AC2 - Análise e Simulação de Processos Químicos (Alex)

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Aluno(a): Alex Oliveira da Silva RA: 190345 
Professor(a): Eduardo Chagas Data: 15/05/2023 
Disciplina: Análise e simulação de processos químicos Turma: QI602TQN1 
 
Atividade avaliativa (AC2) 
1) (30%) Uma corrente de etanol de 2 kg/min e que está a 65 °C e 1 atm deve ser misturada com outra 
corrente de 6 kg/min contendo somente água e que está a 20°C e 1 atm. Após a mistura a corrente 
resultante deve ser aquecida até 85°C e em seguida dividida em duas correntes, uma com 40% da 
vazão e a outra com 60%. 
 
a) Qual a composição (% molar e mássica) e a vazão volumétrica (L/min) após o tanque de mistura e 
na saída do processo? 
R- (x3 = 0.25 Etanol e 0.75 Água) (y3 = 0.115319 de Etanol e 0.884681 Água) 8,436 L/min após o 
tanque de mistura e devido ao aumento da tempetura a vazão vai para 8,899 L/min por conta da 
diminuição da densidade e conservação da massa e em seguida dividida nas duas correntes 3,5597 
L/min e 5,3396 L/min. 
b) Qual a densidade (g/L) e a viscosidade (g/ cm . s) após a mistura? 
R- 948,3 g/L e 0,00860266 g/cm.s 
c) Quanto de energia ou potência será necessário dispor no trocador de calor? 
R- 30190,8 W ou 30,1908kW. 
 
 
 
 
 
 
 
d) Faça um estudo paramétrico acerca de como a vazão de etanol afeta a energia necessária no trocador 
de calor. 
R- de acordo com o estudo paramétrico é possível identificar que a medida que a vazão de etanol 
aumenta a demanda de energia por parte do trocador aumenta proporcionalmente. 
2) (30%) Consideramos um tanque cilíndrico inicialmente contendo 30 m3 de água. Neste tanque, a 
válvula de entrada opera a uma vazão volumétrica de 12 m3/h e a válvula de saída opera a uma 
vazão volumétrica de 11 m3/h. Assumindo a densidade da água como constante. 
a) Para a realização do exercício, o que pode-se entender sobre a informação de que a densidade da água 
é constante? 
R- Com a densidade do sistema sendo constante, pode-se concluir que a temperatura também será 
constante. 
b) Descreva todo o balanço de massa presente no exercício proposto. 
R- 𝐴 = 𝐸 − 𝑆 , ou seja, o acúmulo “A” é proporcional a vazão de entrada “E” menos a vazão de 
saída “S”, somando também o volume inicial para determinação da equação que descreve o processo. 
c) Construa um modelo para o sistema que permita avaliar a quantidade de água no tanque ao longo 
do tempo. 
R- Logo a equação que descreve esse processo será 𝑉 = (𝐸 − 𝑆)𝑡 + 30 , sendo “t” em horas. 
 
d) Descreva o comportamento da quantidade de água no tanque descrito no modelo e esboce o um 
gráfico para representar este comportamento. 
R- O volume do tanque aumenta de 
forma linear em função do tempo, visto 
que que a vazão de entrada é maior que 
a vazão de saída gerando um acúmulo 
de 1 m³ por hora, logo, ao longo de 10 
horas o tanque terá 40 m³ de água. 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12
V
o
lu
m
e 
(m
³)
Tempo (h)
 
