Lista 1 Andrea

Prévia do material em texto

EQE-112 – Introdução aos Cálculos de Processo Profa. Andrea Valdman 
DEQ/EQ/UFRJ EQA - 2014_1 
1ª Lista de Exercícios 
 
1. O dióxido de titânio (TiO2) é um pigmento branco muito utilizado na indústria de tintas. Em 
uma planta há dois tanques (TQ-101 e TQ-102) contendo dióxido de titânio misturado com 
resina. No entanto, cada tanque possui diferentes concentrações de pigmento. A fábrica possui 
ainda um terceiro tanque (TQ-103), um tanque de mistura, utilizado para a produção de uma 
batelada de tinta, conforme solicitação do setor comercial. A quantidade de matéria prima que 
sai de cada tanque de armazenamento pode ser regulada através de uma válvula. A quantidade 
de produto final que sai da fábrica pode ser regulada através de uma bomba. Construa o 
fluxograma do processo. 
 
2. Um separador líquido-líquido é um equipamento que é utilizado para separar um componente de 
uma mistura líquida ao ser colocada em contracorrente com outra substância, também líquida. O 
princípio de separação é baseado na afinidade dos componentes com a substância selecionada. 
Na planta industrial em análise um separador líquido-líquido é alimentado com uma mistura de 
A e B no fundo e com uma corrente de solvente C no topo. O componente A é o produto final a 
ser produzido na planta e, em comparação ao componente B, tem uma afinidade maior com o 
solvente utilizado. A saída do separador é alimentada a um segundo separador, produzindo duas 
correntes de saída: uma com o solvente recuperado e outra com o produto purificado. Para maximizar 
o lucro, o solvente recuperado é reciclado de volta à corrente de entrada do separador líquido-líquido. 
a. Construa o fluxograma do processo, indicando as substâncias presentes em cada corrente. 
b. Ao longo do processo, podem ocorrer perdas de solvente, devido a uma série de problemas operacionais 
da planta. Para contornar este problema, foi instalado um ponto de mistura na corrente de alimentação 
de solvente, permitindo a reposição do mesmo. Qual o nome da corrente de reposição? 
 
3. Uma mistura de etanol e água deve ser purificada ao máximo para ser utilizada como insumo em 
uma fábrica de fertilizantes. O processo de separação indicado para esta mistura é a destilação 
atmosférica (DEST-1001). No entanto, para obter o produto de topo final com a fração mássica 
desejada, a corrente de topo é dividida. Uma parte segue para ser reciclada e misturada à corrente 
de alimentação e a outra parte é resfriada em um trocador de calor (TC-1001) e posteriormente 
armazenada diretamente em um tanque de armazenamento (TQ-1002). A corrente de fundo é 
retirada, aquecida em contracorrente no trocador TC-1001 e enviada para armazenamento em 
um tanque (TQ-1001) para utilização posterior em outro setor da planta. Construa o fluxograma 
do processo, indicando as substâncias presentes em cada corrente. 
Dados: Ponto de ebulição de etanol < Ponto de Ebulição da água. 
 
4. Um tanque de armazenamento do produto A (TQ-1001) recebe uma corrente de A puro do setor 
S-2000 e uma corrente de A puro do setor S-3000. O efluente deste tanque alimenta um reator 
químico (R-1001) e a regulagem da vazão que efetivamente entra no reator é realizada através 
de uma válvula de reciclo. Ou seja, parte do efluente do tanque é reciclado de volta ao mesmo 
passando através de uma válvula enquanto a outra parte alimenta o reator. O reator R-1001 
recebe ainda outra corrente de alimentação de B puro e produz uma corrente de saída que 
alimenta um tanque intermediário (TQ-1002). A reação que ocorre dentro do reator é: 𝐴 + 2𝐵 →
𝐶. Construa o fluxograma do processo e indique as substâncias presentes em cada corrente. 
 
5. Uma planta gera uma mistura de cimento e água. No entanto, devido a especificações restritas 
deste produto para comercialização, foi instalado um secador antes do armazenamento final do 
produto (TQ-1), onde a água exigida é retirada através de um processo de evaporação. O vapor 
d´água passa então por um condensador (trocador de calor) e a água condensada, coletada à 
60
o
C, é armazenada em um tanque cilíndrico (TQ-2) para possível reuso na fábrica. Desenhe o 
fluxograma do processo e indique as substâncias presentes em cada corrente. 
 
EQE-112 – Introdução aos Cálculos de Processo Profa. Andrea Valdman 
DEQ/EQ/UFRJ EQA - 2014_1 
6. Considere que na equação abaixo a variável D é expressa em pés e a variável t, em segundos: 
D = 3t + 4 
Quais são as dimensões e unidades das constantes 3 e 4 ? 
 
7. A densidade de certas substâncias em determinados intervalos de temperatura pode ser 
representada como uma função linear da temperatura, na forma: 
ρ = ρ0 + A(T− T0) 
onde: 
ρ densidade, em lb/ft3, na temperatura T; 
ρ0 densidade, em lb/ft
3
, em uma temperatura de referência T0; 
T, T0 temperaturas, em 
o
F; 
A constante 
Sendo a equação dimensionalmente consistente, quais são as dimensões básicas e unidades de A ? 
 
8. A perda de carga distribuída (hD) em um fluido escoando através de uma tubulação com 
diâmetro constante é dada pela seguinte equação: 
hD = ℱ
L
ϕ
v2
2g
 
onde: 
hD coluna (comprimento) de fluido escoando; 
L comprimento da tubulação; 
ϕ diâmetro da tubulação; 
F fator de atrito; 
v velocidade média do fluido; 
g aceleração da gravidade; 
Determine a dimensão do fator de atrito. 
 
9. A quantidade relativa de perda de calor pelas paredes de um forno utilizado na produção vidro 
em relação a quantidade de calor total cedida ao forno (PC) é um número adimensional e pode 
ser obtido a partir da seguinte equação: 
𝑃𝐶 =
𝑈 × 𝐴 × 𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 
𝐵 × 𝑄
 
onde: U coeficiente de película externo global (kcal/(
o
C.h.m
2
)) 
A área externa do forno (m
2
) 
Text temperatura externa do forno (ºC) 
Tamb temperatura ambiente (ºC) 
Q vazão do combustível (kg/h) 
B constante B 
a. Quais as unidades da constante B? 
b. Quais as dimensões básicas da constante B? 
 
 
 
EQE-112 – Introdução aos Cálculos de Processo Profa. Andrea Valdman 
DEQ/EQ/UFRJ EQA - 2014_1 
Respostas: 
1. 
2. PESSOA, F.L.P., QUEIROZ, E.M., COSTA, A.H. 
(2001) Introdução aos Processos Químicos, 
Apostila, DEQ/EQ/UFRJ, pág. 93. 
3. 
4. 
5. 
 
 
6. Dimensões: [3] L/t ; [4] L 
Unidades: [3] ft/s ; [4] ft 
7. Dimensões: [A] = M.L-3.T-1 
Unidades: [A] = lbm/(ft
3
.
o
F) 
8. adimensional 
9. kcal/kg e L2.t-2 
 
TQ-101 TQ-102
TQ-103
TQ-1002
TC-1001
DEST-
1001
Etanol/Água
Rico em Água
Etanol/Água
Rico em Etanol
Etanol/Água
Matéria Prima
TQ-1001
S-2000
S-3000
A
A
R-1001
B
A, B e C
TQ-1002
TQ-1001
Secador
TQ-1
Cimento
Água (mais)
Água 
100°C
Água
60°C
Cimento
Água (menos)
Condensador
TQ-2