Exercícios balanço de massa multi-unidades com resposta

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1) Propano é desidrogenado para formar propileno em um reator catalítico: 
 
C3H8 → C3H6 + H2 
 
O processo é projetado para uma conversão global de 95% do propano. Os produtos da 
reação são separados em duas correntes: a primeira, que contém H2, C3H6 e 0,555% do 
propano que deixa o reator, é considerada a corrente de produto; a segunda, que contém 
o restante do propano não reagido e 5% do propileno da corrente de produto, é reciclada 
para o reator. Calcule a composição do produto, a relação (mols reciclados / mol de 
alimentação nova) e a conversão no reator. 
Resposta: y (C3H8) = 2,6%; y (C3H6) = 48,7%; y (H2) = 48,7%; Relação = 9,0 mols 
reciclados / mol de alimentação nova; Conversão no reator = 9,6%. 
 
2) Grãos de soja contendo 20% de umidade em base seca (20 kgágua/100 kgsólido seco) são 
secados num secador rotativo contínuo até que sua umidade alcance 12% para posterior 
armazenamento sem riscos de degradação. O ar fresco é alimentado ao processo com 2% 
de umidade (2 kgágua/100 kgar seco). Parte do ar de saída que apresenta 10% de umidade é 
reciclado e misturado com o ar fresco de modo que a umidade na entrada do secador seja 
de 6%. 
a) Desenhe um fluxograma e classifique o processo. 
b) Obtenha a taxa de reciclo para o ar (relação entre vazão de reciclo e vazão de saída de 
ar). 
Resposta: (a) ; (b) Taxa de reciclo ≈ 1,1. 
 
3) O suco natural de laranja contém 13,5% m/m de sólidos e o restante de água. Já o suco 
concentrado de laranja comercial contém 45% m/m de sólidos. No início da produção 
industrial, o suco concentrado de laranja era produzido por meio de uma evaporação 
simples. No entanto, os constituintes voláteis do suco escapavam com a água, deixando 
o concentrado insípido. Os processos modernos resolveram esse problema desviando (by-
pass) do evaporador uma parte da alimentação de suco natural. O suco que entra no 
evaporador é concentrado a 61% em sólidos e esse produto é misturado com a corrente 
de suco natural que foi desviada, resultando em um suco com a concentração desejada de 
sólidos. Calcule a quantidade de suco concentrado produzido por 1000 kg de suco natural 
alimentado por hora ao processo e a porcentagem de alimentação que é desviada do 
evaporador. Considere estado estacionário. 
Resposta: ṁsuco concentrado = 300 kg/h; % desviada = 10,1%. 
 
Conservação de Massa e Energia (GNE328) 
Lista de Exercícios 2 
Professora: Renata de Aquino B. L. Corrêa 
 
 
 
4) O carbonato de cálcio (CaCO3) precipitado é obtido pela carbonatação de cal hidratada 
(Ca(OH)2) com dióxido de carbono (CO2). O reator é alimentado com 600 kg/h de uma 
suspensão aquosa de Ca(OH)2 contendo 20% de cal em massa e CO2 puro. A corrente 
gasosa úmida que deixa o reator, contendo 94% de CO2 em mols, passa por um 
condensador em que 90 kg/h de água são condensados e parte da corrente gasosa é 
reciclada para o reator. Sabendo que a conversão global de cal hidratada é igual a 99% e 
que 2500 L/min de CO2 são alimentados a 1200 mmHg e 85°C, obtenha: 
 
 
 
a) A produção mensal de CaCO3 (em kg); 
b) A composição mássica da corrente de produto; 
c) A conversão global de CO2, e 
d) A conversão de CO2 no reator. 
 
Resposta: (a) m = 115.589 kg CaCO3/h; (b) x Ca(OH)2 = 0,0021 ou 21%; x CaCO3 = 
0,2778 ou 27,78% e y H2O = 0,7201 ou 72,01%; (c) X CO2 (global) = 19,9%; (d) X CO2 
(reator) = 1,24%. 
 
5) Um cilindro com pistão móvel contém 5 L de um gás a 50°C e 4 atm. O pistão é 
movimentado vagarosamente, comprimindo o gás a 7 atm. 
 
a) Considerando o gás no cilindro como sendo o sistema, escreva a equação do balanço 
de energia e a simplifique desprezando os termos necessários e justificando. 
b) Supondo o processo isotérmico e que o trabalho de compressão realizado sobre o gás 
seja igual a 9 L.atm, calcule a quantidade de calor (em joules) trocado com as vizinhanças. 
c) Supondo agora que o processo se desenvolva adiabaticamente e que Û aumenta quando 
T aumenta, pergunta-se: a temperatura final será maior, igual ou menor que 50°C? 
Resposta: (b) Q = -911,85 J, (c) A temperatura será maior que 50°C. 
 
6) Quinhentos quilogramas por hora de vapor movimentam uma turbina. O vapor entra 
na turbina a 44 atm e 450°C com uma velocidade linear de 60 m/s, e sai por um ponto 5 
m abaixo da entrada, à pressão atmosférica e a uma velocidade de 360 m/s. A turbina 
fornece trabalho no eixo com uma taxa de 70 kW, e a perda de calor na turbina é estimada 
em 104 kcal/h. Calcule a variação na entalpia específica associada com o processo. 
Resposta: -650 kJ/kg.