PRIMEIRA LISTA DE PPQ RESOLUÇÃO

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Universidade Federal do Amazonas 
Engenharia Química - FT12 
Princípio dos Processos Químicos – FTQ003 
1º Lista - Balanço de massa 
Fé em Deus que ele é justo! 
(1) Converta: 
a) 700 milhas/h para m/s 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 5.50 x 103 KJ/min para HP: 1W(J/S) equivale a 1,341x10-3 Horse Power (HP) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) 25 lbm.ft/min2 para kg.cm/s2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) 800 lbm/ft3 para Kg/m3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(2) Qual a quantidade de açúcar seco deve ser adicionada em 100 Kg de uma 
solução aquosa de açúcar, a fim de aumentar a sua concentração de 20% para 
50%? Faça um diagrama que represente o processo. 
 
 
 
A parte em preto é a parte explícita no enunciado, a parte em vermelha é a parte 
subentendida. 
Se quisermos mudar a concentração final, também queremos mudar a massa total 
final (x3). Logo, faz-se o balanço de massa para descobrir a nova massa de saída. 
Assim: 
 
“Tudo que entra é igual a tudo que sai” 
Porém a equação global fica em função de duas incógnitas, o que não é proveitoso. 
Faremos o balanço para a componente água, pois essa entra em X1, mas não em X2, 
o que anula uma das incógnitas. 
Balanço geral para componente água: 
 
 
 
Agora podemos voltar à equação anterior e substituir x3: 
 
 
A quantidade de açúcar seco que deve ser adicionada à solução para que ocorra um 
aumento de 50% da concentração é de 60 Kg. 
(3) Dilui-se um suco de laranja de 65% de sólidos até 45% de sólidos. Qual a 
quantidade de suco obtido a partir de 100 Kg de concentrado e a quantidade de 
água adicionada? Faça um diagrama que represente o processo. 
 
Balanço Global da Reação: 
 
Balanço Global da Reação para componentes sólidos: 
 
 
 
 
 
Substituindo no balanço global da reação: 
 
 
(4) Uma corrente de 1000 kg/h que contém 10% de álcool, 20% de açúcar e o resto 
de água, é misturada com 2000 kg/h de uma corrente com 25% de álcool, 50% 
de açúcar e o resto de água. Qual será a composição da mistura resultante? 
 
Este problema trata as entradas como vazões, porém o pensamento segue padrão: 
Balanço Geral: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Balanço geral para o álcool: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Balanço geral para o açúcar: 
 (
 
 
) (
 
 
) 
 
 
 
 
 
Balanço geral para a água: 
 (
 
 
) (
 
 
) 
 
 
 
 
 
 
 
(5) O fluxograma de um processo de destilação contínua em estado estacionário é 
mostrado na figura a baixo. Cada corrente contém dois componentes, chamados 
de A e B em diferentes proporções. Calcule as vazões e composições das 
correntes 1,2 e 3. 
 
Para resolver esse problema você pode iniciar por balanços parciais ou balanço global. 
Por balanços parciais iremos analisar cada etapa: 
 
Para o balanço parcial do primeiro separador: 
 
 
 
 
 (
 
 
) 
 
 
 
 
Balanço parcial para substância A: 
 
 
 
Para o valor da substância b: 
 
 
 
 
Agora, analisando o próximo ponto de mistura: 
 
Balanço parcial de massa: 
 (
 
 
) (
 
 
) 
 
 
 
 
Balanço parcial para a substância a: 
 
 
 
Para o valor da substância b: 
 
 
 
Agora, analisando o próximo ponto de separação: 
 
Nessa situação o balanço de massa parcial fica: 
 (
 
 
) (
 
 
) 
 
 
 
 
 
 
 
O balanço parcial para substância a: 
 
 
 
Para o valor da substância b: 
 
 
 
(6) 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); 
(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. 
Podemos redesenhar a imagem analisando os fluxos de separação e mistura: 
 
 
 
Obs: Ao desenhar o fluxograma, devemos assumir a composição da corrente Q4 como 
sendo iguais para Q5 e Q6. Pois as correntes 5 e 6 são originadas por 4, sem a influência 
de nenhum processo que modifique sua composição no ponto de separação. 
500 ppm = 0,05% = fração mássica de 0,0005 
O sistema global é destaco em vermelho. 
Para o balanço global, temos: 
 
 
Balanço global em relação à água: 
 
Substituindo Q6: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agora, o balanço parcial para o ponto de mistura: 
 
 
Balanço parcial para o sal: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para o ponto de separação, o fluxo pode ser escrito como: 
 
 
 
 
 
 
 
 
A taxa de remoção da Salmoura é o fluxo 
 
 
, a taxa de produção da água 
dessalinizada é o fluxo 
 
 
. 
A fração do que deixa a câmera pelo que é reciclado pode ser calculado dividindo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(7) Deseja-se produzir um preparado de frutas que contenha 45% de sólidos 
solúveis, partindo de um suco que contem 10º Brix. A fábrica dispõe de um 
evaporador capaz de concentrar o suco até 65º Brix, porque depois, este 
concentrado irá se misturar com o suco inicial para conseguir a concentração de 
sólidos desejada. Calcule a massa de água evaporada do suco inicial para 
conseguir a concentração de sólidos desejada. Calcule a massa de agua 
evaporada e o suco que se desse desviar por cada 100 kg de suco que entram no 
processo 
 
Redesenhando: 
 
Balanço global do sistema: 
 
 
 
 
Balanço para sólidos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A taxa de água evaporada é de 77,78 Kg/ h. 
O cálculo de Q3 pode ser realizado tanto pelo misturador quanto pelo evaporador, o 
resultado será o mesmo. 
Os componentes de Q2 e Q3 são iguais, seguindo o mesmo pensamento explicado na 
questão anterior. 
Para o cálculo no evaporador: 
 
Balanço parcial para o sólido no evaporador: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Voltando a equação anterior: 
 
 
 
 
 
Para o fluxo no ponto de separação: 
 
 
 
 
 
 
 
A taxa de água desviada é de 8,08 Kg/ h. 
 
 
(8) Uma mistura liquida de benzeno e tolueno contem 55% em massa de benzeno.Uma parte desta mistura sai pelo topo com 85% de benzeno e outra parte da 
mistura sai pelo fundo contendo 10,6% de benzeno. Suponha que o processo é 
operado de forma contínua e no estado estacionário, com uma vazão de 100 kg/h 
da mistura na alimentação. Calcule as vazões mássicas do topo e do fundo, faça 
o fluxograma do processo. 
O fluxograma fica da seguinte forma: 
 
O balanço de massa global é: 
 
O balanço para o componente benzeno é: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Substituindo no balanço global: 
 
 
 
 
 
 
(9) Escreva a equação do balanço de massa para: a) sist. Aberto com reação; b) sist. 
Aberto sem reação; c) sist. fechado com reação; d) sist.Fechado sem reação, e) 
regime permanente com reação; f) regime permanente sem reação; g) transiente 
com reação e h)transiente sem reação. 
 
 
E = entrada; S = saída; P = produzido e C = consumido. 
(a) Sistema aberto com reação: 
 
(b) Sistema aberto sem reação: 
 
(c) Sistema fechado com reação: 
 
(d) Sistema fechado sem reação: 
 
(e) Regime permanente com reação: 
 
(f) Sistema permanente sem reação: 
 
(g) Sistema transiente com reação: 
 
(h) Sistema transiente sem reação: