Balanço de Massa e Energia

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Departamento de Engenharia Química e Petróleo 
Balanço de Massa e Energia/TEQ – 00096 
 Profa: Mônica Maia (Prova 1/2022-1) 
Aluno:_____________________________________ 
 
Observações 
1- Atenção com provas resolvidas a lápis, o documento deve estar legível. 
As respostas finais devem estar a caneta. Respostas a lápis não serão consideradas 
2- Lembre-se de assinar sua avaliação. Documentos sem nome não serão corrigidos. 
3- Tempo máximo para resolução da Prova – 2:00h. 
4- A pontuação esta ao lado do enunciado da questão 
6- Coloque TODA sua memória de cálculo no documento. 
 
1ª Questão: (2,5pt) 
 
As misturas azeotrópicas se caracterizam pelo comportamento diferenciado quando submetidas à ebulição. Em 
se tratando da mistura azeotrópica, está se comporta como se fosse substância pura em relação à ebulição, apesar 
de ter em sua composição duas substâncias diferentes. A temperatura mantém-se inalterada do início ao fim da 
ebulição (PE constante). Esta mistura homogênea de líquidos não pode ter seus componentes separados por 
métodos convencionais como a destilação. Isto só seria possível se os pontos de ebulição fossem diferentes, o 
que não acontece com misturas azeotrópicas. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/mistura-azeotropica.htm 
 
Um processo produz como rejeito 100kg/h de uma mistura azeotrópica contendo 27,8% de acetona (58,08) e o 
restante clorofórmio (119,4) (% mássico). Para que ocorra a separação dos componentes uma misturas de 
solventes são inseridos em um tanque de mistura fechado a 298K de temperatura. A mistura de solventes tem 
composição desconhecida e contém água (18) e ácido acético (60) (Figura 1). 
 
Um reator agitado permite que o equilíbrio seja atingido sendo separado em duas fases. A composição das duas 
fases está na Tabela 1. 
 
Tabela 1: Composição % mássico das correntes Fase superior e Fase inferior. 
Composição % (mássico) 
Fases Acetona Clorofórmio Água Ácido Acético 
Fase superior 7,5 3,5 57,4 x 
Fase inferior 20,3 y 2,8 9,6 
 
 
Assim calcule: 
a) Determine a equação do balanço de massa que representa o sistema e de 4 justificativas para a equação 
proposta. 
b) A quantidade, em kg/h,das duas fases (corrente C e D) 
c) A quantidade, em kg/h, dos solventes que são adicionados no sistema azeotrópico (componentes corrente B) 
d) A composição %, em base molar, da mistura do solvente (componentes corrente B) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Reator agitado 
27,8% 
acetona e 
clorofórmio 
(% mássico) 
Corrente A 
água 
e ácido acético 
Corrente B 
 
Fase superior 
Corrente C 
 
Fase inferior 
Corrente D 
 
https://brasilescola.uol.com.br/quimica/mistura-azeotropica.htm
 
2ª Questão: (2,5pt) 
 
O carvão mineral é usado para gerar energia nas usinas termelétricas. Ele é queimado e o calor aquece a água em 
uma caldeira, a qual se transforma em um vapor com alta pressão que faz as pás das turbinas da usina, Figura 2. 
O carvão queima com 100% de excesso de ar. A composição do carvão esta descrita na Tabela 2. A composição 
do gas efluente esta apresentado na figura 2, derivado das reações. As reações principais são as equações 1 e 2. 
 
C (s) + O2 (g) → CO2 (g) (1) 
C (s) + H2O (g) → CO (g) + H2 (g) (2) 
 
Calcule: 
a) A quantidade em massa do oxigenio teorico por unidade de massa de carvão 
b) A quantidade teorica de Ar requerido por unidade de massa de carvão 
c) A quantidade de Ar alimentado no sistema por unidade de massa de carvão. 
d) A analise de Orsat dos gases efluentes do processo de combustão com o excesso de ar seco. 
 
 
Tabela 2: Composição % mássico dos componentes do carvão 
Carvão Composição % 
massico 
C (12) 50,22 
H2 (2) 2,79 
S (32) 0,37 
N2 (28) 2,05 
Cinzas 19,53 
O2 (32) 18,04 
desconhecido 7,0 
 
Figura 2: Carvão mineral é usado para gerar energia nas usinas termelétricas 
 
3ª Questão: (2,5pt) 
 
Em um reator operando em batelada possui 700kg de Orto-nitro tolueno (137), 800 kg de limalhas de ferro (90% 
mássico de Fe (56)) e 400 kg de água (18), adicionados ao sistema em correntes diferentes. A mistura reacional é 
aquecida a 60ºC e 6 kg ácido fórmico (46) é adicionado como um catalisador e recuperado integralmente ao final 
da reação. A mistura é agitada por cerca de 18h. Após esse período verifica-se a formação de ortoluidina (107) 
que é purificada em uma unidade de destilação. 
 
 
+ 9 Fe + H2O → + 3 Fe(OH)2 + Fe(OH)3 
 
 
 
 
Carvão 
CO2 
S 
O2 
N2 
H20 
4 
4 
 
 
No final da batelada, 505 kg são retirados do sistema na corrente de topo, sendo ortoluidina com 99% em água 
(% mássico). Não é verificada ortoluidina na corrente de fundo. O restante dos efluentes sai na corrente de fundo. 
 
Obs: Fe(OH)2 (90); Fe(OH)3 (107) 
 
a) Proponha um fluxograma de processo para o processo acima, contendo todas as informações disponíveis. 
b) O reagente limitante e os reagentes em excesso 
c) O excesso em % 
d) O rendimento da ortoluidina com base na quantidade de ortonitrotolueno requerida. 
e) O grau de complementação 
f) A extensão da reação 
g) Qual a quantidade em kg de água na corrente de fundo 
 
 
4ª Questão: (2,5pt) 
 
Uma unidade de tratamento de água utiliza o sistema de osmose reversa acoplado a um sistema de troca iônica 
para retirada de sólidos dissolvidos, Figura 3 . A meta é obter agua pura com condutividade menor que 5μS. 
A agua de alimentação da planta contem 2500 mg/L de sólidos dissolvidos. 
A vazão de entrada é de 10 m3 de água fresca/h. 
16% da vazão volumétrica da corrente A é encaminhada a corrente C 
A corrente de permeado é 8m3/h com 156,25mg/L de Solidos Dissolvidos. 
A corrente de agua tratada é 9m3/h com 8mg/L de Solidos Dissolvidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Unidade de tratamento de água com Osmose Reversa e Coluna de Troca Ionica 
 
 
Com base no fluxograma de processo da Figura 3 efetue um balanço de massa completo do sistema de 
purificação da agua fresca. Indique as correntes e suas respectivas concentrações de solidos dissolvidos na 
Tabela 3. 
 
Tabela 3: Resultados do Balanço de Massa – Unidade de desmineralização 
Corrente A B C D E F P R1 R2 W 
Vazão m3/h 
Solidos 
Dissolvidos 
mg/L