Lista de Exercícios Balanço de Massa com reação química

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Balanço de Massa e Energia Professor Gustavo Reisdörfer 
 
Lista de Exercícios 02 – Balanço de Massa com Reação Química 
1. Considere a reação: 
3𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 2𝑁𝑎2𝐶𝑟2𝑂7 + 8𝐻2𝑆𝑂4 → 3𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3 + 2𝑁𝑎2𝑆𝑂4 + 11𝐻2𝑂 
a. Se uma alimentação ao reator contém a composição (em mol) de 20% de C2H5OH, 20% de Na2Cr2O7 e 
o resto H2SO4, qual é o reagente limitante? 
b. Se forem alimentados a um reator 230 kg/h de C2H5OH, que fluxos de alimentação dos outros 
reagentes seriam necessários para ter uma mistura estequiométrica de alimentação? 
 
2. A um reator se alimenta uma mistura equimolar das substâncias A, B e C para produzir o produto D 
mediante a reação 
𝐴 + 2𝐵 + 3 2⁄ 𝐶 → 2𝐷 + 𝐸 
Se a conversão no reator é de 50%, calcule o número de moles de D produzidas por mol de 
alimentação ao reator. 
 
3. Efetua-se uma reação cuja equação estequiométrica é 
𝐴 + 3𝐵 → 2𝐷 
com 20% conversão de A. A corrente de alimentação ao reator contém 25% de A e 75% de B (em 
massa) e tem um fluxo de 1000 kg/h. O peso molecular de A é 28 e de B 2. 
a. Calcule o peso molecular médio. 
b. Calcule a composição mássica da corrente de saída. 
 
4. O gás dióxido de cloro utiliza-se na indústria de papel para branquear a polpa produzida em um 
processo Kraft. O gás é produzido através da reação de clorato de sódio, ácido sulfúrico e metanol, 
em reatores recobertos de chumbo: 
6𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂3 + 6𝐻2𝑆𝑂4 + 𝐶𝐻3𝑂𝐻 → 6𝐶𝑙𝑂2 + 6𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂4 + 𝐶𝑂2 
Supondo que sejam utilizados 14 moles de uma mistura equimolar NaClO3 e H2SO4 por mol de 
CH3OH. 
a. Determine o reagente limitante. 
b. Calcule os fluxos de reagentes necessários para produzir 10 toneladas por hora de ClO2, supondo 
uma conversão de 90%. 
 
5. O hipoclorito de sódio se forma de acordo com a reação 
2𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐶𝑙2 → 𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 
em um reator contínuo, borbulhando Cl2 através de uma solução concentrada (40% em massa) de 
NaOH. Supondo que a solução de NaOH em H2O seja alimentada a uma razão de 1000 kg/h e o gás 
Cl2, a razão de 10 kmol/h. 
a. Determine qual é o reagente limitante. 
b. Calcule a composição da saída do reator, supondo uma conversão de 100% do reagente 
limitante. 
 
 
c. Calcule a composição da saída do reator, supondo uma conversão de 60% do reagente limitante. 
 
6. Um processo antigo para produção de ácido clorídrico requer o aquecimento de uma mistura de 
NaHSO4 e NaCl em um forno especial. Quando ocorre a reação, o Na2SO4 residual permanece como 
sólido, enquanto o HCl se recupera na forma gasosa. Se a reação segue a estequiometria da reação: 
𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂4 +𝑁𝑎𝐶𝑙 → 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 +𝐻𝐶𝑙 
e se alimentam os reagente em proporções estequiométricas, calcule a quantidade e composição 
dos sólidos residuais. Suponha a conversão de 95% e que o NaCl é alimentado a uma razão de 5844 
lbm/dia. 
 
7. O superfosfato é produzido pela reação de fosfato de cálcio com ácido sulfúrico, de acordo com a 
reação 
𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 + 2𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶𝑎𝐻4(𝑃𝑂4)2 + 2𝐶𝑎𝑆𝑂4 
Reagem-se 20000 kg/dia de fosfato de cálcio cru (que contém 14% de impurezas inertes) com 15000 
kg/dia de H2SO4 a 92%, determine a produção diária supondo uma conversão de 95%. 
 
8. Em um processo para a hidratação catalítica de etileno a álcool etílico, se converte unicamente uma 
fração de etileno. O produto se condensa e retira depois de cada passo pelo conversor e os gases 
não convertidos se recirculam. Pode supor-se que o condensador elimina todo o álcool e os gases de 
recirculação conterão 6,5% (em mol) de vapor de água. A conversão de etileno em cada passo pelo 
conversor é de 4,5%. A proporção molar de água em relação ao etileno na alimentação do 
conversor, uma vez misturado o gás recirculado com a alimentação fresca, é de 0,55. Calcule todas 
as correntes do processo. 
 
9. Pode-se produzir ácido acético mediante a reação: 
3𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 2𝑁𝑎𝐶𝑟2𝑂7 + 8𝐻2𝑆𝑂4 → 3𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3 + 2𝑁𝑎2𝑆𝑂4 + 11𝐻2𝑂 
Na corrente de recirculação mostrada na figura abaixo, obtém-se uma conversão global de C2H5OH 
de 90%, com um fluxo de recirculação igual ao fluxo de alimentação de C2H5OH fresco. Os fluxos de 
alimentação de H2SO4 e Na2Cr2O7 frescos são 20% e 10% respectivamente, de excesso sobre as 
quantidades estequiométricas requeridas para a alimentação fresca de C2H5OH. Se a corrente de 
recirculação contém 94% de H2SO4 e o resto C2H5OH, calcule o fluxo de produto e a conversão de 
C2H5OH no reator. 
 
10. A figura abaixo mostra um possível fluxograma para a produção de ácido perclórico. A reação segue 
a estequiometria 
𝐵𝑎(𝐶𝑙𝑂4)2 +𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐵𝑎𝑆𝑂4 + 2𝐻𝐶𝑙𝑂4 
Se o H2SO4 alimentado ao reator está com 20% de excesso sobre a quantidade estequiométrica 
requerida para a reação com a alimentação fresca de Ba(ClO4)2, e se alimentam 1000 lb/h da 
corrente 1, calcule todas as variáveis desconhecidas das correntes. Suponha que todas as 
composições estão em massa. 
 
 
 
 
11. A reação 
2𝐴 + 5𝐵 → 3𝐶 + 6𝐷 
se efetua em um reator com 60% de conversão de B. A maior parte de B que não reage se recupera 
em um separador e se recircula ao reator. 
A alimentação fresca do reator contém A e B. O componente A fresco está presente com um excesso 
de 30% sobre a quantidade estequiométrica necessária para reagir com o componente B fresco. Se a 
conversão global de B no processo é de 95%, calcule os fluxos de produto e recirculação, necessários 
para produzir 100 moles/h de C.