Cinética química e processos ambientais - POLI-USP-Eng.Ambiental Aula 6

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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Engenharia Ambiental – 1º semestre - 2017
PQI 3221:
CINÉTICA QUÍMICA E PROCESSOS AMBIENTAIS
Aula 06
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Problema:
Para otimizar o crescimento de certos microrganismos é necessário que seja criado um ambiente com 
ar úmido rico em oxigênio. Isso ocorre em geral em um equipamento denominado câmara de 
evaporação, no qual o processo de produção de ar oxigenado úmido ocorre tal como aparece indicado 
na figura abaixo. Na câmara de evaporação entram ar, oxigênio e água. 
A água entra na unidade a uma vazão de 20 cm3/min. Após experimentações, verificou-se que a vazão 
ótima de O2 seria de (1 5) da vazão de ar. Alem disso, da análise do ar oxigenado úmido conclui-se 
que a umidade molar é de 1.50%. 
Pede-se: Determinar as vazões de ar e da corrente de saída e a composição desta última;
Dados: MM água = 18g/mol
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO – PROCESSOS DIVERSOS
Câmara de Evaporação
O2
Ar
Ar Oxigenado 
úmido
H2O
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Problema:
Uma mistura 60-40 (em base molar) estabelecida entre os compostos A e B será separada em quantidades iguais. O
fluxograma do processo em questão aparece representado a seguir.
Pede-se:
a) Ajustar as vazões do sistema em questão atingindo os mesmos níveis de separação para o caso de uma
alimentação contínua, realizada à razão de 1250 mol/h;
b) Seria possível ajustar as vazões de topo e fundo do processo de separação de forma a obter quantidades iguais
de A e B nas correntes N2 e N3? Justifique de maneira fundamentada sua resposta.
“SCALE UP” DE PROCESSOS
PROCESSO DE
SEPARAÇÃO
N1(mol)
N3
B = 75% N3
x2
A = 0,95 mol/mol
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SOLUÇÃO
PROCESSO DE
SEPARAÇÃO
Ñ1
Ñ2
Ñ3
Fronteiras do Sistema
Equação Geral de Balanço de Matéria
A = E – S + G – C
Premissas:
a) Não há reação química:
G = C = zero
b) Não há acúmulo:
A = zero
Equação Geral de Balanço de Matéria
E = S
Ou seja,
N1 = N2 + N3
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SOLUÇÃO
x1
A = 0,60 mol A /mol
x = nº mols espécie A
n º mols total
x1
A + x1
B = 100% = 1
x1
B = 1 - x1
A
x1
B = 0,40 mol B /mol
PROCESSO DE
SEPARAÇÃO
N1
N2
N3
N3
B = 75% N3
N3
B = 0,75 N3
Pelo enunciado, a corrente que entra no sistema (N1) será dividida em duas outras iguais entre 
(ou seja N2 = N3), e assim
N2 = Ñ3 = N1
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SOLUÇÃO
Supondo uma base de cálculo definida para efeito de cálculo com N1 = 100 mol
PROCESSO DE
SEPARAÇÃO
N1 = 100 mol/h
N1
A = 60 mol A /h
N1
B = 40 mol B /h
N2 = 50 mol/h
N2
A = 47,5 mol A /h
N2
B = 2,5 mol B /h
N3 = 50 mol/h
N3
A = 12,5 mol A /h
N3
B = 37,5 mol B /h
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Supondo agora que um “scale up” de processo seja feito para N1 = 1250 mol/h. 
Isso corresponde a multiplicar a corrente de entrada em 12,5 vezes. 
Como resultado disso, TODAS as demais correntes serão corrigidas pelo mesmo fator
PROCESSO DE
SEPARAÇÃO
Ñ1 = 100 mol/h
Ñ1
A = 60 mol A /h
Ñ1
B = 40 mol B /h
Ñ2 = 50 mol/h
Ñ2
A = 47,5 mol A /h
Ñ2
B = 2,5 mol B /h
Ñ2 = 50 mol/h
Ñ2
A = 12,5 mol A /h
Ñ2
B = 37,5 mol B /h
“SCALE UP” DE PROCESSOS
N1
A = 750 mol A /h
N1
B = 500 mol B /h
N1 = 1250 mol/h
N2 = 625 mol/h
N2
A = 593,75 mol A /h
N2
B = 31,25 mol B /h
N3 = 625 mol/h
N3
A = 156,25 mol A /h
N3
B = 468,75 mol B /h
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Problema:
Uma mistura líquida formada por Benzeno (B) e Tolueno (T) em proporção mássica 45:55 é
alimentada a uma coluna de destilação. A corrente de topo que deixa o equipamento contém 95%
(mol) B, e a de fundo, 8% de todo o benzeno alimentado ao sistema. Finalmente, sabe-se que a
corrente de alimentação tem vazão volumétrica de 2000 L/h e sua densidade  = 0,872 g/cm3.
Pede-se:
a) determine o valor, em base mássica, da corrente de topo;
b) determine o valor, em base mássica, da corrente de fundo;
c) calcule a composição, em base molar, da corrente de fundo.
PROCESSOS DE DESTILAÇÃO
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Problema:
Cana-de-açúcar contendo 16% de açúcar, 59% polpa e 25% água é esmagada em um moinho. O bagaço resultante do
processo contém 80% em massa de polpa, alem de água e açúcar. Por outro lado, o xarope – fração de aceite da mesma
operação – e que apresenta 14% polpa, 13% açúcar, alem de água, é alimentado em peneira que remove toda a polpa.
Deste tratamento decorre a geração do chamado ‘xarope límpido’ o qual contem 15% de açúcar, e água. Deixa a peneira
também uma corrente de rejeito, contendo 95% de polpa, alem de água e açúcar em quantidades residuais. O xarope
límpido será concentrado em evaporador para preparar ‘xarope pesado’ cujo teor de açúcar atinge 40%. No estagio
seguinte, que ocorre em um cristalizador, produz-se cristais de açúcar 100% puros. Sabe-se que a unidade descrita antes
tem autonomia para produzir a cada hora, exatas 1000lb de açúcar cristal.
Pede-se:
a) Calcule a água removida no evaporador, em libras/hora;
b) Calcule a vazão de xarope límpido em libras/hora;
c) Calcule a vazão e frações mássicas dos componentes na corrente de rejeito;
PROCESSOS COM MULTIPLAS UNIDADES