de açúcar é apresentado na figura abaixo. 
A cana de açúcar (D) é espremida em um moinho. O bagaço (F) resultante contém 80% em 
massa de polpa, água e açúcar. O xarope (E) contendo polpa, açúcar e água, é alimentado em 
uma peneira que remove toda a polpa e produz xarope límpido (H), contendo 15% de açúcar 
e 85% de água. Da peneira, resulta uma corrente de rejeito (G), contendo 95% de polpa, água 
e açúcar. O evaporador prepara um xarope “pesado” (K) e o cristalizador produz 1000lb/h de 
cristais de açúcar 100% puro (M) 
Obs: Assuma que a evaporação se processa sem arraste de sólidos. 
a) Calcule a água removida no evaporador (corrente L), em libras/hora (1500 lb/h) 
b) Calcule as frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito G; (1152 lb/h) 
c) Calcule taxa de alimentação da cana, em libras/hora; (24573 lb/h) 
d) Do açúcar contido na cana, qual a percentagem que é perdida no bagaço (isto é, a razão 
bagaçonoaçúcardevazão
cananaaçúcardevazão )? (0,741) 
 
 
C Evaporador 
A (suco 
original) 
 
S = 12,0% 
H2O = 88% 
B (suco 
concentrado) 
 
S = 42,0% 
H2O = 58,0% D 
F (água) 
E 
Bagaço (F) 
80% polpa 
açúcar ? 
água ? 
Sólidos (G) 
95% polpa 
açúcar ? 
água ? 
(E) 
13% açúcar 
14% polpa 
73% água 
(H) 
15% açúcar 
85% água 
(K) 40% açúcar 
 60% água 
(M) Açúcar 1000 lb/h 
100% açúcar 
Moinho Peneira Evaporador 
Cristalizador 
Cana (D) 
16% açúcar 
59% polpa 
25% água 
(J) 
Água 
(L) 
Água