ENG030 Exercicios Lista 01 Balanco Material 2018 1 Gabarito

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Curso: Engenharia Química 
Disciplina: Fundamentos de Processos Químicos – ENG030 
 
Lista de Exercícios N
o
 01 
Balanço de Massa 
Sem Reação 
1. Água é alimentada a um tanque de 2 m
3
 a uma vazão de 6,0 kg/s e retirada a uma vazão de 3,0 kg/s. Inicialmente o 
tanque está cheio até a metade. Deseja-se saber: 
a) Este processo é contínuo, semicontínuo ou em batelada? 
b) O processo está em estado-estacionário ou regime transiente? 
c) Esquematize o fluxograma do processo e escreva a equação de balanço. 
d) Qual o tempo necessário para o tanque transbordar? 
 
2. Examine os processos da figura abaixo e, para cada um deles, responda se o mesmo está no estado estacionário: 
3. 
Uma mistura líquida contendo 30%mol de benzeno (B), 25% de tolueno (T) e o restante de xileno (X) é alimentada a 
uma coluna de destilação (C1). O produto de fundo desta coluna contém 98%mol de X e nenhum B. Sabe-se também 
que 96% do X presente na alimentação de C1 são recuperados nesta corrente de fundo. O produto de topo de C1 é 
alimentado a outra coluna (C2). O produto de topo de C2 contém 94% de B e o restante é T. Sabe-se ainda que 97% do 
B alimentado à coluna C2 é recuperado nesta corrente de topo. Esquematize o fluxograma do processo e organize 
todas as informações fornecidas. 
 
4. Sabendo-se que um teste com 50 kg de um gás de síntese de um processo de produção de gasolina a partir de carvão 
apresentou a seguinte composição: 10% H2, 40% CH4, 30% CO e 20% CO2, qual a massa molar média do gás? 
 
5. Se um balde contém 2,0 lb de NaOH, quantos lbmol e gmol de NaOH ele contém? 
 
6. Considere um tanque grande contendo água contaminada com 125 ppb de fenol. Responda: 
a) O que são ppm e ppb? 
b) Qual a fração mássica de fenol no líquido? 
c) Quantos miligramas de fenol há em 1 kg do líquido? 
d) Qual a concentração do fenol no líquido em g/L? 
7. Um vapor contendo 30% em peso de propano, 30% de n-butano e 40% de n-pentano é carga de uma torre de 
destilação. O produto de topo contém 65% de propano e 25% de n-butano. A recuperação do propano no topo é de 
96% em peso. Qual deve ser a carga da torre para produzir 10 t/dia de propano, sabendo-se que 60% em peso da 
carga saem pela corrente de fundo? 
Respostas parciais: F = 208,33 kgmol/h; D = 125 kgmol/h; R = 83,33 kgmol/h. 
 
 
(a) (b) (c) 
nível 
constante 
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Disciplina: Fundamentos de Processos Químicos – ENG030 
 
8. Uma corrente de refinaria (1000 kg/h) contendo 70% de benzeno e o restante de outros hidrocarbonetos não-
benzênicos (NB) é submetida a um processo de extração em contracorrente com solvente (SO2), visando à 
recuperação de benzeno, conforme esquema a seguir. Neste processo obtém-se um rafinado, no qual o benzeno é 
recuperado, contendo 1/6 de SO2 e 5/6 de benzeno, em massa, e um extrato contendo todos os NB, parte do SO2 e 
1/4 kg de benzeno por kg de NB. O processo utiliza 3 kg de SO2 por kg de corrente de refinaria alimentada. 
A recuperação do benzeno na Unidade I é de 92% e na Unidade II é de 80%. A composição do benzeno na corrente de 
produto entre as unidades I e II é de 86,25%, sendo o restante de NB. A composição do benzeno na corrente de 
produto entre as unidades II e III é de 95%, sendo o restante de NB. Calcule as vazões e composições das correntes de 
entrada e saída de cada unidade e o percentual de benzeno recuperado neste processo. 
Dica: A recuperação de benzeno em cada unidade se refere a todo o benzeno alimentado à mesma. 
 
Respostas Parciais: 
R = 750 kg/h; E = 3250 kg/h; Recuperação do Bz = 92% 
BC = 112,5 kg/h; P1 = 866,67 kg/h; C = 3116,67 kg/h. 
9. Um processo de separação em três estágios é mostrado na figura a seguir. A razão P3/D3 é 3, a razão P2/D2 é 1 e a 
razão A/B na corrente P2 é 4. Calcule todas as composições e vazões desconhecidas. 
 
Respostas: P3 = 30 lb; D1 = 30 lb; D2 = 30 lb; WAD3 = 0,89; WBD3 = 0,11; P1 = 60 lb ; P2 = 30 lb; WCP1 = 0,365; WAP2 = 
0,80; WBP2 = 0,20; WAP1 = 0,485; WBP1 = 0,15; WAE = 0,59; WBE = 0,41. 
10. A alimentação de uma coluna de destilação é separada em um produto de topo cujos componentes possuem pontos 
de ebulição mais baixos do que o n-butano e em um produto de fundo cujos componentes possuem ponto de 
ebulição mais altos do que o propileno. A concentração de isobutano no topo é de 5,0% e a concentração de propano 
no fundo é de 0,8%. Calcular a composição das correntes de topo e de fundo. Dica: os componentes estão 
apresentados na tabela acima em ordem crescente de ponto de ebulição. 
A composição da alimentação é a seguinte: 
 
