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<p>Universidade Federal do Rio Grande (FURG) – Escola de Química e Alimentos</p><p>Engenharia Química – Princípios de Processos Químicos – Prof. Antenor Ferreira Moraes</p><p>Ref. Cap 04 – Princípios Elementares dos Proc. Químicos - Felder e Rousseau – Lista – 4</p><p>1) A acrilonitrila é produzida pela reação entre propileno, amônia e oxigênio:</p><p>C3H6 + NH3 + 3/2 O2 C3H3N + 3 H2O</p><p>A alimentação contém 10,0% molar de propileno, 12,0% de amônia e 78,0% de ar. Uma conversão</p><p>fracional de 30% do reagente limitante é atingida. Tomando como base 100 mols de alimentação,</p><p>determine qual é o reagente limitante, a percentagem de excesso dos outros componentes e as</p><p>vazões molares de todos os produtos.</p><p>2) O propano é desidrogenado para formar propileno em um reator catalítico:</p><p>C3H8 C3H6 + H2</p><p>O processo precisa ser projetado para uma conversão de 95% do propano. Os produtos da reação</p><p>são separados em duas correntes: a primeira, que contém H2, C3H6 e 0,555% do propano que deixa</p><p>o reator, é considerada a corrente de produto; a segunda, que contém o resto do propano não reagido</p><p>e 5% do propileno da corrente do produto, é reciclada para o reator. Calcule a composição do produto,</p><p>a razão (mols reciclados )/(mol de alimentação virgem) e a conversão no reator (conversão por passe).</p><p>3) A amônia é queimada para formar ácido nítrico na seguinte reação:</p><p>4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O</p><p>(a) Calcule a razão (kmol 02 que reage/kmol NO formado).</p><p>(b) Se a amônia alimenta um reator contínuo com uma vazão de 100,0 kmol NH3/h, que vazão de</p><p>alimentação de oxigênio (kmol/h) corresponderia a 40,0% de excesso de 02?</p><p>(c) Se 50,0 kg de amônia e 100,0 kg de oxigênio alimentam um reator em batelada, determine o</p><p>reagente limitante, a percentagem de excesso do outro reagente, a extensão da reação (mol) e a</p><p>massa de NO produzido (kg), admitindo que a reação é completa.</p><p>4) A reação entre etileno e brometo de hidrogênio para formar brometo de etila é conduzida em um</p><p>reator contínuo. A corrente de produto é analisada, contendo 51,7% molar C2H5Br e 17,3% HBr. A</p><p>alimentação do reator contém apenas etileno e brometo de hidrogênio. Calcule a conversão fracional</p><p>do reagente limitante e a percentagem de excesso do outro reagente. Se a vazão molar da corrente</p><p>de alimentação é 165 mol/s, qual é a extensão da reação? (Dê o valor numérico e suas unidades.)</p><p>5) O óxido de etileno é produzido pela oxidação catalítica do etileno:</p><p>2 C2H4 + O2 2 C2H4O</p><p>Uma reação não desejada, que compete com a primeira, é a combustão do etileno:</p><p>C2H4 + 3 O2 2C02 + 2H2O</p><p>A alimentação do reator contém 3 mols de etileno por mol de oxigênio. A conversão do etileno no</p><p>reator é 20%, e para cada 100 mols de etileno consumidos no reator 90 mols de óxido de etileno saem</p><p>nos produtos. Um processo de múltiplas unidades é usado para separar estes produtos: o etileno e o</p><p>oxigênio são reciclados para o reator, o óxido de etileno é vendido como um produto e o dióxido de</p><p>carbono e a água são descartados.</p><p>(a) Tome uma quantidade da corrente de alimentação do reator como base de cálculo (100 mols),</p><p>desenhe e rotule o fluxograma do processo, faça uma análise dos graus de liberdade e calcule o que</p><p>se pede a seguir: (i) as vazões molares de etileno e oxigênio na alimentação virgem, (ii) a taxa de</p><p>produção do óxido de etileno e (iii) a conversão de etileno no processo.</p><p>(b) Calcule as vazões molares de etileno e oxigênio na alimentação virgem necessárias para produzir</p><p>uma tonelada por hora de óxido de etileno.</p><p>5) No processo esquematizado a seguir, carbonato de sódio é produzido pela seguinte reação:</p><p>Na2S + CaCO3 Na2CO3 + CaS</p><p>A reação apresnta uma conversão por passe no reator, em relação ao reagente limitante, de 90% e</p><p>a quantidade de carbonato de cálcio que entra no reator está com 50% de excesso em relação ao</p><p>necessário. Considere que a alimentação fresca de (de sulfeto de sódio e água) é de 1000 kg/h e</p><p>calcule:</p><p>a) qual a massa de sulfeto de sódio que é reciclada por hora;</p><p>b) qual a massa de solução de carbonato de sódio que é formadas por hora.