P4_2009.1

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P4 de Transferência de Massa 
QUI1818 – 2009.1 
 
Questão Valor Nota 
1 2,0 
2a 1,0 
2b 1,0 
3 3,0 
4a 2,0 
4b 1,0 
Total 10,0 
 
Todas as respostas devem ser justificadas. 
 
 
1 – Um tanque esférico com 1 m de diâmetro está aberto à atmosfera por meio de um orifício com 
10 cm de diâmetro no topo do tanque. O tanque contém tolueno líquido que evapora e escapa 
através do orifício. Ar escoa sobre o orifício de modo que o vapor de tolueno é imediatamente 
arrastado. O tolueno líquido é alimentado continuamente mantendo o nível de líquido constante no 
meio do tanque. O tanque é aquecido para conservar a temperatura de 298K constante à medida que 
o tolueno evapora. Determine a taxa molar de emissão do vapor de tolueno do tanque, se o tolueno 
exerce uma pressão de vapor de 3785 Pa à 298K. 
1 atm = 1,013x105 Pa 
R = 8,314 Pa.m3/mol.K 
Dtolueno-ar = 8,44x10-6 m2/s 
 
2 – Um solvente líquido com densidade igual a 0,88 g/cm3, vazou de um tanque de armazenamento 
e se infiltrou no solo. Uma vez que sua densidade é menor do que a da água, o solvente formou uma 
camada líquida não aquosa na superfície do solo saturado com água. A uma profundidade de 1 m, 
na camada de solo saturado, existe uma camada de rocha não porosa e impermeável. Não existe 
escoamento de água através da camada de solo saturado, que é completamente estagnada. Você, 
como engenheira(o), precisa analisar o transporte do solvente na camada de solo saturado, de modo 
a determinar a quantidade de solo que precisa ser escavado e tratado. O limite de solubilidade do 
solvente na água é 1872 g/m3 a 293K. O coeficiente de difusão efetivo do solvente no solo saturado 
é 1x10-9 m2/s a 293K. Inicialmente, não há solvente dissolvido na camada solo saturado. A camada 
de solvente puro sobre o solo é essencialmente uma fonte constante devido a baixa solubilidade do 
solvente na água. Da mesma forma, o solvente não se difunde na camada de rocha não porosa. Para 
tempos relativamente curtos ou profundidades de penetração relativamente pequenas, pode ser feita 
a aproximação de meio de difusão semi infinito. Para tal: 
(a) Calcule a concentração do solvente dissolvido a uma profundidade de 5 cm na camada solo 
saturado, 5 dias após o vazamento; 
(b) Estime quanto tempo levará para que a concentração do solvente a 5 cm de profundidade 
atinja o limite de toxicidade de 1 g/m3 (calcule a razão entre as concentrações com 6 casas 
decimais); 
 
3 – Amônia e sulfeto de hidrogênio devem ser removidos de uma água residual antes que ela possa 
ser tratada para reuso. Os coeficientes individuais de transferência de massa para a transferência da 
amônia em uma torre empacotada foram medidos experimentalmente e os seguintes valores foram 
obtidos: kG = 3,20x10-9 kgmol/m2.s.Pa e kL = 1,73x10-5 m/s. Como as massas molares da amônia e 
do sulfeto de hidrogênio são aproximadamente iguais, os valores dos coeficientes individuais de 
transferência de massa para o sulfeto de hidrogênio serão similares. Partindo dessa suposição, 
calcule e compare o coeficiente total de transferência de massa no lado do gás (KG) para cada gás 
dado que a constante da lei de Henry para a amônia é 1,36x103 Pa/(kgmol/m3) e para o sulfeto de 
hidrogênio é 8,81x105 Pa/(kgmol/m3). 
 
4 – Uma corrente de gás de exaustão deixando uma unidade de fabricação de um semicondutor 
contém 4% de acetona e 96% de ar (percentagens molares). 25 m3/min desse gás entram no fundo 
de uma torre de absorção e escoam contra-corrente a 100 kg/min de água pura. A torre opera a 
295K e 1,013x105 Pa. Nessa temperatura e pressão e para as concentrações diluídas envolvidas, o 
equilíbrio para o sistema acetona–água é representado por: 
yacetona = 0,265 xacetona 
Se a corrente gasosa saindo da torre contém somente 0,5% (percentagem molar) de acetona, 
determine: 
(a) A razão entre (Ls/Gs)real e (Ls/Gs)mínima; 
(b) A concentração (percentagem molar) de acetona na corrente líquida saindo da torre.