 
 
 
 
Componente %mol 
Etileno 2 
Etano 3 
Propileno 5 
Propano 15 
Isobutano 25 
n-Butano 35 
n-Pentano 15 
Total 100 
Corrente de 
refinaria 
Rafinado 
Unidade I Unidade II Unidade III 
Extrato SO2 
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Respostas: 
Destilado - Xeti = 0,08; Xeta = 0,11; Xpropi = 0,19; Xpropa = 0,57; Xisob = 0,05 
Residuo - Xpropa = 0,008; Xibut = 0,314; Xnbut = 0,474; Xnpent = 0,203 
11. Na produção de óleo de soja, grãos de soja contendo 13% de óleo e 87% de sólidos, são moídos e alimentados a um 
extrator agitado, ao qual são adicionadas duas correntes de n-hexano, uma reciclada e uma carga fresca. A vazão total 
de hexano alimentado ao extrator é de 3 kghexano/kg grão de soja. Os grãos moídos são mantidos em suspensão no 
líquido e todo o óleo é extraído pelo hexano. O efluente do extrator vai então para um filtro. A torta do filtro contém 
75% de sólidos e o restante é de óleo e hexano, estes na mesma proporção em que saem do extrator. A torta do filtro 
é descartada e o filtrado líquido é alimentado a um evaporador para vaporização do hexano, enquanto o óleo 
permanece líquido e é retirado como produto. O hexano é então condensado e reciclado para a entrada do extrator. 
Pede-se: 
a) Esquematize o fluxograma deste processo; 
b) Calcule a produtividade do processo (kg óleo/kg grãos de soja alimentados), a carga fresca de hexano (kg hexano/kg 
grãos de soja alimentados) e a razão reciclo/carga fresca (kg hexano reciclado/kg carga fresca). 
Resposta: 
b) PROD = 0,113 kg óleo / kg grãos de soja alimentados; a carga fresca de hexano = 28 kg hexano/kg grãos de soja 
alimentados; razão reciclo/carga fresca = 9,7 kg hexano reciclado/kg carga fresca. 
Com Reação 
12. Sulfato de alumínio pode ser produzido reagindo-se bauxita com ácido sulfúrico, de acordo com a seguinte reação: 
 
Al2O3+ 3H2SO4→ Al2(SO4)3 + 3H2O 
 
A bauxita contém 55,4% em peso de óxido de alumínio e o restante é de impurezas. O ácido sulfúrico tem 77,7% de 
pureza, o restante sendo água. Para produzir 1798 lb de sulfato de alumínio puro são utilizadas 1080 lb de bauxita e 
2510lb de solução de ácido sulfúrico. Nestas condições deseja-se saber: 
a) Qual o reagente limite?; (Resp.: Al2SO4) 
b) Qual a porcentagem do reagente em excesso que é consumida? (Resp.: H2SO4 consumido = 1,316 mols) 
13. A acrilonitrila é produzida a partir da reação desbalanceada do propileno, amônia e oxigênio: 
 
C3H6 + NH3 + O2 → C3H3N + H2O 
 
A alimentação do reator contém 10% C3H6, 12% NH3 e 78% ar e consegue-se uma conversão de 30% do reagente 
limite. Para 100 kgmol da corrente de alimentação, determinar: 
a) O reagente limite; (Resp.: C3H6) 
b) A percentagem em excesso dos demais reagentes; (Resp.: Exc. NH3= 20%; Exc. O2= 49,25%) 
c) As quantidades de cada composto presente no gás de saída. (Resp.: ɛ = 3 - calcule o resto?) 
 
 
14. Um processo de desidrogenação catalítica produz 1,2-butadieno (C4H6) a partir do n-butanol puro (C4H10). A corrente 
de produção contém 75 mols/h de hidrogênio e 13 mols/h de C4H10, assim como C4H6. A corrente de reciclo tem 30% 
(molar) de C4H10 e 70% (molar) de C4H6. A taxa de escoamentoé de 24 mols/h. Determine: 
a) Esquematize o fluxograma deste processo; 
b) Qual a taxa de alimentação, F, e a taxa do produto C4H6 que deixa o processo? 
(Resp.: C4H6= 37,5 mol/h; F = 50,5 mol/h) 
c) Qual é a conversão de um único passe no processo? (Resp.: 0,65) 
 
 
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15. Tolueno (C7H8) reage com H2 para formar benzeno - C6H6 (B); porém, uma reação paralela ocorre, em que o 
subproduto difenil C12H10 (D) é formado: 
 
C7H8 + H2 → C6H6 + CH4 
 
2 C7H8 + H2 → C12H10 + 2 CH4 
O processo é mostrado na figura abaixo. Hidrogênio é adicionado à corrente de gás de reciclo para obter a razão de H2 
para CH4 igual a 1 para 1 antes do gás entrar no misturador. A relação entre H2 e tolueno que entra no reator em G é 4 
H2 para 1 de tolueno. A conversão de tolueno para benzeno em uma única passagem pelo reator é de 80% e a 
conversão de tolueno para o subproduto difenil é de 8% na mesma passagem. Calcule: 
a) os mols de RG por hora; (Resp.: 50 lb/h) 
b) mols de RL por hora. (Resp.: 764 lb/h)