Lista 3 Andrea

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EQE-112 – Introdução aos Cálculos de Processo Profa. Andrea Valdman 
DEQ/EQ/UFRJ EQA - 2014_1 
3ª Lista de Exercícios 
 
1. Quantas libras da espécie química há em cada uma das seguintes quantidades? 
a. 130 gmoles de hidróxido de sódio anidro 
b. 62 lbmoles de ácido nítrico 
c. 11 kgmol de nicotina (MM = 162.23) 
 
2. Converter as seguintes quantidades: 
a. 120 g de NaCl em gmol 
b. 120 lbmoles de NaCl em lb 
c. 120 gmoles de NaCl em lbmol 
 
3. A variação da capacidade calorífica do ácido acético, em cal/(gmol.K), com a temperatura, em 
K, pode ser representada pela seguinte expressão: 
𝑐𝑝 = 2,0142 + 56,0646. 10
−9.𝑇 + 34,088. 10−6.𝑇2 
Converta esta equação em outra que determine a capacidade calorífica em Btu/(lbmol.
o
F), 
considerando a temperatura fornecida em 
o
F. 
 
4. 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.ft
2
.
o
F) quando: 
 [C] = Btu/(lbm.
o
F) 
 [D] = ft 
 [G] = lbm/(h.ft
2
) 
 0,0144 = constante dimensional para as unidades indicadas 
Reescreva esta equação de modo que o h seja determinado em kcal/(h.cm
2
.
o
C), com as outras 
variáveis sendo alimentados nas seguintes unidades: 
 [C] = kcal/(kg.
o
C) 
 [D] = cm 
 [G] = kg/(h.cm
2
) 
 
5. Temos 100lb de gás com a seguinte composição, em base mássica: CH4 = 30%, H2 = 10% e N2 
= 60%. Qual a massa molecular média da mistura ? 
 
6. 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
o
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. 
 
 
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7. 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 o produto final que alimenta um tanque de armazenamento (TA-2012) e 
uma corrente de reciclo que é misturada à carga fresca do reator para recuperação de reagentes 
não convertidos na 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? 
 
8. 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: 
Substância Ponto de Ebulição Ponto de Fusão Densidade relativa 
EtOH 351,7 K 158,6 K 0,789 
 
 
Respostas: 
1. a) 11,45lb b) 3900 lbm c) 3934,9 lb 
2. a) 2,1 gmol b) 7020 lbm c) 0,265 lbmol 
3. 𝑐𝑝 = 2,0142 + 31,147. 10
−9. 𝑇 + 459,69 + 10,521. 10−6. (𝑇 + 459,69)2 
4. ℎ = 0,00621
𝐶𝐺0,8
𝐷0,2
 
5. 11,18 lb/lbmol 
6. a) 330,7 lbm b) 0,5435 kmol/h c) entre 4,0 ft3/h e 4,1 ft3/h 
7. b) R$ 22579,20 
8. b) 0,63 m/m EtOH e 0,37 m/m de água c) 78% de EtOH e 22% de água, em base molar 
d) R$ 60,36