3) (20%) Através do processo ilustrativo de recuperação de ácido benzoico de uma corrente aquosa 
diluída, por extração com benzeno (Rudd & Watson) e utilizando a planilha Excel deste processo 
responda o que se pede: 
a) Determinar as dimensões dos equipamentos, as vazões de vapor, de água e de benzeno, necessários 
para recuperar 60% do ácido benzoico presente em 100.000 kg/h de uma solução aquosa a 0,20% e a 
25 °C. A temperatura de operação do decantador deve ser de 25 °C e o tempo de residência de 5 
minutos. O evaporador opera à pressão atmosférica (Te = 80 °C) e deve concentrar a solução até 
10% de ácido benzoico. O vapor se encontra a 150 °C e o condensado deve sair como líquido 
saturado. O benzeno deve deixar o condensador também como líquido saturado. A água se encontra 
a 15 °C e deve ser aquecida no máximo até 30 °C no condensador e no resfriador. 
R- O decantador terá um volume de 11860 Litros, o evaporador terá 124 m² de área de troca térmica, 
o primeiro trocador terá 120 m² e o segundo trocador 362 m² de área de troca térmica, 36345 
kg/h de vapor de benzeno com acréscimo de 1080 kg/h de reposição, 8615 kg/h de vapor de 
água a 150 °C no evaporador. 
b) O engenheiro responsável pelo dimensionamento e simulação do processo resolveu testar algumas 
situações que poderia ocorrer em um caso real com a planta já em funcionamento. Assim este 
engenheiro decidiu aumentar a vazão global de entrada de 100.000 kg/h para 
150.000 kg/h. Além disso, ele resolveu verificar que o material aquoso de entrada está mais rico em 
ácido benzoico diluído, saindo de uma solução aquosa de 0,20% para 0,50% também a 25°C. Além 
disso, o engenheiro quis simular que, em um dia quente, as temperaturas do fluido de resfriamento 
dos trocadores de calor não conseguiram atingir os 15 °C, sendo utilizado no processo de 
resfriamento um fluido na temperatura de 20 °C. Assim, determine as dimensões dos equipamentos 
com estes novos parâmetros estipulados pelo engenheiro que está avaliando o processo e descreva 
detalhadamente como cada parâmetro (separadamente) influência no dimensionamento e nas vazões 
de saída dos equipamentos. 
R- O decantador terá um volume de 17766,3 Litros, o evaporador terá 180 m² de área de troca 
térmica, o primeiro trocador terá 178 m² e o segundo trocador 658 m² de área de troca térmica, 
51918,75 kg/h de vapor de benzeno com acréscimo de 4.050 kg/h de reposição, 12.443kg/h de 
vapor de água a 150 °C no evaporador, Ao se alterar o fluxo de solução aquosa de ácido benzóico 
todas as outras vazões aumentaram, inclusive as áreas dos trocadores e do evaporador, o volume 
do decantador e os fluxos de vapor de água no evaporador e do fluído de resfriamento dos 
trocadores, e ao se aumentar a porcentagem de ácido benzóico na corrente de entrada se 
observou o aumento de reposição de benzeno devido a maior perda do solvente no processo. 
 
 
 
 
 
 
4) (20%) Com base no entendimento da disciplina, responda ao que se pede: 
a) O que é um modelo matemático e quais os tipos? 
R- É um conjunto de equações que tem como objetivo descrever um comportamento por métodos 
empíricos, teóricos, estocásticos, determinísticos, estáticos, dinâmicos, de parâmetros distribuídos ou 
concentrados, buscando ter validade e robustez. 
b) A simulação é uma importante ferramenta para o uso nos processos químicos. Por quê? 
R- Proporciona uma projeção de como os processos químicos vão ocorrer assim como a sua 
viabilidade e potenciais problemas que possam ser limitantes para a instalação de uma planta, por 
exemplo, além de ser essencial para se achar pontos de melhorias, alcançando a otimização do 
processo produtivo. 
c) Quais as diferenças dos modelos de parâmetros concentrados e parâmetros distribuídos nos 
sistemas? Dê exemplo um exemplo para cada um dos modelos. 
R- Os modelos de parâmetros concentrados eles não possuem variação nos seus parâmetros ao longo 
do tempo e espaço, por exemplo um reator CSTR que possui mistura perfeita em seu tanque, já os 
modelos de parâmetros distribuídos tem variação de parâmetros ao longo do tempo e espaço, por 
exemplo, um reator PFR, que varia a sua conversão ao longo da tubulação 
. 
d) Discorra sobre as etapas de dimensionamento e simulação de um processo químico. 
R- O dimensionamento e a simulação de um processo químico são etapas fundamentais no 
desenvolvimento e otimização de operações industriais. Essas etapas permitem avaliar e prever o 
desempenho do processo antes de sua implementação, garantindo eficiência, segurança e economia 
por meio da definição do objetivo, do levantamento de dados, formulação do modelo, escolha do 
software de simulação, configuração e simulação do processo para otimização do mesmo por meio 
da análise dos resultados e validação experimental.