Cálculos de Processo e Conversões

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EQE 112 – Introdução aos Cálculos de Processo 
 
 
3ª Lista de Exercícios 
 
1. Quantas libras da espécie química há em cada uma das seguintes quantidades? 
a. 130 gmol de hidróxido de sódio anidro; 
b. 62 lbmol de ácido nítrico; 
c. 11 kgmol de nicotina (MM = 162,23); 
2. Faça as seguintes conversões: 
a. 120 g de NaCl em gmol; 
b. 120 lbmol de NaCl em lb; 
c. 120 gmol de NaCl em lbmol; 
d. 8 inHg de vácuo, com uma pressão atmosférica local igual a 1 atm em psia; 
e. 88 N/m2 (leitura manométrica) em psia, em um local onde o barômetro indica 750 
mmHg em psia; 
f. Pressão hidrostática a uma profundidade de 10 ft em psia, no interior de um líquido 
cuja densidade é de 100 lbm/ft3. A pressão barométrica local é de 30 inHg. 
3. A densidade relativa da dietanolamina (DEA) @60°F/60°F é igual a 1,096. Em um dia 
com temperatura de 60°F, são alimentados em um tanque 1347 gal de DEA, medidos 
exatamente. Quantos lb de DEA correspondem a este volume? 
Dados: ρH20 (60°F) = 0,9990 g/cm³ 
 ρH20 (4°C) = 1,0000 g/cm³ 
4. Qual a massa molecular média em lb/lbmol de uma mistura de 30% de CH4, 10% de 
H2 e 60% de N2 em base mássica? 
5. Em um determinado escoamento, o coeficiente de transferência de calor (h) pode ser 
representado pela expressão: 
ℎ = 0,0144 
𝐶𝐺0,8
𝐷0,2
 
 
onde [h] = Btu/(h.ft2.oF) quando: 
[C] = Btu/(lbm.oF) 
[D] = ft 
[G] = lbm/(h.ft2) 
0,0144 = constante dimensional para as unidades indicadas 
Reescreva esta equação de modo que o h seja determinado em kcal/(h.cm2.oC), com as 
outras variáveis sendo alimentados nas seguintes unidades: 
[C] = kcal/(kg.oC) 
[D] = cm 
[G] = kg/(h.cm2) 
6. Em um líquido com densidade relativa igual a 1,33, calcule a pressão a uma 
profundidade de 8,32 ft, expressando-a em: 
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a) psig 
b) psia 
c) N/m² (absoluta) 
d) kgf/cm² (relativa) 
Considere que a superfície do líquido esteja exposta a uma pressão atmosférica igual a 
1,013*105 Pa 
7. Calcule a densidade, em lbm/ft3, a 29 inHg (man.) e 30oC, de uma mistura de O2 e H2 
que contém 11,1% em massa de H2. Considere que a mistura se comporte como um gás 
ideal e que a pressão atmosférica local é igual a 1 atm. 
8. Admitindo comportamento de gás ideal, calcule a máxima temperatura na qual 10 lbm 
de N2, armazenados em um tanque de 30 ft3, podem ser aquecidos sem que a pressão 
exceda 150 psia. 
9. Uma mistura de etanol e água, contendo uma fração molar de 40% de etanol (C2H5OH), 
deve ser purificada ao máximo para utilização como insumo em uma fábrica de 
fertilizantes. O processo de separação indicado para esta mistura é a destilação 
atmosférica. No entanto, para obter o produto de topo final com 0,9 (m/m), a corrente de 
topo é dividida: uma parte segue para ser reciclada e misturada à corrente de alimentação 
e outra parte é armazenada diretamente em outro tanque de armazenamento (TQ-1002). 
A corrente de fundo produz uma solução de 80% em percentual mássico do produto de 
fundo e é retirada, aquecida e enviada para armazenamento em um tanque cilíndrico (TQ-
1001) para posterior descarte. 
a) Construa o fluxograma simplificado do processo, indicando as frações molares da 
corrente de alimentação da coluna e as frações mássicas dos produtos de topo e de 
fundo; 
b) Calcule a composição mássica da corrente de alimentação fresca à coluna; 
c) Calcule a composição molar da corrente de alimentação ao tanque de TQ-1002; 
d) Considerando uma vazão de fundo de 250 lb/h e que o preço do litro de EtOH puro é 
vendido, em média, por R$ 2,10 quanto a empresa deixa de ganhar por hora de 
operação? 
Dados: 
 
10. (Prova) Uma planta industrial utilizada para a produção de óxido de etileno (C2H4O) 
possui um reator (V-2012) que é alimentado com uma mistura de eteno (C2H4) e oxigênio 
(O2). A carga fresca do reator é alimentada a uma vazão de 180 kmol/h e possui uma 
fração molar de 44% de oxigênio. A corrente de saída do reator é enviada a um separador 
(S-2012A), que gera duas correntes de efluente: uma corrente de alimentação a um 
separador (S-2012B); uma corrente que alimenta um tanque de descarte (TD-2012), após 
ser resfriada em um trocador de calor (TR-2012). O fluido de refrigeração é a água, 
captada de um rio próximo que, após ser aquecida, é enviado a uma estação de tratamento 
de água (E-2012). O separador que trata o produto desejado produz uma corrente 
contendo todo o produto final que alimenta um tanque de armazenamento (TA-2012) e 
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uma corrente de reciclo. A corrente de reciclo contém os reagentes não convertidos e é 
misturada à carga fresca do reator para recuperação deles ao longo da reação. 
a) Construa o fluxograma do processo. 
b) Considerando que um quilo de eteno puro tem um custo médio de R$ 4,00, quanto a 
empresa gasta em eteno, a cada duas horas de operação? 
c) Qual a vazão mássica de carga fresca em lb/h? 
d) Durante um mês, a fábrica operou com uma vazão de reciclo média de F US galão/h. 
Na planta, existem sensores online acoplados a esta corrente para medir a 
concentração de eteno não reagido em lb/l (C lb/l) e a densidade da mistura em kg/m3 
(D kg/m3). Utilizando apenas as variáveis citadas no enunciado (F, C, D) e fatores de 
conversão, desenvolva equações para determinar: 
i. A fração mássica de oxigênio (XO2) não reagido na corrente de reciclo; 
ii. A concentração de oxigênio na corrente de reciclo (CO2), em lbmol/ft3; 
iii. A vazão molar de eteno em kgmol na corrente de reciclo. 
11. Um tanque esférico de armazenamento de matéria-prima é utilizado para estocar uma 
solução líquida com a seguinte composição, em fração mássica: Benzeno 0,25; Tolueno 
0,25; Xileno 0,50. O tanque é submetido à pressão atmosférica e a temperatura é de 20°C. 
Considerando que a vazão de saída deste tanque para o processo é de 200Kg/h, determine: 
a) A quantidade de Benzeno, em libras, alimentada ao processo após 3 horas? 
b) A vazão molar de alimentação de Tolueno ao processo? 
c) A vazão volumétrica de alimentação de Xileno ao processo, em ft3/h? 
Dados - Bibliografia recomendada: PERRY, R.H., GREEN, D.W. Handbook de Engenharia Química.