</p><p>6) O etanol pode ser produzido comercialmente pela hidratação do etileno:</p><p>C2H4 + H2O C2H5OH</p><p>Parte do produto é convertida dietil éter na reação consecutiva:</p><p>2 C2H5OH (C2H5)2O + H2O</p><p>A alimentação do reator contém etileno, vapor de água e um gás inerte. Uma amostra do efluente do</p><p>reator é analisada, e contém 43,3% molar de etileno, 2,5% de etanol, 0,14% de éter, 9,3% de inertes</p><p>e o resto é água.</p><p>Calcule a composição molar da alimentação do reator, a percentagem de conversão de etileno, o</p><p>rendimento fracional de etanol e a seletividade da produção de etanol em relação a produção de éter.</p><p>7) O metanol é sintetizado a partir do monóxido de carbono e gás hidrogênio em um reator catalítico.</p><p>A alimentação virgem do processo contém H2 e CO, na proporção molar de 2:1 (estequiométrica).</p><p>Esta corrente é misturada a uma corrente de reciclo na proporção de 5 mol de reciclo/mol de</p><p>alimentação virgem, após a mistura formam a corrente que alimenta o reator. Uma baixa conversão</p><p>no reator é atingida. O efluente do reator passa por um condensador (separador), de onde saem duas</p><p>correntes: uma corrente líquida contendo essencialmente todo o metanol formado no reator, e uma</p><p>corrente gasosa contendo todo o CO e o H2 que saem do reator. A corrente gasosa forma a corrente</p><p>de reciclo que é combinada com a corrente de alimentação virgem.</p><p>a) Para uma base de 100 kg/h, de alimentação virgem, calcule a taxa de produção de metanol (mol/h)</p><p>e as conversões do processo (global) e por passe no reator.</p><p>b) Explique sucintamente, as razões para incluir no projeto a corrente de reciclo.</p><p>Dado a reação e o fluxograma simplificado do processo: CO + 2H2 CH3OH</p><p>H2</p><p>CO Reator Separador CH3OH</p><p>H2, CO</p><p>Dica: Em todas as correntes que estão presentes CO e H2, eles estão na proporção estequiométrica.</p><p>8) O suco de laranja integral contém 12,0% em massa de sólidos, sendo o resto de água, enquanto</p><p>o suco de laranja concentrado contém 42,0% em massa de sólidos. Inicialmente, usava-se um</p><p>processo de evaporação simples para a concentração, mas os constituintes voláteis do suco escapam</p><p>com o vapor de água, deixando o concentrado sem gosto. O processo atual resolve o problema</p><p>desviando uma fração de suco integral do evaporador. O suco que entra no evaporador é concentrado</p><p>até 58% de sólidos e o produto é depois misturado com o suco integral desviado para atingir a</p><p>concentração de sólidos desejada.</p><p>(a) Desenhe e rotule o fluxograma do processo, desprezando a vaporização de qualquer coisa que</p><p>não seja água. Prove primeiro que o subsistema contendo o ponto onde a corrente de desvio se</p><p>separa da corrente de alimentação tem um grau de liberdade. (Se você acha que tem zero graus de</p><p>liberdade, tente determinar as variáveis associadas com este subsistema.) Faça depois a análise dos</p><p>graus de liberdade para o sistema global, o evaporador e o ponto de mistura do produto do evaporador</p><p>com a corrente desviada, e escreva em ordem as equações que você usaria para determinar as</p><p>variáveis. Em cada equação, marque a variável para a qual você resolveria.</p><p>(b) Calcule a quantidade de produto (concentrado 42%) produzido por cada 100 kg de suco integral</p><p>que alimentam o processo e a fração da alimentação que é desviada do evaporador.</p><p>(e) A maior parte dos ingredientes voláteis que dão sabor estão contidos no suco integral que se</p><p>desvia do evaporador. Você pode obter mais destes ingredientes evaporando (digamos) até 90% de</p><p>sólidos em vez de 58%; você pode então desviar uma fração maior de suco integral e obter assim um</p><p>produto de melhor sabor.</p><p>Lembrem-se:</p><p>“Há homens que lutam um dia e são bons, há outros que lutam um ano e são melhores, há</p><p>os que lutam muitos anos e são muito bons.</p><p>Mas há os que lutam a vida toda, estes são</p><p>imprescindíveis.”</p><p>Bertolt Brecht</p>