Lista de Exercícios Balanço de massa com Reações

Prévia do material em texto

EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de massa envolvendo reação química 1 
 
 
Universidade Estadual de Campinas 
Faculdade de Engenharia Química 
Departamento de Tecnologia de Polímeros 
 
EQ481 – INTRODUÇÃO À ENGENHARIA QUÍMICA 
 
Balanços de massa envolvendo reação química 
 
1. Amônia sofre combustão para formar ácido nítrico através da seguinte reação: 4NH3 + 
502 = 4NO + 6H2O. Calcule as seguintes quantidades: a) mol de NO produzido por mol 
de 02 reagido; b) o fluxo molar de oxigênio correspondente a uma alimentação de NH3 
de 50 lb/h , se os reagentes são alimentados em proporções estequiométricas; c) a 
massa de NO produzida se 200 kg de amônia e 200kg de oxigênio reagem e a reação é 
completa. R: a) 0,8; b) 118 lb/h; c) 150 kg 
 
2. Etano é queimado com oxigênio para formar dióxido de carbono e água. 100 moles/h de 
cada reagente são alimentados em um forno. Determine: a) a razão estequiométrica 
entre o oxigênio e o etano; b) o reagente limitante; e c) a porcentagem em que o outro 
está em excesso. R: a)3,5; b) O2 ; c)250% 
 
3. A reação entre etileno e ácido brômico para formar etil-bromato acontece num reator 
contínuo. A corrente de produto é analisada e encontra-se que contém 50% moles 
C2H5Br e 33,3% moles HBr. A alimentação contém somente etileno e ácido brômico. 
Calcule a fração de conversão do reagente limite e a porcentagem em excesso do outro. 
.R:conversão=0,75; excesso= 23,9,% 
 
4. A alimentação de um processo de produção de amônia contém 24,75% em mols de 
nitrogênio e 74,25% em mols de hidrogênio e o restante são inertes. Essa alimentação é 
combinada com uma corrente de reciclo com as mesmas espécies e então alimentada 
ao reator, no qual atinge-se uma conversão de 25% de nitrogênio em cada passo. Os 
produtos passam através do condensador onde essencialmente toda a amônia é 
removida e os gases restantes são reciclados. Contudo, para prevenir o acúmulo de 
inertes no sistema, uma corrente de purga é retirada. A corrente de reciclo tem 12,5% de 
inertes. Calcule a conversão global do nitrogênio, a razão (mols de gás de purga/mols de 
EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de massa envolvendo reação química 2 
 
 
gás que deixa o condensação) e a razão (mols alimentados no sistema/ mols 
alimentados no reator). R:conversão global=0,93; razão=0,246 
 
 
 
5. Um gás contém (em massa) 5% de 83HC , 5% de 104HC , 16% de 2O , 38% de 2N , e o 
restante de água. Calcule a composição molar deste gás em base seca e em base 
úmida, e a razão mols OH 2 /moles de gás seco. R: base úmida:2,8; 2,1; 12,3; 33,5; 
49,3 – base seca:5,5; 4,2; 24,3; 66,0 
 
6. 120 kmol de propano são alimentados em uma fornalha juntamente com 4284 kmol de 
ar. O propano não sofre combustão total, portanto apenas parte deste é transformada 
em CO e 2CO . Se possível, calcule a porcentagem de ar em excesso fornecida à 
fornalha a partir dos dados fornecidos. Se forem necessárias informações adicionais, 
faça então as hipóteses necessárias para resolução do problema. R: excesso=50% 
 
7. Um gás combustível produzido à partir da gaseificação de carvão deve ser queimado 
com 15% de excesso de ar. O gás contém 50% de nitrogênio (em mols) e o restante em 
monóxido de carbono e hidrogênio. Uma amostra deste gás é analisada em um 
espectrômetro de Infravermelho, o qual registra um sinal R proporcional (mas não 
diretamente proporcional) à fração molar de monóxido de carbono presente. A leitura de 
R foi igual a 44,6. Os valores de calibração do aparelho são dados a seguir: 
 
X (mol CO/mol) 0,05 0,10 0,40 0,80 1,00 
R 10,0 17,0 49,4 73,6 99,7 
 
EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de massa envolvendo reação química 3 
 
 
 Acredita-se que a relação x = a Rb pode ajustar satisfatoriamente os dados acima. 
Encontre os parâmetros a e b e calcule a vazão molar de ar para uma alimentação de 
combustível de 130 kmol/h, assumindo que o N2 não é oxidado. 
R: a=2,49 10-3; b=1,303; 178kmol de ar/h 
 
8. Propano é queimado com ar. Determine a composição molar do produto gasoso, 
considerando que não ocorre formação de monóxido de carbono se: 
a. Ar teórico é fornecido, 100% de conversão do combustível. 
R: 72,9 N2; 11,6 CO2 e 15,5 H2O 
b. 20% de excesso de ar, 100% de conversão do combustível. 
R: 3,3 O2; 73,8 N2; 9,8 CO2 e 13,1 H2O 
c. 20% de excesso de ar, 90% de conversão, base úmida e seca. 
R: 0,3 C3H8; 4,9 O2; 74,1 N2; 8,9 CO2 e 11,8 H2O 
R: 0,4 C3H8; 5,6 O2; 84,0 N2; 10,0 CO2 
 
9. Metanol líquido é alimentado a um aquecedor de ambiente, a uma taxa de 10,0 
litros/hora e é queimado com excesso de ar. O produto gasoso é analisado e as 
seguintes porcentagens molares em base seca são determinadas: CH3OH=0,84%, 
2CO =7,10%, CO=2,40%. 
a. Calcule a conversão do metanol, a porcentagem de ar em excesso alimentado e a 
quantidade de água (mols/hora) no produto. R:0,92; 39,2 ; 454 mol/h 
b. Suponha que os produtos da combustão são liberados diretamente para o 
ambiente onde está instalado o equipamento. Que problemas você pode 
identificar com o processo e qual a solução que pode ser proposta?