Lista 2 Balanço de Massa com Reação Química

Prévia do material em texto

Lista 2 – Balanço de massa com reação química 
 
1) Antimônio é obtido pulverizando Sb2S3 na presença de calor com sucata de ferro, 
removendo antimônio fundido no fundo do reator. 
Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS 
 
Supondo que 0,6 kg de Sb2S3 e 0,25 kg de Fe são aquecidos juntos para formar 
0,200 kg de Sb, determine: 
a) O reagente limitante; 
b) O reagente em excesso e sua porcentagem; 
c) A porcentagem de conversão baseada em Sb2S3; 
d) A massa de Sb produzida por quilograma de Sb2S3 alimentado no reator; 
 
2) O carbonato de sódio, Na2CO3, é um sal branco e translúcido, usado 
principalmente na produção de vidro, em sínteses químicas e em sabões 
detergentes, em ordem de importância. É produzido sinteticamente em larga 
escala a partir de sal de cozinha pelo Processo Solvay, ou extraído de minérios de 
trona. A reação para esse tipo de processo é dada por: 
 
CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2 
 
Sabe-se que o sistema é constituído por um reator e por um separador, onde no 
reator entra uma corrente de 100% de NaCl, outra corrente contendo 90% de 
CaCO3 e 10% de Na2CO3 que, antes de entrar no reator, sofre a adição de uma 
corrente de CaCO3 reciclado vinda do separador. A conversão de único passe do 
CaCO3 é de 76%. 
 
a) Quantos quilos de Na2CO3 saem do separador por 1000 kg de alimentação 
virgem da mistura de CaCO3 e Na2CO3? 
b) Determine a corrente de reciclo sabendo que todo CaCO3 não reagido é 
recuperado. 
 
3) Sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, é usado para tratar água em muitos processos 
químicos. Ele pode ser produzido reagindo bauxita (minério de alumínio) com 
uma solução de 77,7% em peso de ácido sulfúrico. A bauxita contém 55,4% em 
peso de óxido de alumínio, sendo o restante impurezas. Para produzir 2000 lb de 
sulfato de alumínio puro, 1080 lb de bauxita e 2510 lb de solução aquosa de ácido 
sulfúrico são utilizadas. Resolva este problema pelo balanço molecular, e refaça-
o pelo balanço atômico. Monte uma tabela com os resultados e compare-os. 
Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O 
 
 
 
Reciclo, R 
22,74% C6H6 
77,26% H2 
Alimentação fresca, F 
20% excesso de H2 
nFH2: 
Produto, P 
nPH2: 
nPC6H6: 
nPC6H12: 
4) Ciclohexano (C6H12) pode ser produzido pela reação de benzeno com 
hidrogênio, de acordo com a seguinte reação: 
C6H6 + 3H2 → C6H12 
Para este processo, determine a razão entre a corrente de reciclo e a corrente de 
alimentação fresca, se a conversão global do benzeno for de 95% e a conversão para uma 
única passagem for de 20%. Considere que um excesso de 20% de hidrogênio seja usado 
na alimentação fresca e que a composição molar da corrente de reciclo seja de 22,74% de 
benzeno e 78,26% de hidrogênio. 
 
 
 
 
 
 
5) Outros combustíveis que não a gasolina têm sido investigados para motores de 
veículos por gerarem menores níveis de poluentes relativamente à gasolina. 
Propano comprimido é um desses combustíveis propostos. Suponha que, em um 
teste, 20 kg de C3H8 sejam queimados com 400 kg de ar, produzindo 44 kg de 
CO2 e 12 kg de CO. Qual o valor da porcentagem em excesso? 
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O 
 
6) Um gás contendo somente CH4 e N2 é queimado com ar, obtendo-se um gás de 
combustão que possui uma análise Orsat com 8,7% de CO2, 1,0% de CO, 3,8% 
de O2 e 86,5% de N2. Calcule a porcentagem do ar em excesso usado na 
combustão e a composição da mistura de CH4 e N2. 
 
7) Gás natural com 100% de metano é queimado com um certo tipo de ar enriquecido 
com oxigênio (40% de O2 e 60% de N2). A análise de Orsat feita em um 
laboratório mostra que o produto dessa queima é de 20,2% de CO2, 4,1% de O2 e 
75,7% de N2. A análise está correta? 
 
8) Ar com composição de 21% molar de O2 e 79% molar de N2 escoa a 19 kg/h, e 
essa corrente se mistura com uma corrente de CO2 que entra em um misturador. 
A corrente de CO2 tem vazão de 65 m
3/h, temperatura de 140⁰C e pressão de 160 
kPa. Qual é a porcentagem molar de CO2 na corrente de produto? 
 
 
 
Reator Separador 
Reciclo, R. 100⁰C, 100 kPa 
10,00 % C6H6 
90,00 % H2 
Alimentação fresca (gás) 
100⁰C, 150 kPa 
260 L/min C6H6 
950 L/min H2 
Produto, P. 200⁰C, 100 kPa 
nPH2: 
nPC6H6: 
nPC6H12: 
9) Acetona líquida alimenta uma câmara aquecida com vazão de 750 L/min, onde 
evapora junto a uma corrente de nitrogênio. O gás que deixa o aquecedor é diluído 
por outra corrente de nitrogênio que flui com vazão de 340 m3/min (CNTP). Os 
gases combinados são comprimidos até uma pressão total P = 7,8 atm (pressão 
relativa) a 325 ⁰C. A pressão parcial de acetona nesta corrente é Pace = 501 mmHg. 
A pressão atmosférica é 680 mmHg. Admita o comportamento de gás ideal. 
a) Qual é a composição molar da corrente que sai do compressor? 
b) Qual é a vazão volumétrica de nitrogênio que entra no evaporador se a temperatura 
e a pressão desta corrente são, respectivamente, 30 ⁰C e 498 mmHg (pressão 
relativa)? 
 
10) ** Benzeno (C6H6) é convertido em ciclohexano (C6H12) por reação direta com 
H2. A alimentação fresca para o processo é 260 L/min de C6H6 mais 950 L/min 
de H2 a 100 ⁰C e 150 kPa. A conversão em uma única passagem de H2 no reator é 
48%, enquanto a conversão global de H2 no processo é 75%. A corrente de reciclo 
contém 90% de H2 e o restante benzeno (sem ciclohexano). 
 
a) Determine as taxas molares de H2, C6H6 e C6H12 no produto que sai. 
b) Determine as taxas volumétricas dos componentes na corrente de produto, se ela 
estiver a 100 kPa e 200 ⁰C. 
c) Determine a taxa molar da corrente de reciclo e a taxa volumétrica, se a corrente 
de reciclo estiver a 100 ⁰C e 100 kPa. 
 
 
 
 
 
Reator Separador