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exercícios balanço de massa sem reação

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EQ 481 – Introdução à Engenharia Química - Balanços de massa simples, sem reação química 1 
 
Universidade Estadual de Campinas 
Faculdade de Engenharia Química 
Departamento de Tecnologia de Polímeros 
 
EQ481 – Introdução à Engenharia Química 
 
Balanços de massa simples, sem reação química 
 
 
1. Uma unidade industrial de verniz tem que entregar 1000 lbm de uma solução de 
nitrocelulose a 8%. Eles têm em estoque a solução a 5,5%. Quanto de nitrocelulose seca 
deve ser dissolvida na solução para atender ao pedido? R:27lbm 
 
2. Para preparar uma solução de 50% de ácido sulfúrico, um rejeito ácido diluído contendo 
28% de H2SO4 é reforçado com um ácido sulfúrico comprado contendo 96% de H2SO4. 
Quantos quilogramas de ácido devem ser comprados para cada 100 kg de ácido diluído? 
R: 47,8 de ácido 
 
3. Uma solução aquosa de decapagem (retirada de película metálica deposita) contendo 
8,8% de KI está sendo preparada para decapar ouro em placas de circuito impresso. A 
solução desejada deve ser preparada pela combinação de uma solução forte (12% de KI 
e 3% de I2 em H2O) com uma solução fraca (2,5% de KI e 0,625% de I2 em H2O). Qual 
deve ser o valor de R, a razão entre as massas de solução forte e fraca para fazer a 
solução de decapagem desejada? Qual será a concentração de I2 na solução final? R: 
valor de R=1,97, concentração de I2 =2,2% 
 
4. Uma solução ácida com 60% de H2SO4, 20% de HNO3 e 20% de H2O deve ser obtida 
pela mistura das seguintes soluções: S1 = 10% de HNO3, 60% de H2SO4 e 30% de H2O; 
S2 = 90% de HNO3 e 10% de H2O; S3 = 95% de H2SO4 e 5% de H2O. Calcule a massa de 
cada solução a ser misturada para se obter 1000 kg da solução. 
 R.: S1 = 568,2 kg, S2 = 159,1 kg, S3 = 272,7 kg. 
 
 
 
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5. Um fluxograma simplificado para a fabricação de açúcar é apresentado na figura abaixo. 
A cana de açúcar é alimentada em um moinho onde o xarope é espremido e o bagaço 
resultante contém 80% em massa de polpa. O xarope (E) contendo pedaços de polpa 
finamente divididos é alimentado em uma peneira que remove toda a polpa e produz 
xarope límpido (H), contendo (15%) de açúcar e 85% de água. O evaporador prepara um 
xarope “pesado” e o cristalizador produz 1000lb/h de cristais de açúcar. 
(a) Calcule a água removida no evaporador, em libras/hora; 
(b) Calcule as frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito G; 
(c) Calcule taxa de alimentação da cana, em libras/hora; 
(d) Do açúcar contido na cana, qual a percentagem que é perdida no bagaço? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
R: L=1500 lbm/h; J=4167 lbm/h; H=6667 lbm/h; E=7819 lbm/h; G=1152 lbm/h 
Rejeito: açúcar=0,015; água=0,035 e polpa=0,95 – F=24596 lbm/h, perda=73,9% 
 
6. d-glicose e d-frutose têm a mesma fórmula química (C6H12O6) porém propriedades 
diferentes. A glicose é convertida em frutose conforme mostrado na figura abaixo, mas 
somente 60% são convertidos pela passagem no conversor, de modo que o material não 
convertido é reciclado. Calcule a vazão de reciclo por quilograma de glicose 100% 
carregada no conversor. Ignore a água usada como solvente para transportar a glicose e 
a frutose. 
 
(L) 
Água 
 
Moinho 
 
Peneira 
 
 
Evaporador 
 
 
Cristalizador 
Cana (F) 
16% de açúcar 
25% de água 
59% de polpa 
Bagaço (F) 
80% de polpa 
Sólidos (G) 
95% de polpa 
(E) 
13% açúcar 
14% polpa 
(H) 
15%de 
açúcar 
(J) 
Água 
(K) 40% de açúcar 
(M) Açúcar 1000lb/h 
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R: R/C=0,833 
 
7. Considere o seguinte processo de extração: 
 
 
 
a. Qual o número de equações independentes? R=3 
b. Determinar R, Q, W. R: R=130,2; Q=282,8 e W=13,02 g/mim 
c. Calcular a relação 
gHAc solução R
gHAc entrada
. R: 0,976 
 
8. Água entra em um tanque de 2 litros a uma taxa de 3,0 g/s e é retirada a uma taxa de 5,0 
g/s. O tanque inicialmente contém água pela metade. Responder: 
a. Este processo é batelada, contínuo ou semi-contínuo? R: semi-contínuo 
b. Escreva uma balanço de massa para este processo, sendo n(t) a massa dentro do 
tanque no tempo t. Identifique os termos da equação geral. 
c. Escreva a equação resultante e determine quanto tempo será necessário para 
esvaziar completamente o tanque.R: t=250s 
 
 
 
100kg de 
carga fresca 
Glicose, 
100% 
Conversor Separador Frutose 
100% 
Reciclo 
80% de 
glicose 
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9. Morangos contêm 15% de sólidos e 85% de água. Para fazer geléia de morango, 
morangos amassados e açúcar são misturados na proporção 45%:55%, e a mistura é 
aquecida para evaporar água até que o resíduo tenha um terço de água em massa. 
Desenhe um diagrama do processo e calcule quantos quilogramas de morango são 
necessários para fazer um quilograma de geléia. R: 0,486 kg 
 
10. Uma corrente contendo 25% de metanol em água é diluída por outra contendo 10% para 
formar um produto de 17% de metanol em água. 
a. Escolha uma base de cálculo conveniente, desenhe um diagrama de processo e 
calcule a razão (kg solução 17%/ kg solução 25%). R: 2,1 
b. Qual a vazão de alimentação da solução de 10% é necessária para produzir 1250 
kg/h de produto? R: 667 kg/h 
 
11. Uma mistura líquida de benzeno (58,20%), tolueno (20,40%) e xileno (21,40%) é 
carga de um processo de destilação. A recuperação de benzeno no destilado deve 
ser de 98,0% e a de xileno no resíduo deve ser de 95,0%. A fração mássica de 
benzeno no destilado (líquido) deve ser de 90,0%. Calcule a composição mássica do 
destilado e do resíduo. R.: D: 90,0%, 8,3%, 1,7% B: 3,17%, 41,32%, 55,51% 
 
12 Água do mar contendo 3,5% (massa) passa por uma série de 10 evaporadores. 
Aproximadamente quantias iguais de água são evaporadas em cada uma das 10 
unidades, que são então condensadas para formam uma corrente de água limpa. O 
produto de fundo do último evaporador contém 5% de sal. Se 30 000 kg/h de água do 
mar forem alimentadas no processo, calcule a fração de água limpa produzida e a 
porcentagem de sal no produto de fundo do quarto evaporador. R: fração=0,3 e 
sal=3,98% 
 
13 Água do mar é dessalinizada por osmose inversa segundo o esquema a seguir. 
Utilizando os dados da figura, determine: a) a taxa de remoção de salmoura (B); a 
taxa de produção de água de dessalinizada (água potável) (D); c) a fração da 
salmoura que deixa a câmara de osmose que é reciclada. (ppm=partes por milhão). 
 
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R: a) 587 lbm/h; b) 413 lbm/h; c) 0,55 
 
14 Uma coluna de destilação separa 10000 kg/h de uma mistura de benzeno-tolueno 
(50%-50%). O produto recuperado no condensador, no topo da coluna, contém 95% 
de benzeno e a corrente de fundo da coluna contém 96% de tolueno. A corrente de 
vapor que entra no condensador pelo topo da coluna registra 8000 kg/h. Uma parte 
do produto é retornada como refluxo. Suponha que as composições das correntes V, 
D e R sejam idênticas. Encontre a razão de quantidade de produto reciclada em 
relação ao produto D. 
 
 
R: 0,58